氣舉反循環(huán)清孔工藝

1、鉆孔灌注樁氣舉反循環(huán)清孔工藝 摘要 ：鉆孔灌注樁因機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)便、施工方便，成孔質(zhì)量可靠，施工費(fèi)用低等原因， 被廣泛地應(yīng)用于高層建筑、 公路橋梁等工程的基礎(chǔ)工程。 鉆孔灌注樁沉渣的清理是控制 樁身質(zhì)量的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁施工為正循環(huán)鉆進(jìn)、正或反循環(huán)清孔成孔工藝，而 近幾年在浙江一帶出現(xiàn)鉆孔灌注樁氣舉反循環(huán)清孔工藝， 其清孔效果遠(yuǎn)好于一般清孔工 藝。本文就此介紹氣舉反循環(huán)清孔工藝的運(yùn)用，并比較對(duì)工程質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)的 影響。關(guān)鍵詞 ：鉆孔灌注樁 氣舉反循環(huán) 二次清孔一、鉆孔灌注樁工藝 ： 傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁多采用回轉(zhuǎn)鉆成孔灌注樁、潛水電鉆成孔灌注樁。成孔前先 安裝鋼板護(hù)筒，以作保護(hù)孔口、定位

2、導(dǎo)向、維護(hù)泥漿面、防止塌方用。鉆機(jī)就位后開(kāi)始 鉆孔，鉆孔時(shí)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)管、導(dǎo)管根部鉆頭旋轉(zhuǎn)，破壞土層結(jié)構(gòu)，形成鉆渣。鉆孔應(yīng)采 用泥漿護(hù)壁措施，防止塌孔?，F(xiàn)場(chǎng)須設(shè)置泥漿池，泥漿通過(guò)泥漿泵吸入導(dǎo)管，從導(dǎo)管底 部排出，帶動(dòng)鉆渣向上從樁孔中溢出，再排入沉淀池。鉆孔施工至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，立即進(jìn)行第一次清孔。第一次清孔時(shí)，一般采用循環(huán) 換漿法，反復(fù)用泥漿循環(huán)清孔，清空過(guò)程中必須及時(shí)補(bǔ)充泥漿，并保持漿面穩(wěn)定?？字?土顆粒、巖石屑等鉆渣隨漿液溢出孔外，以達(dá)到第一次清理沉渣目的。清渣完成后，安 裝鋼筋籠，在澆筑砼前須進(jìn)行第二次清孔。第一次清孔屬于正循環(huán)清孔方法，本文主要探討第二次清孔工藝。二、正、反循環(huán)清孔工藝介紹：

3、1 、正循環(huán)清孔工藝 第二次正循環(huán)清孔采用循環(huán)灌漿法， 讓鉆頭在原位繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)， 通過(guò)導(dǎo)管注入清 水，控制泥漿密度在10KN/m3以下；對(duì)于孔壁土層性能差、不穩(wěn)定的則注入泥漿（泥漿 密度 1 1 .5 1 2.5KN/M3 ）。注入沖洗液攜帶鉆渣后進(jìn)入鉆桿與孔壁形成的環(huán)閉空間上返， 排出樁孔以外，以達(dá)到沉渣清理效果。簡(jiǎn)單的說(shuō)，正循化清孔的定義就是沉渣從導(dǎo)管外 溢出的清渣工藝。2 、反循環(huán)清孔工藝從前文所述、 顧名思義， 反循環(huán)清孔的定義就是沉渣從導(dǎo)管內(nèi)排出的清渣工藝。 反循環(huán)清孔工藝有多種，一般有泵吸法、空氣吸泥機(jī)法等種。近年來(lái)出現(xiàn)的氣舉反循環(huán) 法相對(duì)工藝更為簡(jiǎn)單，清孔效果明顯，推廣較快。氣舉反

4、循環(huán)清孔是利用空壓機(jī)的壓縮空氣， 通過(guò)安裝在導(dǎo)管內(nèi)的風(fēng)管送至樁孔 內(nèi)，高壓氣與泥漿混合，在導(dǎo)管內(nèi)形成一種密度小于泥漿的漿氣混合物，漿氣混合物因 其比重小而上升，在導(dǎo)管內(nèi)混合器底端形成負(fù)壓，下面的泥漿在負(fù)壓的作用下上升，并 在氣壓動(dòng)量的聯(lián)合作用下， 不斷補(bǔ)漿， 上升至混合器的泥漿與氣體形成氣漿混合物后繼 續(xù)上升，從而形成流動(dòng)， 因?yàn)閷?dǎo)管的內(nèi)斷面積大大小于導(dǎo)管外壁與樁壁間的環(huán)狀斷面積，便形成了流速、流量極大的反循環(huán)，攜帶沉渣從導(dǎo)管內(nèi)反出，排出導(dǎo)管以外3 、氣舉反循環(huán)清孔工藝設(shè)備比較反循環(huán)工藝較正循環(huán)工藝而言，增加空壓機(jī)一臺(tái)、風(fēng)管一套。該風(fēng)管在二次清 孔時(shí)安裝在導(dǎo)管內(nèi)，故導(dǎo)管上部相應(yīng)增加連接閥門(mén)，風(fēng)

5、管下部是氣漿混合器。反循環(huán)工 藝導(dǎo)致沉渣從導(dǎo)管內(nèi)反出，導(dǎo)管上部增加三通一套，排至接渣籃。相對(duì)其它反循環(huán)清孔工藝，氣舉反循環(huán)工藝的送風(fēng)管安裝在導(dǎo)管內(nèi)，不像其它反循環(huán)清孔工藝在導(dǎo)管外安裝風(fēng)管，減少拔出風(fēng)管時(shí)與鋼筋籠牽掛的危險(xiǎn)、 更保護(hù)泥漿護(hù)壁，且氣漿混合器制作簡(jiǎn)單，操作更為方便，故更適用于小孔徑（直徑 500-800 ）鉆孔灌注樁。因氣舉反循環(huán)工藝特點(diǎn)， 鉆孔灌注樁第一次清孔時(shí)并不適用氣舉反循環(huán)清孔工 藝了。否則，須逐節(jié)拔出導(dǎo)管，再安裝風(fēng)管，待第一次清空完成后，再次拔出、拆除導(dǎo) 管與風(fēng)管，待鋼筋籠就位后，再二次安裝風(fēng)管進(jìn)行第二次清孔。這樣的后果是增加了作 業(yè)時(shí)間，且由于反循環(huán)二次清孔效果較好，這樣

6、做也顯得毫無(wú)必要。三、氣舉反循環(huán)清孔工藝操作要領(lǐng)1 、導(dǎo)管下放深度以出漿管底距沉淤面300400mm為宜，風(fēng)管下放深度一般以氣漿混合器至泥漿面距離與孔深之比的0.550.65來(lái)確定。2 、主要參數(shù)：空壓機(jī)的風(fēng)量69m3/min,導(dǎo)管出水管直徑200mrp送風(fēng)管 直徑（水管）25mm漿氣混合器用 25mm水管制作，在1m左右長(zhǎng)度范圍內(nèi)打6排孔、每排4個(gè)8mn孔即可。3 、開(kāi)始送風(fēng)時(shí)應(yīng)先孔內(nèi)送漿（補(bǔ)漿）,停止清孔時(shí)應(yīng)先關(guān)氣后斷漿。清孔過(guò) 程中,特別要注意補(bǔ)漿量,嚴(yán)防因補(bǔ)漿不足（水頭損失）而造成塌孔。4 、送風(fēng)量應(yīng)從小到大,風(fēng)壓應(yīng)稍大于孔底水頭壓力,當(dāng)孔底沉渣較厚、塊度 較大,或沉淀板結(jié)時(shí),可適當(dāng)加

7、大送風(fēng)量,并搖動(dòng)出水管（導(dǎo)管）,以利排渣。5 、隨著鉆渣的排出,孔底沉淤厚度較小,出水管（導(dǎo)管）應(yīng)同步跟進(jìn),以保持管底口與沉淤面的距離。6 、清孔后，孔內(nèi)泥漿比重應(yīng)小于1.20，粘度1820s,孔底沉渣厚度w 5cm7 、反循環(huán)法清孔時(shí)所需風(fēng)壓 P 的計(jì)算。P= y s h0/1000+ A PY s泥漿比重（KN/m3，般取1.2h0 混合器沉沒(méi)深度（ m）A P供氣管道壓力損失，一般取 0.050.1MPa四、氣舉反循環(huán)清孔速度氣舉反循環(huán)與正循環(huán)在沉渣的沖洗、上返流速存在巨大差異。氣舉反循環(huán)沖洗液攜帶鉆渣后迅速進(jìn)入過(guò)水?dāng)嗝孑^小的鉆桿內(nèi)腔,可以獲得比正循環(huán)高出數(shù)倍的上返速度。根據(jù)鉆探水力學(xué)原

8、理,沖洗液在鉆孔內(nèi)的上返速度是鉆渣顆粒群懸浮速度的1.2-1.3倍，即Va=( 1.2-1.3 ) Vs。反循環(huán)清孔至鉆渣在導(dǎo)管內(nèi)運(yùn)動(dòng)，使形態(tài)各異的鉆 渣群在有限的空間作懸浮運(yùn)動(dòng)，上升速度較快。由于返漿速度較大，以內(nèi)徑200mm勺導(dǎo)管為例，粒徑約100-150mm的石塊也能清運(yùn)出來(lái)。 這一優(yōu)點(diǎn)和泵吸反循環(huán)清孔工藝相類 似，但是泵吸法循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜，砂石泵故障多是主要缺點(diǎn)；這一優(yōu)點(diǎn)是空氣吸泥機(jī)法所 不能比擬的，一般通過(guò)空氣吸泥機(jī)法清孔，由于空氣混合室構(gòu)造、送風(fēng)管距孔底距離較 近等原因，只能清出約 50mn粒徑的石子。而正循環(huán)清孔， 沖洗液攜帶鉆渣后進(jìn)入鉆桿與孔壁形成的環(huán)形空間上返， 由于 沖洗液上

9、返斷面面積大，上返速度較慢，因此可能部分比重較大渣層顆粒會(huì)回落，須反 復(fù)循環(huán)清孔，耽擱時(shí)間。在選用基巖作持力層時(shí)，這種情況顯得尤為明顯。本單位施工的的某高層建筑樁基施工驗(yàn)證了上述觀點(diǎn)。 該工程設(shè)計(jì)為直徑 1000 鉆孔灌注樁，持力層為基巖，樁基入巖深度 1300，設(shè)計(jì)選 3 根樁試樁，做破壞試驗(yàn)。當(dāng) 時(shí)對(duì)第一根樁、第二根樁有意作了對(duì)比試驗(yàn)。第一根樁二次清孔時(shí)不安裝風(fēng)管，清孔2小時(shí)后，再安裝風(fēng)管，20分鐘內(nèi)，又清理出石渣 26kg ;第二根樁二次清孔時(shí)，安裝風(fēng) 管清孔， 30 分鐘內(nèi)清理完成，對(duì)比效果明顯。五、氣舉反循環(huán)清孔質(zhì)量通過(guò)上述試驗(yàn)已表明，氣舉反循環(huán)清孔由于返漿速度快，清渣效果較好，沉渣

10、層較薄， 而沉渣層厚度大小與單樁承載力高低密切相關(guān)。 還是以上述的高層建筑樁基為例，該工程3根裝在試樁時(shí)極限承載力均達(dá)到 14500KN以上，這在浙江湖州市一帶是較為罕見(jiàn)的。 該工程樁基施工完成后， 對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行鉆芯取樣檢查， 其沉渣厚度在 20mm以內(nèi)，也證明了這一點(diǎn)。從另一角度，在樁基持力層為基巖的前提下，正循環(huán)為了有效的排渣，選用的 泥漿(沖洗液)密度較高、濃度較大，勢(shì)必造成孔內(nèi)壓力大，對(duì)孔壁四周作用力也大， 孔壁四周泥皮較厚，降低了孔四周摩阻力，也降低了單樁承載力。故從質(zhì)量角度來(lái)看，應(yīng)推薦氣舉反循環(huán)清孔工藝。六、經(jīng)濟(jì)效果分析表面上看，氣舉反循環(huán)工藝增加了設(shè)備，增加了工程成本，其實(shí)不然

11、，下面從幾個(gè)方面分析經(jīng)濟(jì)效果。1 、沉渣厚度減小，提高單樁承載力，優(yōu)化樁徑，降低工程造價(jià)。單樁承載力的大小，取決于樁周土的摩阻力與樁底端承力，氣舉反循環(huán)清孔過(guò)程中形成的泥皮較薄從而使摩阻力增大，樁底沉渣清除較為徹底，無(wú)軟弱層從而提高樁的端承力，按試樁結(jié)果設(shè)計(jì)時(shí)，勢(shì)必降低樁基工程成本。2 、清渣速度快，縮短工期，降低施工成本。 鉆孔灌注樁樁基采用氣舉反循環(huán)法清孔施工時(shí)， 每根樁清孔約減少 2 個(gè)小時(shí)時(shí) 間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快設(shè)備周轉(zhuǎn)周期，直接降低了工程施工成本。3 、清渣速度快，泥漿排放量減少，減少環(huán)境污染，降低施工清運(yùn)處理成本。根據(jù)預(yù)算定額， 廢漿排運(yùn)費(fèi)約占工程成本 8%-10%，每根樁減

12、少 2 小時(shí)排放時(shí)間，且氣舉反循環(huán)法清孔渣分離容易，以筆者施工的30米深鉆孔灌注樁為例，泥漿排放成本相比以前下降約 5%七、總結(jié)通過(guò)以上分析，從工期、質(zhì)量、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等多角度分析，鉆孔灌注樁氣舉反循環(huán)二次清孔施工工藝值得推廣，其在樁基持力層為基巖、孔徑在500-800mm鉆孔灌注樁施工中的優(yōu)越性更是其他工藝無(wú)法比擬的。大口徑氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)成孔過(guò)程故障判斷大口徑氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)成孔過(guò)程故障判斷目前，大口徑鉆孔灌注樁在重大基礎(chǔ)工程中得到了廣泛的應(yīng)用。由于大口徑鉆孔灌注樁為隱蔽工程及其施工工藝的復(fù)雜性，故在施工中，風(fēng)險(xiǎn)是相當(dāng)大的。 大口徑鉆孔灌注樁的施工施工分三大步驟-成孔、鋼籠制作與安裝、混凝土灌注

13、。其中以成孔過(guò)程中事故發(fā)生率相對(duì)較 大。為此，在成孔施工中如何及時(shí)判斷故障的發(fā)生并及時(shí)處理在大口徑鉆孔灌注樁施工中是 至關(guān)重要的。鑒于大口徑鉆孔灌注樁成孔孔徑大、鉆孔深等特點(diǎn)，施工一般都采用氣舉反循環(huán)工藝方法。 根據(jù)這幾年來(lái)，從事大口徑的經(jīng)驗(yàn)及通過(guò)各方面的調(diào)查，就總結(jié)了大口徑鉆孔灌注樁成孔過(guò)程中鉆具裂隙的判斷、孔壁穩(wěn)定性的判斷和孔內(nèi)障礙物的判斷方法作如下總結(jié)。1.鉆具裂隙的判斷序號(hào)鉆具部 位現(xiàn)象裂隙 部位檢驗(yàn)方法備注1孔內(nèi)液 面以上 鉆具鉆桿外壁漏氣夕卜壁眼睛觀察反循環(huán)排渣口出氣 不出水、空壓機(jī)氣壓 明顯偏低內(nèi)壁 或水 龍頭觀察空壓 機(jī)及出渣 口反循環(huán)排渣口出水 較少氣量較大、空壓 機(jī)氣壓較小

14、內(nèi)壁 或密 圭寸圈觀察空壓 機(jī)及出渣 口氣室離鉆頭底距離太短的情況下也可能造成此現(xiàn)象2孔內(nèi)液 面至氣 室段鉆 具/、孔內(nèi)有圍繞鉆桿中 心的氣泡（氣泡主離 鉆桿中心較近）夕卜壁 （離液 面較近）懸吊鉆具 重新起動(dòng) 空壓機(jī)觀 察鉆孔液 面氣泡的大小及密集程度決 定裂隙的大?。馐译x鉆 頭底距離太短的情況下也 可能造成此現(xiàn)象）孔內(nèi)有圍繞鉆桿中 心的氣泡（氣泡均布 鉆孔液面）夕卜壁 （離氣 室較近）懸吊鉆具 重新起動(dòng) 空壓機(jī)觀 察鉆孔液 面反循環(huán)排渣口出水 量偏小、空壓機(jī)氣壓 偏?。ǔ鲈谟袝r(shí)有 少量氣出現(xiàn)）內(nèi)壁 （離氣 室較近）觀察空壓 機(jī)及出渣 口反循環(huán)排渣口出水 里小、氣里較大、空 壓機(jī)氣壓偏小

15、內(nèi)壁 （離液 面較近）觀察空壓機(jī)及出渣口3氣室以 下至孑L 底段鉆 具/、施工中如果在此段鉆具出現(xiàn)裂隙是很難判斷的，為此施工前應(yīng)做好以下 三點(diǎn)：1盡量減少此段鉆具 2下鉆前,對(duì)此段鉆具進(jìn)行加固 3上下提鉆時(shí) 加強(qiáng)檢查 在氣舉反循環(huán)成孔的鉆桿一般為雙壁鉆桿或單壁鉆桿外有兩根送氣管。上述的外壁指雙壁鉆桿的外壁或單壁鉆桿的送氣管。 空壓機(jī)氣壓明顯偏低是指空壓機(jī)的實(shí)際壓力與鉆進(jìn)中氣室在該段埋深形成反循環(huán)所需空 氣壓力之間的壓力差比較懸殊。2.孔壁穩(wěn)定性的判斷序號(hào)判斷指 標(biāo)現(xiàn)象穩(wěn)定性的判斷原因備 注1渣粒出渣量比鉆孔進(jìn)尺計(jì) 算量嚴(yán)重偏多不穩(wěn)定局部孔壁坍塌出渣量比鉆孔進(jìn)尺計(jì) 算量嚴(yán)重偏少不穩(wěn)定地層松散出現(xiàn)孔洞出渣量與鉆孔進(jìn)尺計(jì) 算量基本相符穩(wěn)定地層穩(wěn)定、孔徑正常渣粒破碎嚴(yán)重穩(wěn)定地層較致密渣?；緹o(wú)破碎不穩(wěn)定地層松散2泥漿泥漿粘度急速變小不穩(wěn)定孔壁松散、泥漿漏失、 地層水侵入粘度變大或不變穩(wěn)定無(wú)地層水侵入及泥漿 漏失泥漿漏失嚴(yán)重不穩(wěn)定地層裂隙或松散泥漿基本無(wú)漏失穩(wěn)定地層密實(shí)無(wú)裂隙3鉆進(jìn)狀 況鉆進(jìn)速度相對(duì)較快不穩(wěn)定地層相對(duì)松散鉆進(jìn)速度相對(duì)較慢穩(wěn)定地層相對(duì)致密鉆頭晃動(dòng)劇烈不穩(wěn)定地層阻力較小、有擴(kuò)孔 可能鉆頭基本無(wú)晃動(dòng)穩(wěn)定無(wú)擴(kuò)孔情況上述是從單個(gè)現(xiàn)象來(lái)判斷孔壁的穩(wěn)定，但實(shí)際過(guò)程中個(gè)別現(xiàn)