淺議反循環(huán)清孔工藝在旋挖樁中使用

1、淺議反循環(huán)清孔工藝在旋挖樁中使用【摘要】本文通過對反循環(huán)清孔工藝的工藝特點、 適用范圍、施工工藝等進行分析，探討反循環(huán)清孔工藝在旋 挖鉆機成孔灌注樁施工中的應用，以達到提高施工效率、效 益及施工質(zhì)量的目的。【關鍵詞】旋挖鉆機 泵吸反循環(huán)清孔 氣舉反循環(huán)清 孔施工1、前言旋挖鉆機是一種適合建筑基礎工程中成孔作業(yè)的施工 機械，目前廣泛用于市政建設、公路橋梁、鐵路、水利、高 層建筑等基礎樁施工工程。旋挖鉆機成孔灌注樁技術被譽為 “綠色施工工藝”，具有工作效率高、施工質(zhì)量好、塵土 泥漿污染少、機動靈活及多功能特點，并適應我國大部分地 區(qū)的土壤地質(zhì)條件。旋挖鉆進工藝代表了當今的先進水平， 具有巨大的發(fā)展

2、潛力，是今后樁基施工技術的發(fā)展方向之o旋挖鉆機是一種多功能、高效率的灌注樁樁孔的成孔設 備，可以實現(xiàn)桅桿垂直度的自動調(diào)節(jié)和鉆孔深度的計量；旋 挖鉆孔施工是利用鉆桿和鉆斗的旋轉(zhuǎn)，以鉆斗自重并加液壓 作為鉆進壓力，使土屑裝滿鉆斗后提升鉆斗出土；通過鉆斗 的旋轉(zhuǎn)、挖土、提升、卸土和泥漿置換護壁，反復循環(huán)而成 孔。此方法自動化程度和鉆進效率高，鉆頭可快速穿過各種 復雜地層，在樁基施工中具有非常廣闊的前景。但旋挖灌注樁因孔底沉渣過厚往往會導致承載力折減， 根據(jù)以往工程對地下樁超聲波檢測結(jié)果分析，在樁基混凝土 灌注正常情況下，樁基混凝土邊緣部位有缺陷，多數(shù)是混凝 土內(nèi)局部有夾塊造成的。經(jīng)分析認為：夾塊由兩

3、部分組成， 即泥漿中的砂礫沉淀物以及鋼筋籠下放過程從孔壁上刮落 的粘泥塊過厚，在灌注樁時，沉淀物隨著混凝土上升，因有 鋼筋籠或孔壁阻隔，使沉淀物停滯在局部范圍內(nèi)，并最終造 成成樁中局部缺陷。在鉆孔灌注樁的相關施工規(guī)范及設計文件中，明確要求 沉渣厚度小于10cm,且一般工程樁基施工地質(zhì)條件復雜、多 變，因此沉渣厚度控制是成孔質(zhì)量控制的難點和重點。因為 從提鉆到灌注程，對于深樁來說通常需要1個小時以上，在 這個過程中，因為泥漿靜置時間過長，會產(chǎn)生一部分的沉淀, 鋼筋籠下放過程中也會從孔壁上掛落部分泥塊，這些就構成 沉渣，可能會超過設計或規(guī)范要求，如果不采取措施就灌注 混凝土，容易引發(fā)各種質(zhì)量事故。

4、因此，需要在灌注前采用 氣舉反循環(huán)清孔工藝進行二次清孔。2、工藝特點2. 1清孔徹底：能滿足孔底沉淀厚度wlocm的要求；2.2清孔速度快：從以往的實踐經(jīng)驗情況看，如果正循 環(huán)清孔情況比較好的話，一般采用反循環(huán)二次清孔50分鐘 左右就可以達到要求；2. 3轉(zhuǎn)換迅速：可以在10分鐘內(nèi)，由清孔狀態(tài)轉(zhuǎn)換到混 凝土灌注狀態(tài)；2、4經(jīng)濟便捷：本工藝需用的機械設備少，材料用量少, 制作簡單，方便靈活；3、適用范圍3.1、本工藝適用范圍：孔深150m以內(nèi)的孔徑、對沉 渣厚度要求較高，水上（陸地）鉆孔灌注樁的施工。3.2、適用地層：粘土層、砂層、礫石層、卵石層、巖 層等地層4、施工工藝4. 1清孔的意義旋挖鉆

5、孔深度達到設計要求并符合終孔條件后，應進行 清孔。清孔的主要目的是清除孔底沉渣，而孔底沉渣則是影 響灌注樁承載能力的主要因素之一。清孔則是利用泥漿在流 動時所具有的動能沖擊樁孔底部的沉渣，使沉渣中的巖粒、 砂粒等處于懸浮狀態(tài)，再利用泥漿膠體的粘結(jié)力使懸浮著的 沉渣隨著泥漿的循環(huán)流動被帶出樁孔，最終將樁孔內(nèi)的沉渣 清干凈，這就是泥漿的排渣和清孔作用。旋挖灌注樁灌注前，由于從提鉆到導管陳放完畢這個過 程很長，對于鉆孔灌注樁來說，必然會使第一次清孔后的沉 渣增加，如果不采取措施，沉渣過多，容易引起灌注事故， 直接影響樁基的承載力，危及結(jié)構安全。因此，必須高度重 視灌注前的二次清孔工作。4. 2清孔方

6、式選擇的理論依據(jù)沉淀物主要由泥塊和沉淀砂礫及巖渣組成。泥塊主要是 由鋼筋籠下放刮落的孔壁泥皮造成的；而砂礫沉淀物主要由 泥漿中的懸浮顆粒造成的，巖渣則是旋挖的殘留。確定沉渣顆粒在泥漿處于懸浮狀態(tài)的臨界沉降速度v0 的思路是：假定顆粒為球形，其重力為g,顆粒在液體中的 浮力為p,球形顆粒在液體中的沉降阻力為ro當g>p時， 巖屑下降，速度逐漸增大，r值也隨之增大。當r值達到足 以使作用在巖屑上的三種力保持平衡時，即r=g-p時，巖 屑將以恒速vo下降。通過推導可得出沉降速度（即雷廷格 爾公式）為4. 3傳統(tǒng)正循環(huán)清孔法的弊端正循環(huán)清孔是泥漿由鉆桿或?qū)Ч茏⑷肟椎?，帶動沉淀?上浮，在重力作用

7、下泥漿中砂礫等沉淀物有下沉的趨勢，如 果泥漿泵流量偏小，將出現(xiàn)大顆粒砂礫懸浮在一定高度以 下；如果想把大的沉渣顆粒排出孔外，一方面是加大泥漿的 循環(huán)速度，另一方面是加大泥漿的密度，但是受現(xiàn)有泥漿泵 排量的限制，泥漿的循環(huán)速度不可能提高很多，加大泥漿比 重的方法也不可行。另外因為孔壁處泥漿比孔中心部位流速 慢，造成泥漿含砂率不均勻，最終不能將泥漿中大顆粒完全 置換到孔外去，因此該傳統(tǒng)工法清孔效果并不理想。如果用正循環(huán)清孔，ei. im的孔的斷面積為0.95h12, 常用2pnl砂石泵額定排量為93. 33m3/h,假定采用2臺并聯(lián) 送水，泥漿攜帶鉆渣后進入鉆桿與孔壁形成的環(huán)閉空間后上 返速度是很

8、低的，滿排量時漿液的上返速度僅達到0. 05m/so 根據(jù)上述公式可見正循環(huán)鉆進只有依靠高濃度高密度泥漿 來懸浮鉆渣，最終端沉渣厚度不能保證符合設計要求，從而 容易引發(fā)質(zhì)量隱患。4. 4反循環(huán)清孔4.4.1反循環(huán)清孔通常采用兩種方式，一種是泵吸反循 環(huán)，另一種是氣舉反循環(huán)。泵吸反循環(huán)是通過砂石泵的抽吸 作用，在鉆桿內(nèi)腔形成負壓，在孔內(nèi)液柱和大氣壓的作用下, 孔壁與環(huán)狀空間的泥漿流向孔底，將沉渣帶進鉆桿（導管） 內(nèi)腔，再經(jīng)過砂石泵排至地面沉淀池內(nèi)；沉淀鉆渣后，泥漿 流向孔內(nèi)，形成反循環(huán)。采用泵吸反循環(huán)法進行二次清孔，目前常用4bs砂石泵 額定排量為200m3/h,假定采用00.3m的導管進行清孔

9、，滿 負荷時泥漿上返流速可以達到1. 58m/s,可以看出該速度遠 大于鉆渣上返所需流速0. 29m/s的要求，因此進入導管內(nèi)的 鉆渣能夠被有效的抽吸上來。4. 4. 2氣舉反循環(huán)4. 4. 2. 1氣舉反循環(huán)的原理氣舉反循環(huán)的原理是：壓縮空氣經(jīng)風管向?qū)Ч埽ㄅ旁埽?內(nèi)送風，風管內(nèi)的空氣與泥漿混合物密度（約為0.6）小于 導管（排渣管）內(nèi)泥漿密度（約為1. 1）,形成負壓區(qū)，在大 氣壓的作用下，汽水混合物排出管外；孔底泥漿及沉淀物的 混合物沿著導管上升，補充到負壓區(qū)；為防止孔中泥漿水頭 過小，及時用泥漿泵將優(yōu)質(zhì)（含砂率低）泥漿補充到孔內(nèi)， 并形成循環(huán)系統(tǒng)。4. 4. 2. 2氣舉反循環(huán)的設備氣舉反循環(huán)的設備非常簡單，主要的構造見圖1所示。除了風管、排渣金屬管、排渣軟管、法蘭盤接頭外，現(xiàn)場只 需要一臺920m3/h空壓機就可完成整套施工工藝。圖1給出了兩種形式的氣舉反循環(huán)設備。形式1是直接利用導管作為排渣管，優(yōu)點是操作簡便、工序轉(zhuǎn)換速度快， 現(xiàn)場只要沉放風管即可，缺