氣舉反循環(huán)清孔在嵌巖樁中的應(yīng)用

氣舉反循環(huán)清孔在嵌巖樁中的應(yīng)用一．前言氣舉反循環(huán)是我國20世紀(jì)90年代引進(jìn)推廣的新技術(shù)，主要應(yīng)用于成孔鉆進(jìn)和樁基清孔。清孔是鉆孔灌注樁施工工藝中至關(guān)重要的一環(huán),尤其對嵌巖樁而言,它直接影響端承力的發(fā)揮,在施工規(guī)范中也嚴(yán)格規(guī)定端承樁沉渣不得超過50mm,有些工程甚至要求零沉渣控制。鉆孔灌注樁清孔的傳統(tǒng)方法主要有旋挖鉆機(jī)回鉆清孔、正循環(huán)清孔、泵吸反循環(huán)清孔。鉆機(jī)回鉆清孔速度快但清渣不徹底，不能滿足沉渣要求；正循環(huán)清孔效率低，清渣不徹底；泵吸反循環(huán)清孔受泵的揚(yáng)程限制，效率低。當(dāng)樁長長，孔徑大，沉渣指標(biāo)嚴(yán)格時，傳統(tǒng)方法不能滿足施工要求，而氣舉反循環(huán)清孔則彌補(bǔ)了傳統(tǒng)清孔方法的不足之處，以影響深度深、清孔速度快、清渣徹底能滿足沉渣要求，得到了很快的推廣和應(yīng)用。本文主要針對氣舉反循環(huán)在鉆孔灌注樁施工中清渣的應(yīng)用展開討論。二．氣舉反循環(huán)清孔的原理如圖1所示,空氣壓縮機(jī)將壓縮空氣輸進(jìn)風(fēng)管,空氣經(jīng)風(fēng)管底部排出和泥漿形成氣液混合物?？椎壮猎趪姵鰵怏w的沖擊作用下懸浮起來,由于管內(nèi)、外液體的密度差,孔內(nèi)泥漿、空氣、沉渣的三相流沿導(dǎo)管向上運(yùn)行,被排出孔口,進(jìn)入接渣籃。過濾出泥漿中的沉渣后,過濾后的泥漿又重新進(jìn)入孔內(nèi)，反復(fù)循環(huán)直至孔底沉渣厚度達(dá)到規(guī)范要求。圖1氣舉反循環(huán)清孔示意圖參見圖1,風(fēng)管底部到孔內(nèi)泥漿頂面深度為h1,從孔內(nèi)泥漿頂面到導(dǎo)管內(nèi)泥漿頂面高度差為h2,導(dǎo)管內(nèi)三相流密度為ρn,導(dǎo)管外液體密度為ρw,則作用于風(fēng)管底部液面上內(nèi)外液體柱壓力差為:圖1氣舉反循環(huán)清孔示意圖ΔP=ρw*h1-ρn(h1+h2)=(ρw-ρn)h1-ρn*h2……①正是這個壓力差,驅(qū)動導(dǎo)管內(nèi)風(fēng)管底口以上的三相流沿導(dǎo)管上升,并克服循環(huán)過程中的各種阻力,形成反循環(huán)?？紤]到供氣管道的壓力損失,故空氣壓力應(yīng)按下式計算:P=ρn*h1/102+Ps……②式中:Ps供氣管道壓力損失,一般取0.05～0.1MPa。由①式可以看出,管外泥漿密度ρw和h1、h2相對穩(wěn)定的情況下,降低三相流的密度ρn(通過增大壓氣量實現(xiàn))將提高驅(qū)動氣舉反循環(huán)的壓力差,因此送往孔內(nèi)的空氣流量和壓力是影響氣舉反循環(huán)排渣能力的重要參數(shù)；h1越大，h2越小則壓力差越大，所以當(dāng)孔內(nèi)缺漿時不能形成反循環(huán)，應(yīng)保持孔內(nèi)泥漿面達(dá)到合適高度從而增大h1減小h2；ρw為三相流密度，當(dāng)孔內(nèi)泥漿固相所占比例較大時也不能形成反循環(huán)，只有在ρw相對小的情況下，增大ρw與ρn的差值才能提高清孔效率。由②式可以看出，空壓機(jī)的選擇應(yīng)有P確定，主要受h1和ρn控制。當(dāng)孔較深，泥漿比重較大時所需的壓力較大。因此要根據(jù)工程的實際樁長計算P確定空壓機(jī)型號；盡最大的可能減小Ps，應(yīng)經(jīng)常檢查風(fēng)管是否漏氣，接頭處是否嚴(yán)密使壓力損失減到最小。三．氣舉反循環(huán)施工工藝2.1施工設(shè)備表1氣舉反循環(huán)清孔主要設(shè)備 設(shè)備名稱型號備注吊車QY16型以具體樁長樁徑確定水泵3PNL泥漿泵配有適量的泥漿管空壓機(jī)8m3空壓機(jī)最大壓力為0.8MP灌注導(dǎo)管250mm鋼制導(dǎo)管雙密封圈、絲扣連接方式風(fēng)管25mm塑料風(fēng)壓管長度根據(jù)孔深確定接渣籃自制周邊用鋼筋加固，四周用4mm篩網(wǎng)扎緊2.2施工工藝清孔前準(zhǔn)備工作:測量并記錄孔深，和終孔深度相對比，計算沉渣厚度；檢查導(dǎo)管、塑料風(fēng)壓管、空壓機(jī)組、水泵等各種設(shè)備是否完好。工藝流程:鋼筋籠下放完畢后,下入灌注導(dǎo)管至孔底10mm處。將風(fēng)管從灌注導(dǎo)管內(nèi)下放至導(dǎo)管底口200mm處。并將風(fēng)壓管的另一端從中引出與空壓機(jī)組連接。將接渣籃放在出渣口下，并保證孔內(nèi)泥漿高度，以防塌孔。開動空壓機(jī)清孔，風(fēng)量、風(fēng)壓由小到大,正常風(fēng)圖2氣舉反循環(huán)清孔工藝流程圖量為8m3/h圖2氣舉反循環(huán)清孔工藝流程圖測量孔內(nèi)沉渣厚度和泥漿比重,確認(rèn)達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后,先關(guān)空壓機(jī)，卸下導(dǎo)管帽,拔出風(fēng)壓管,進(jìn)行正常灌注。四．工程實踐及效果與質(zhì)量評價廣東河源電廠建設(shè)的2×600MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，鉆孔灌注樁樁徑為Φ800、1000、1100、1250mm，約2316根，單根樁長平均7米到25米；全部為嵌巖樁，要求入巖深度為2D，孔底沉渣厚度≤50mm。本工程采用了氣舉反循環(huán)清孔。通過預(yù)埋聲測管，做超聲波檢測，孔底沉渣均能滿足設(shè)計通過廣東河源電廠的施工實踐證明,氣舉反循環(huán)進(jìn)行嵌巖樁清孔效果較為理想，主要技術(shù)優(yōu)勢如下：(1)與傳統(tǒng)清孔工藝相比大大縮短了二次清孔的時間。(2)清孔質(zhì)量好，清渣徹底，二次清孔后,全部達(dá)到50mm以下,滿足了設(shè)計要求。(3)樁基的樁端承載力提高，最終沉降量減小。(4)配置設(shè)備少,只需添置一臺空壓機(jī),因而施工圖3氣舉反循環(huán)清孔實景成本增加不多。圖3氣舉反循環(huán)清孔實景(5)工藝簡單,經(jīng)過簡單培訓(xùn)施工人員便能掌握。五．施工中需要注意的問題(1)灌注導(dǎo)管要密封不漏氣。將導(dǎo)管下至距孔底100mm處清孔效果最佳，這樣能保證沉渣順利的進(jìn)入導(dǎo)管。當(dāng)沉渣過多時（≥1.0米）可以先拆除一節(jié)導(dǎo)管，確保導(dǎo)管口在沉渣面以上100mm。當(dāng)沉渣減少再將導(dǎo)管長度按孔深配置。上下活動導(dǎo)管，可以提高清孔效率。(2)塑料風(fēng)管不能插入過深，也不宜插入過淺。如果風(fēng)管超過導(dǎo)管口，壓縮空氣會在導(dǎo)管口外冒出不會形成反循環(huán)；如果插入過淺對孔底的沉渣擾動較小，清孔效果不好。一般在導(dǎo)管口上200mm為宜。(3)保證孔內(nèi)泥漿在護(hù)筒底口以上，以防泥漿循環(huán)時將孔壁沖塌。清孔時間不宜過長，在沉渣滿足要求以后立即進(jìn)行灌注成樁。(4)將泥漿比重調(diào)整到合適的范圍。如果泥漿比重小于1.05，泥漿的含渣的能力較差。在遇到沙層時細(xì)沙循環(huán)在孔內(nèi)沉淀?？梢哉{(diào)整泥漿比重達(dá)到1.10左右，并在接渣籃下挖一大坑使細(xì)沙在坑中沉淀；如果泥漿比重大于1.30，則導(dǎo)管內(nèi)外的壓力差相對較小，不能形成反循環(huán)。特別對于成孔后放置時間較長的孔，底部泥漿比重更大，可以先用正循環(huán)將泥漿混合均勻，再用反循環(huán)清孔，邊清渣邊加清水，直至沉渣和泥漿指標(biāo)都符合要求。(5)注意空壓機(jī)的正確啟動，送氣時風(fēng)量、風(fēng)壓應(yīng)由少到大,防止導(dǎo)管的瞬時上浮和風(fēng)壓管的破裂。并注意空壓機(jī)的日常維護(hù)，特別注意潤滑油的添加。(6)正確判斷清渣的質(zhì)量。沉渣測定可用沉渣測厚儀。在工程中用測繩檢測最為常見，首先要測量孔深，當(dāng)錘擊孔底時，感覺有反彈，聲音較清脆時說明清渣效果較好。(7)清渣完畢后立即灌注成樁。清孔時不可能將形成沉渣的顆粒物全部清除干凈，有一些必定懸浮在泥漿