氣舉反循環(huán)在鉆孔灌注樁二次清孔中的應(yīng)用

摘 要: 鉆孔灌注樁沉渣的清理是控制樁身質(zhì)量的關(guān)鍵，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。本文介紹氣舉反循環(huán)清孔工藝的運(yùn)用，并比較對(duì)工質(zhì)量和經(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、前言

一般鉆孔灌注樁多采用回旋鉆機(jī)成孔。鉆機(jī)就位后開(kāi)始鉆孔，鉆孔時(shí)電機(jī)帶動(dòng)鉆桿、鉆桿根部鉆頭旋轉(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。泥漿通過(guò)泥漿泵被吸入鉆桿，從鉆桿底部排出，帶動(dòng)鉆渣向上從樁孔中溢出，再排入沉淀池。沉渣厚度的控制是鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，其質(zhì)量將直接影響灌注樁的承載力，尤其對(duì)以樁端阻力為主的端承樁影響更甚。

鉆孔灌注樁需要兩次清孔，鉆孔施工至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，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，讓鉆頭在原位繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，反復(fù)用泥漿循環(huán)清孔?？字型令w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，提鉆并下放鋼筋籠，在澆筑砼前再進(jìn)行最重要的第二次清孔。

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——?dú)馀e反循環(huán)清孔工藝，以及其在華成大廈樁基工程中的應(yīng)用，此工藝取得了成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)提高鉆孔灌注樁工程質(zhì)量有著重要意義。

二、正、反循環(huán)清孔工藝介紹

1.正循環(huán)清孔工藝

第二次正循環(huán)清孔采用循環(huán)換漿法，通過(guò)導(dǎo)管注入泥漿，并加入清水，使沉渣排出樁孔外，以達(dá)到沉渣清理和調(diào)節(jié)泥漿比重的效果。

2.反循環(huán)清孔工藝

反循環(huán)清孔的定義就是將沉渣從導(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)法等多種。本文主要介紹氣舉反循環(huán)法，此法相對(duì)而言更為簡(jiǎn)單，清孔效果明顯，推廣較快。

氣舉反循環(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

(1)空壓機(jī)一臺(tái)，空壓機(jī)的風(fēng)量6—9m3/min;

(2)風(fēng)管一套，送風(fēng)管(水管)?覫25mm，漿氣混合器用?覫25mm鍍鋅管制作，在1m左右長(zhǎng)度范圍內(nèi)打梅花孔，孔距30mm的?覫8mm孔，下端用鋼板封堵。

(3)導(dǎo)管上部增加三通一套，上端插入風(fēng)管，下端連接導(dǎo)管，側(cè)面排渣，排渣管不宜太小。

三、氣舉反循環(huán)清孔工藝流程

1.導(dǎo)管下放深度以出漿管底距沉淤面300—400mm為宜，風(fēng)管下放深度一般為孔深的2/3。

2.導(dǎo)管下放完畢后先使用正循環(huán)，清孔15分鐘左右;同時(shí)準(zhǔn)備風(fēng)管。

3.孔口放置沉渣籃，將沉渣排入此處，泥漿流入孔內(nèi)，防止沉渣又留回孔內(nèi)。

4.在清孔過(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。

5.當(dāng)孔底沉渣較厚、塊度較大，或沉淀板結(jié)時(shí)，可適當(dāng)提升導(dǎo)管，并上下?lián)u動(dòng)，以利排渣，必要時(shí)使用榔頭敲打三通接頭，防止堵塞。

6.隨著沉渣的排出，孔底沉淤厚度較小，導(dǎo)管應(yīng)同步跟進(jìn)，以保持管底口與沉淤面的距離。

7.清孔后，孔內(nèi)泥漿比重應(yīng)小于1.20，粘度18—20s，孔底沉渣厚度≤5cm。

示意圖

工藝流程

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)沖攜帶鉆渣后迅速進(jìn)入導(dǎo)管，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)原理，泥漿在鉆孔內(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做懸浮運(yùn)動(dòng)，上升速度較快。由于返漿速度較大，粒徑10—30mm的石塊也能被清運(yùn)出來(lái)。

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。

五、氣舉反循環(huán)清孔質(zhì)量

上述試驗(yàn)表明氣舉反循環(huán)清孔由于返漿速度快，清渣效果較好，沉渣層較薄，而沉渣層厚度大小與單樁承載力高低密切相關(guān)。泥漿調(diào)節(jié)好，利于灌漿，不容易上浮鋼筋籠，更使樁頭質(zhì)量好。

六、工程實(shí)例

1.工程概況

華成大廈位于蒼南縣靈溪鎮(zhèn)，東傍站前大道，南靠仁英路，西臨官堂小區(qū)，北側(cè)有1—2F待拆民房。該項(xiàng)目總建筑面積22781m2，由2幢10—11F公寓住宅樓(框—剪)、1幢3F—5F商業(yè)用房(框架)組成，其中地下室(一層)建筑面積6646m2。采用直徑600、700鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)要求樁端進(jìn)入持力層1m，沉渣厚度不得大于5mm。

2.地質(zhì)概況

①素填土:厚度1.6—2m;

②淤泥:厚度18—22m;

③淤泥質(zhì)粘土:厚度10—12m;

④卵礫:厚度9—10m;

⑤粘土:厚度2.5—3.1m;

⑥卵礫:厚度8—8.7m;

⑦粉質(zhì)粘土:厚度1.6—1.9m;

⑧卵礫:作為持力層，入巖1m。

3.效果反應(yīng)

前期試樁未使用反循環(huán)清孔，清孔時(shí)間為3小時(shí)，且需要人工不停地清理泥漿池;使用氣舉反循環(huán)，清理出石渣100kg，且最大排出卵石達(dá)120mm，30分鐘內(nèi)清理完成，對(duì)比效果明顯。采用該工藝清孔的樁沉渣厚度100%符合要求。

七、效果分析

1.質(zhì)量

單樁承載力的大小，取決于樁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。

2.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2.5個(gè)小時(shí)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快了設(shè)備周轉(zhuǎn)周期，直接降低了工程施工成本。

八、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，從工期、質(zhì)量、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的鉆孔灌注樁施工中的優(yōu)越性更是其他工藝無(wú)法比擬。

參考文獻(xiàn):

[1]建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ94—2008).