氣舉反循環(huán)二次清孔工藝應(yīng)用研究

付磊　陳璐

摘 要：通過武漢地區(qū)某工程實(shí)例，對(duì)氣舉反循環(huán)二次清孔與常規(guī)二次清孔的對(duì)比試驗(yàn)，得出了氣舉二次清孔技術(shù)的可行性，而且更經(jīng)濟(jì)，效果更理想。

關(guān)鍵詞：氣舉反循環(huán)；二次清孔；樁基礎(chǔ)；應(yīng)用

1 國(guó)內(nèi)行業(yè)現(xiàn)狀

在現(xiàn)階段樁基規(guī)范及設(shè)計(jì)文件中，高層建筑采用的嵌巖樁通常明確要求沉渣厚度小于5cm，從提鉆到灌注砼，對(duì)于較深的工程樁來說通常需要1個(gè)小時(shí)，在這個(gè)過程中，泥漿由于較長(zhǎng)的靜置時(shí)間，在樁底部沉渣會(huì)沉淀，下放鋼筋籠的過程中鋼筋掛落樁孔泥塊，都會(huì)造成樁底沉渣厚度可能會(huì)超過規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，如果不采取有效措施就灌注，極容易引發(fā)各種質(zhì)量事故。因此，需要在灌注前進(jìn)行二次清孔，保證清空后的孔底沉渣量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確保工程質(zhì)量。

2 傳統(tǒng)工藝二次清孔弊端

清孔是利用流動(dòng)的泥漿動(dòng)能卷起樁身底部的固體沉渣，帶動(dòng)固體沉渣上升，隨著泥漿的向上方循環(huán)流動(dòng)，其中夾帶的固體沉渣隨著泥漿被帶出樁孔，從而將沉渣清理干凈。

傳統(tǒng)二次清孔工藝是采用正循環(huán)清孔，過程是向?qū)Ч茏⑷肽酀{夾帶孔底沉渣后進(jìn)入到導(dǎo)管與孔壁之間的空間向上流出，來達(dá)到孔底沉渣清理的效果。通俗地講，正循環(huán)清孔工藝是沉渣從導(dǎo)管外排出的清孔方法。如果泥漿泵的功率不足，將出現(xiàn)較大體積的沉渣懸浮固定在一定高度的情況；如果想將這些大的沉渣排出到樁孔以外，方法一是加大泥漿的流度，其次是調(diào)大泥漿的粘度，現(xiàn)實(shí)情況是，因?yàn)槟酀{泵排量有一定的限制，不可能答到提高泥漿的循環(huán)速度，而過大的泥漿比重也將增加抽排難度。此外因?yàn)榭拷鼧兜淄鈧?cè)處泥漿比樁中心部位的流速要慢，也會(huì)導(dǎo)致泥漿中砂的不均勻，從而不能將泥漿中的大塊沉渣完全排到樁孔以外去。而反循環(huán)清孔的方式就將沉渣從導(dǎo)管內(nèi)抽排出來的方法，也是由于泥漿泵功率的上線，造成泥漿吸力有限，對(duì)于較長(zhǎng)的樁身的清除沉渣中較大沉淀物的效果較差。

3 氣舉反循環(huán)清孔原理

氣舉反循環(huán)二次清孔的過程是通過空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣，通過風(fēng)管沿著導(dǎo)管送至底部，泥漿受到高壓氣流的沖擊，在導(dǎo)管底部混合成為一種漿氣混合物，該漿氣混合物因比重小于泥漿而向上流動(dòng)，從而在導(dǎo)管內(nèi)底端形成負(fù)壓，樁身底部的沉渣隨著負(fù)壓強(qiáng)的作用也上升，隨著兩者混合的聯(lián)合作用，底部孔外的泥漿不斷補(bǔ)充進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)部，導(dǎo)管底部新進(jìn)入的泥漿與高壓氣體形成漿氣混合物后繼續(xù)流動(dòng)上升，因?yàn)閷?dǎo)管的內(nèi)圓周面積與導(dǎo)管外壁與樁壁間的環(huán)形面積差較大，從而形成了一股向上流速和流量極大的泥漿動(dòng)能，從導(dǎo)管頂部攜帶沉渣排出導(dǎo)管以外。

4 項(xiàng)目簡(jiǎn)介及試驗(yàn)方案

武漢TCL康城房地產(chǎn)有限公司擬在洪山區(qū)武豐村興建武漢TCL康城綠洲項(xiàng)目，本項(xiàng)目包括8棟11層住宅樓、1棟24層住宅樓、2棟27層公寓式辦公樓、5棟29層住宅樓、2棟32層住宅樓、會(huì)所、商鋪、集中商業(yè)及幼兒園等。據(jù)勘察深度內(nèi)揭露，場(chǎng)區(qū)內(nèi)覆蓋層為一套達(dá)30-40米的第四系全新統(tǒng)沖積地層，具有典型的二元結(jié)構(gòu)，下臥基巖為志留系泥質(zhì)粉砂巖或泥巖地層，本工程基礎(chǔ)采用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁后壓漿施工工藝，混凝土強(qiáng)度級(jí)C45，工程樁壓漿方式為樁端、側(cè)壓漿。

為進(jìn)行本次科研項(xiàng)目成果對(duì)比及分析，選取TCL康城綠洲A地塊共計(jì)4根試樁進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)4根鉆孔灌注樁工程采用反循環(huán)成孔施工，其中2根（1#、4#試樁）采用傳統(tǒng)正循環(huán)清孔，另外2根（2#、3#試樁）采用氣舉反循環(huán)二次清孔的施工方案，通過實(shí)際孔底沉渣厚度與清孔時(shí)間的對(duì)比及試樁靜載實(shí)驗(yàn)結(jié)果來分析氣舉反循環(huán)清孔工藝的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。

5 氣舉反循環(huán)二次清孔試驗(yàn)操作方法

①樁孔鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度后，利用常規(guī)正循環(huán)泥漿泵進(jìn)行第一次清孔。一清完畢后，即提起鉆桿下放安裝鋼筋籠及導(dǎo)管。②在導(dǎo)管頂部安裝一個(gè)三通接頭，連接好氣液混合器與風(fēng)管，并檢查混合器與風(fēng)管的連接密封情況，打開三通接頭將氣液混合器下放入導(dǎo)管底部。風(fēng)管之間采用接箍連接，在連接過程中絲扣應(yīng)擰緊，在漿液混合器下入導(dǎo)管時(shí)要注意防止風(fēng)管掉入到導(dǎo)管內(nèi)部。③在異徑三通接頭的另一端連接排渣管口，排渣管的出口要設(shè)置在泥漿沉淀池旁邊。開始?xì)馀e反循環(huán)后，孔內(nèi)泥漿快速排出，通過固定排渣管口后可使泥漿穩(wěn)定排入到泥漿沉淀池。④開啟孔口泥漿循環(huán)系統(tǒng)，保證泥漿池與孔口的倒流能順暢地補(bǔ)給。⑤啟動(dòng)空壓機(jī)前將導(dǎo)管提至樁底0.5-1m處，在檢查空壓機(jī)和整套風(fēng)管連接系統(tǒng)安全無誤之后，啟動(dòng)空壓機(jī)送出高壓空氣。高壓空氣隨風(fēng)管被送至導(dǎo)管底部，通過氣液混合器在導(dǎo)管內(nèi)行程漿氣混合液。進(jìn)而攜帶沉渣向?qū)Ч茼敳靠焖偕狭鳎湃肽酀{沉淀池。⑥在二次清孔的操作過程中通過調(diào)節(jié)高壓空氣的流入量來改變排漿量的大小。⑦在二次清孔操作過程中，還要注意需不停地調(diào)整導(dǎo)管底與樁底的距離，勻速地上下左右移動(dòng)導(dǎo)管，使整個(gè)樁身孔底沉渣都能清除干凈。⑧最后通過鑒別排渣孔口排出的泥漿滿足設(shè)計(jì)要求后，關(guān)閉空壓機(jī)，再次測(cè)量孔底沉渣厚度。若在設(shè)計(jì)規(guī)范要求范圍內(nèi)，拆除整套氣管，進(jìn)入樁身混凝土灌注工序。如沉渣厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)繼續(xù)二次清孔工序，直至合格為止。

6 試樁檢測(cè)結(jié)果

試樁清孔時(shí)間及實(shí)際孔底沉渣清理及后期靜載檢測(cè)沉降量見表1：

由表1可知，在相同施工條件下的4根試樁，對(duì)樁身承載力影響最大的沉渣清理效果直接反映到最終試樁的樁身沉降量上面來，2#、3#兩根采用氣舉反循環(huán)清孔的試樁，極限承載力均大于設(shè)計(jì)承載力的2.4倍，且沉降量均未超過20mm，相比較下來1#、4#試樁極限承載力，均達(dá)到設(shè)計(jì)承載力的2倍，滿足設(shè)計(jì)要求，但未達(dá)到設(shè)計(jì)特征值的2.4倍，且在最終沉降量的控制上比采用氣舉反循環(huán)清孔的試樁有一定的差距。

7 氣舉反循環(huán)二次清孔工藝效益分析

7.1 質(zhì)量安全 灌注混凝土是保證成樁質(zhì)量的關(guān)鍵工序，“斷樁”、“夾泥”、“堵管”等常見的灌注質(zhì)量事故都與孔內(nèi)混凝土上部壓力過大有一定關(guān)系。正循環(huán)或常規(guī)反循環(huán)為了有效地排渣，選用的泥漿（泥漿）密度高、濃度大，則勢(shì)必造成孔內(nèi)上部壓力大，這樣混凝土導(dǎo)管排出的阻力增大，澆注困難；另外，正循環(huán)鉆孔過程中因泥漿濃度高、密度大所形成的孔底沉渣，很難從孔中完全清除，所以其中一部分在澆注過程中卷入泥漿中更加大混凝土抬升的阻力，這種阻力在灌注臨近結(jié)束時(shí)更加明顯（可以觀察此時(shí)孔內(nèi)排出的泥漿密度、濃度明顯加大，流淌緩慢，偶爾有大塊的絮狀泥塊出現(xiàn)），若處理不當(dāng)，很容易使臨近樁頂10m左右混凝土質(zhì)量差、強(qiáng)度低，而樁頭上部又是樁受力的關(guān)鍵位置。故氣舉反循環(huán)二次清孔技術(shù)的運(yùn)用使鉆渣清理較為徹底，因此灌注較為順暢，樁頂沉渣少，樁身混凝土質(zhì)量明顯提高。

7.2 工期效率 氣舉反循環(huán)法二次清孔技術(shù)大大縮短了深樁的清孔時(shí)間，提高了成孔效率。通常，對(duì)于50m深樁而言，采用正循環(huán)或常規(guī)反循環(huán)法進(jìn)行二次清孔，要達(dá)到沉渣厚度小于5cm的要求，大約需要半小時(shí)的時(shí)間，而采用氣舉反循環(huán)法進(jìn)行二次清孔，一般只要5-10分鐘就可以達(dá)到澆注狀態(tài)，提高混凝土灌注效率。

7.3 經(jīng)濟(jì)效益 氣舉反循環(huán)法二次清孔技術(shù)大幅提高了工效，節(jié)約了成樁時(shí)間，同時(shí)較好的清孔質(zhì)量，保證了樁身質(zhì)量，避免后期因樁基承載力不合格導(dǎo)致的處理費(fèi)用，同時(shí)采用氣舉反循環(huán)二次清孔工藝后，降低了泥漿施工清運(yùn)處理成本，根據(jù)目前常規(guī)經(jīng)驗(yàn)，泥漿排運(yùn)費(fèi)約占工程成本10%，每根樁排漿過程中減少1小時(shí)的處理時(shí)間，氣舉反循環(huán)法清孔渣分離十分徹底，泥漿排放成本相比常規(guī)清孔工藝明顯減少。

7.4 環(huán)境影響 環(huán)境影響方面采用氣舉反循環(huán)二次清孔清渣速度快，泥漿排放量減少，減少環(huán)境污染，有利于樁基現(xiàn)場(chǎng)的文明施工標(biāo)準(zhǔn)的提升。

綜上所述，氣舉反循環(huán)二次清孔本身所具有的特點(diǎn)，給提高成孔效率、成樁質(zhì)量和綜合經(jīng)濟(jì)效益等方面帶來一系列的好處。

8 結(jié)論

總體來說，從質(zhì)量效益、工效、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、環(huán)境等多角度分析，氣舉反循環(huán)二次清孔施工工藝在鉆孔灌注樁施工中值得推廣，尤其是樁基持力層要求進(jìn)入基巖，且樁徑大小為Φ600-Φ1000mm鉆孔灌注樁施工中的效果是傳統(tǒng)清孔工藝無法達(dá)到的。通過本次科研的TCL康城綠洲A地塊的試樁對(duì)比試驗(yàn)，氣舉反循環(huán)二次清孔具有施工工藝易操作，投入小等特點(diǎn)，為整個(gè)樁基施工過程帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益及質(zhì)量保證。同時(shí)在試驗(yàn)過程中形成了初步的操作工藝及注意事項(xiàng)，為日后進(jìn)一步研究試驗(yàn)及在工程中的推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。