气举反循环清孔工艺

1、钻孔灌注桩气举反循环清孔工艺 摘要 : 钻孔灌注桩因机具设备简便、施工方便, 成孔质量可靠, 施工费用低等原因, 被广泛地应用于高层建筑、公路桥梁等工程得基础工程。钻孔灌注桩沉渣得清理就是控制桩身质量得关键, 传统得钻孔灌注桩施工为正循环钻进、正或反循环清孔成孔工艺, 而近几年在浙江一带出现钻孔灌注桩气举反循环清孔工艺, 其清孔效果远好于一般清孔工艺、本文就此介绍气举反循环清孔工艺得运用, 并比较对工程质量以及经济效益带来得影响。 ? 关键词: 钻孔灌注桩气举反循环二次清孔一、钻孔灌注桩工艺 : ? 传统得钻孔灌注桩多采用回转钻成孔灌注桩、潜水电钻成孔灌注桩。成孔前先安装钢板护筒 , 以作保护

2、孔口、定位导向、维护泥浆面、防止塌方用、钻机就位后开始钻孔 , 钻孔时电机带动导管、导管根部钻头旋转 , 破坏土层结构 , 形成钻渣。钻孔应采用泥浆护壁措施 , 防止塌孔。现场须设置泥浆池 , 泥浆通过泥浆泵吸入导管, 从导管底部排出 , 带动钻渣向上从桩孔中溢出, 再排入沉淀池。 ?钻孔施工至设计标高时, 立即进行第一次清孔。第一次清孔时 , 一般采用循环换浆法 , 反复用泥浆循环清孔 , 清空过程中必须及时补充泥浆 , 并保持浆面稳定。孔中土颗粒、岩石屑等钻渣随浆液溢出孔外, 以达到第一次清理沉渣目得。清渣完成后 , 安装钢筋笼 , 在浇筑砼前须进行第二次清孔。?第一次清孔属于正循环清孔方

3、法, 本文主要探讨第二次清孔工艺。二、正、反循环清孔工艺介绍:1、正循环清孔工艺?第二次正循环清孔采用循环灌浆法 , 让钻头在原位继续转动 , 通过导管注入清水 , 控制泥浆密度在 10 nm3以下 ; 对于孔壁土层性能差、 不稳定得则注入泥浆 ( 泥浆密度 1、 12、5n/m3)。注入冲洗液携带钻渣后进入钻杆与孔壁形成得环闭空间上返, 排出桩孔以外 , 以达到沉渣清理效果。 简单得说 , 正循化清孔得定义就就是沉渣从导管外溢出得清渣工艺。2?、反循环清孔工艺从前文所述、 顾名思义 , 反循环清孔得定义就就是沉渣从导管内排出得清渣工艺。反循环清孔工艺有多种, 一般有泵吸法、空气吸泥机法等种。

4、近年来出现得气举反循环法相对工艺更为简单, 清孔效果明显 , 推广较快、气举反循环清孔就是利用空压机得压缩空气, 通过安装在导管内得风管送至桩孔内 , 高压气与泥浆混合, 在导管内形成一种密度小于泥浆得浆气混合物, 浆气混合物因其比重小而上升, 在导管内混合器底端形成负压, 下面得泥浆在负压得作用下上升 , 并在气压动量得联合作用下 , 不断补浆 , 上升至混合器得泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升 , 从而形成流动 , 因为导管得内断面积大大小于导管外壁与桩壁间得环状断面积 , 便形成了流速、流量极大得反循环 , 携带沉渣从导管内反出 , 排出导管以外。?3、气举反循环清孔工艺设备比较?反循

5、环工艺较正循环工艺而言, 增加空压机一台、 风管一套、该风管在二次清孔时安装在导管内, 故导管上部相应增加连接阀门, 风管下部就是气浆混合器。反循环工艺导致沉渣从导管内反出, 导管上部增加三通一套, 排至接渣篮。?相对其它反循环清孔工艺, 气举反循环工艺得送风管安装在导管内, 不像其它反循环清孔工艺在导管外安装风管, 减少拔出风管时与钢筋笼牵挂得危险、更保护泥浆护壁, 且气浆混合器制作简单, 操作更为方便,故更适用于小孔径( 直径5 0 0 ) 钻孔灌注桩。?因气举反循环工艺特点 , 钻孔灌注桩第一次清孔时并不适用气举反循环清孔工艺了。否则 , 须逐节拔出导管 , 再安装风管, 待第一次清空完

6、成后, 再次拔出、拆除导管与风管, 待钢筋笼就位后, 再二次安装风管进行第二次清孔。这样得后果就是增加了作业时间, 且由于反循环二次清孔效果较好 , 这样做也显得毫无必要。三、气举反循环清孔工艺操作要领?1、导管下放深度以出浆管底距沉淤面00400mm为宜 , 风管下放深度一般以气浆混合器至泥浆面距离与孔深之比得0。 0。 65 来确定。2、主要参数 : 空压机得风量69m3min, 导管出水管直径 20 mm,送风管直径 ( 水管 ) 5mm,浆气混合器用25mm水管制作 , 在 m左右长度范围内打排孔、每排4 个 8 m孔即可。3、开始送风时应先孔内送浆( 补浆 ), 停止清孔时应先关气后

7、断浆。清孔过程中 , 特别要注意补浆量, 严防因补浆不足 ( 水头损失 ) 而造成塌孔。?4、送风量应从小到大, 风压应稍大于孔底水头压力, 当孔底沉渣较厚、?块度较大, 或沉淀板结时 , 可适当加大送风量, 并摇动出水管 ( 导管 ), 以利排渣。5、随着钻渣得排出, 孔底沉淤厚度较小, 出水管 ( 导管 ) 应同步跟进, 以保持管底口与沉淤面得距离、6、清孔后, 孔内泥浆比重应小于1。 20, 粘度1820s, 孔底沉渣厚度5cm。7、反循环法清孔时所需风压p 得计算、 ?000+p?s - 泥浆比重 (kn/m3),一般取=sh0/ 1、 2h混合器沉没深度(m)?p - 供气管道压力损

8、失,一般取0、 050、 1mpa四、气举反循环清孔速度气举反循环与正循环在沉渣得冲洗、上返流速存在巨大差异。?气举反循环冲洗液携带钻渣后迅速进入过水断面较小得钻杆内腔, 可以获得比正循环高出数倍得上返速度。根据钻探水力学原理, 冲洗液在钻孔内得上返速度就是钻渣颗粒群悬浮速度得。21。 3 倍 , 即va ( 。1。 3)v。反循环清孔至钻渣在导管内运动,使形态各异得钻渣群在有限得空间作悬浮运动, 上升速度较快。 由于返浆速度较大, 以内径 20mm得导管为例 , 粒径约 10 1 0mm得石块也能清运出来、这一优点与泵吸反循环清孔工艺相类似 , 但就是泵吸法循环系统复杂 , 砂石泵故障多就是

9、主要缺点 ; 这一优点就是空气吸泥机法所不能比拟得, 一般通过空气吸泥机法清孔, 由于空气混合室构造、送风管距孔底距离较近等原因, 只能清出约5mm粒径得石子。而正循环清孔 , 冲洗液携带钻渣后进入钻杆与孔壁形成得环形空间上返 , 由于冲洗液上返断面面积大 , 上返速度较慢 , 因此可能部分比重较大渣层颗粒会回落, 须反复循环清孔 , 耽搁时间。在选用基岩作持力层时 , 这种情况显得尤为明显。?本单位施工得得某高层建筑桩基施工验证了上述观点。该工程设计为直径 1000 钻孔灌注桩 , 持力层为基岩 , 桩基入岩深度 300, 设计选 3 根桩试桩 , 做破坏试验、当时对第一根桩、第二根桩有意作

10、了对比试验、第一根桩二次清孔时不安装风管,清孔 2 小时后 , 再安装风管 ,20 分钟内 , 又清理出石渣26kg; 第二根桩二次清孔时, 安装风管清孔 ,30 分钟内清理完成 , 对比效果明显。五、气举反循环清孔质量?通过上述试验已表明, 气举反循环清孔由于返浆速度快, 清渣效果较好 , 沉渣层较薄 , 而沉渣层厚度大小与单桩承载力高低密切相关。还就是以上述得高层建筑桩基为例, 该工程 3 根装在试桩时极限承载力均达到 14 0kn以上 , 这在浙江湖州市一带就是较为罕见得。该工程桩基施工完成后 , 对桩身质量进行钻芯取样检查, 其沉渣厚度在20mm以内 , 也证明了这一点。?从另一角度

11、, 在桩基持力层为基岩得前提下, 正循环为了有效得排渣,选用得泥浆 ( 冲洗液 ) 密度较高、 浓度较大 , 势必造成孔内压力大, 对孔壁四周作用力也大,孔壁四周泥皮较厚, 降低了孔四周摩阻力, 也降低了单桩承载力。故从质量角度来瞧, 应推荐气举反循环清孔工艺。?六、经济效果分析 ?表面上瞧 , 气举反循环工艺增加了设备, 增加了工程成本,其实不然 , 下面从几个方面分析经济效果、1、沉渣厚度减小 , 提高单桩承载力 , 优化桩径 , 降低工程造价。?单桩承载力得大小, 取决于桩周土得摩阻力与桩底端承力, 气举反循环清孔过程中形成得泥皮较薄从而使摩阻力增大, 桩底沉渣清除较为彻底, 无软弱层从

12、而提高桩得端承力 , 按试桩结果设计时 , 势必降低桩基工程成本。、清渣速度快 , 缩短工期 , 降低施工成本、钻孔灌注桩桩基采用气举反循环法清孔施工时, 每根桩清孔约减少个小时时间 , 提高了劳动生产率, 加快设备周转周期, 直接降低了工程施工成本。3、清渣速度快 , 泥浆排放量减少 , 减少环境污染 , 降低施工清运处理成本。 ?根据预算定额 , 废浆排运费约占工程成本8 1 , 每根桩减少小时排放时间 , 且气举反循环法清孔渣分离容易, 以笔者施工得30 米深钻孔灌注桩为例 , 泥浆排放成本相比以前下降约5%。 ?七、总结通过以上分析 , 从工期、质量、环保、经济等多角度分析, 钻孔灌注

13、桩气举反循环二次清孔施工工艺值得推广, 其在桩基持力层为基岩、 孔径在 500 0m钻孔灌注桩施工中得优越性更就是其她工艺无法比拟得。大口径气举反循环钻进成孔过程故障判断大口径气举反循环钻进成孔过程故障判断目前 ,大口径钻孔灌注桩在重大基础工程中得到了广泛得应用。由于大口径钻孔灌注桩为隐蔽工程及其施工工艺得复杂性 ,故在施工中 ,风险就是相当大得、大口径钻孔灌注桩得施工施工分三大步骤成孔、 钢笼制作与安装、 混凝土灌注、 其中以成孔过程中事故发生率相对较大、为此 ,在成孔施工中如何及时判断故障得发生并及时处理在大口径钻孔灌注桩施工中就是至关重要得。鉴于大口径钻孔灌注桩成孔孔径大、钻孔深等特点,

14、施工一般都采用气举反循环工艺方法。根据这几年来 ,从事大口径得经验及通过各方面得调查,就总结了大口径钻孔灌注桩成孔过程中钻具裂隙得判断、孔壁稳定性得判断与孔内障碍物得判断方法作如下总结、1.钻具裂隙得判断钻具部序号位孔内液1 面以上钻具孔内液面至气2室段钻具现象裂隙检验方法备注部位钻杆外壁漏气外壁眼睛观察反循环排渣口出气不内壁观 察 空 压出水、空压机气压明或水机 及 出 渣显偏低龙头口反循环排渣口出水较内壁观 察 空 压气室离钻头底距离太短少气量较大、空压机或密机 及 出 渣得情况下也可能造成此气压较小封圈口现象外壁悬 吊 钻 具孔内有围绕钻杆中心重 新 起 动( 离 液得气泡 ( 气泡主离

15、钻空 压 机 观面较杆中心较近 )察 钻 孔 液气泡得大小及密集程度近 )面决定裂隙得大小 (气室离外壁悬 吊 钻 具钻头底距离太短得情况孔内有围绕钻杆中心重 新 起 动下也可能造成此现象 )( 离 气得气泡 ( 气泡均布钻空 压 机 观室较孔液面 )察 钻 孔 液近 )面反循环排渣口出水量内壁观 察 空 压偏小、空压机气压偏( 离 气机 及 出 渣小 ( 出渣口有时有少室较口量气出现 )近 )反循环排渣口出水量内壁观 察 空 压( 离 液小、气量较大、空压机 及 出 渣面较机气压偏小口近 )气室以,为此施工前应做好以施工中如果在此段钻具出现裂隙就是很难判断得3下至孔2、下钻前 ,对此段钻具进

16、行加固3、上下下三点 :1、尽量减少此段钻具底段钻提钻时加强检查具在气举反循环成孔得钻杆一般为双壁钻杆或单壁钻杆外有两根送气管、上述得外壁指双壁钻杆得外壁或单壁钻杆得送气管、空压机气压明显偏低就是指空压机得实际压力与钻进中气室在该段埋深形成反循环所需空气压力之间得压力差比较悬殊。2。孔壁稳定性得判断判 断 指序号标1渣粒2泥浆钻 进 状3况现象稳 定 性 得备判断原因注出渣量比钻孔进尺计不稳定局部孔壁坍塌算量严重偏多出渣量比钻孔进尺计不稳定地层松散出现孔洞算量严重偏少出渣量与钻孔进尺计稳定地层稳定、孔径正常算量基本相符渣粒破碎严重稳定地层较致密渣粒基本无破碎不稳定地层松散泥浆粘度急速变小不稳定孔壁松散、泥浆漏失、地层水侵入粘度变大或不变稳定无地层水侵入及泥浆漏失泥浆漏失严重不稳定地层裂隙或松散泥浆基本无漏失稳定地层密实无裂隙钻进速度相对较快不稳定地层相对松散钻进速度相对较慢稳定地层相对致密钻头晃动剧烈不稳定地层阻力较小、 有扩孔可能钻头基本无晃动稳定无扩孔情况上述就是从单个现象来判断孔壁得稳定 ,但实际