钻孔灌注桩气举反循环二次清孔工艺

钻孔灌注桩气举反循环二次清孔工艺
作者：王抚顺黎婷
来源：《建筑工程技术与设计》2015年第07期
【摘要】本文主要描述了钻孔灌注桩气举反循环二次清孔的一种新工艺，该工艺较其他施工方法减少了设备投入、缩短施工周期、增加清孔效率、操作方便、节省能耗。

文中阐述了该工艺的工艺原理、操作流程、设备需求并举实例加以说明。

【关键词】钻孔灌注桩气举反循环二次清孔
Abstract：This paper mainly explicates the secondary hole clearing by air—life reverse circulation as a new hole clearing technique in bored piles，The process than other construction methods to reduce the equipment investment， shorten the construction period， increase the hole cleaning efficiency， easy to operate， save energy consumption.The process are discussed in the paper the process principle， process， equipment requirements simultaneously。

Key words：Bored pile；Air—life reverse circulation；Secondary hole clearing
1 前言
一般钻孔灌注桩需进行两次清孔作业，第一次清孔是在桩孔施工达到设计深度后，利用原成孔机具，采用循环换浆法，反复用泥浆循环清孔。

第一次清孔主要清除物为泥浆，沉渣清除量较小。

第二次清孔是在浇筑灌注桩桩身混凝土之前，利用灌浆导管，采用气举反循环工艺进行清孔。

第二次清孔不仅能将泥浆清除的更彻底，还能将沉渣清除以满足孔底沉渣厚度达到设计要求。

孔底沉渣厚度是影响钻孔灌注桩成孔质量的重要因素之一，钻孔灌注桩成孔质量的优劣将直接影响灌注桩的承载力，因此有效清除孔底沉渣是控制灌注桩成孔质量的重要环节。

采用正循环方式进行二次清孔的施工工艺，其施工周期长、沉渣清除效果差并且耗能大。

而普通的反循环二次清孔工艺，也需建造沉浆池，设备投入量、耗能量和施工占用面积都较大。

为减少设备投入、缩短施工周期、增加清孔效率、操作方便、节省能耗，我们研发了新的气举反循环二次清孔工艺。

2 气举反循环二次清孔工艺原理
在钻孔灌注桩成孔和孔内钢筋笼安装完成后，混凝土浇筑前；安放灌浆导管并在导管上端口连接气举反循环导流罩；将前端连接有分气管的空气管，通过导流罩中心孔放入灌浆导管内
一定深度；持续通入压缩空气；使安放分气管以上部分的导管内，形成比分气管安放位置以下密度小的浆气混合物。

浆气混合物因其比重小而上升，在导管内分气管底端形成负压，下面的泥浆在负压的作用下上升，并在气压动量的联合作用下，不断补浆，上升至分气管的泥浆与气体形成浆气混合物后继续上升，从而产生流动。

因为导管的内断面积大大小于导管外壁与桩壁间的环状断面积，便形成了流速、流量极大的反循环，浆气混合物携带沉渣从导管内排出，排出导管后的泥浆流在经导流罩规整后，经滤网滤除杂物后直接回落桩孔内。

3 气举反循环二次清孔设备
空压机一台：用于制造压缩空气。

流量为3.5m³/min，气压0.75Mpa，电机功率18.5KW。

（如有必要可增加一台0.6m³储气罐）
风管：输送压缩空气。

一般使用两种类型：一是在压缩机或储气罐出口到桩位最好选用DN40高压胶管，即便于敷设又可减少压力损失，长度视桩位场地而定，为减少管道阻力损失，一般不大于100米为宜；二是连接分气管进入灌浆导管中的风管宜选用DN20硬质塑料管，即便于安装又省时省力，拔出时还可操控泄压阀利用余压喷气反作用原理将分气管快速顶出，拔出迅速且方便。

分气管：向钻孔泥浆内输入压缩空气。

制作详图见图1。

导流罩：气举反循环喷出泥浆经导流罩直接下返，经滤网过滤后直接回到桩孔内。

连接部分利用灌浆导管制作，便于与已施放到桩孔内的导管连接。

制作详图见图2。

滤网：用于过滤经导流罩下返直接流回钻孔内的泥浆。

用16mm钢筋制作骨架，上面铺设丝网。

4 气举反循环二次清孔工艺流程
4.1 气举反循环二次清孔工艺流程图
气举反循环二次清孔工艺流程图见图4
4.2气举反循环二次清孔操作流程
①在桩孔施工完成、钢筋笼安装完成和灌浆导管施放后；移开桩口上部桩机操作平台板，将滤网穿过导管放置到桩孔口。

②利用导管上部螺纹将导流罩安装在导管上端。

③利用分气管下部所坠配重棒，将带有分气管的塑料风管沿导流罩上部管口顺入灌浆导管内，一般分气管置于距桩孔底40米处。

将风管在导流罩上方与桩机进行固定。

④打开控制阀，开启空压机，开始气举反循环清孔。

并不断上下升降导管以利于排除桩孔底部沉渣。

⑤根据气举反循环过程，目视滤网上排渣情况适时停止气举反循环清孔，此过程耗时约为8至12分钟。

⑥清孔完成后，利用管内余压，借助于分气管底部开孔喷出气体产生的反作用力提拔气管，拆除气举反循环装置。

测量沉渣厚度，达标后进行砼浇筑。

5 气举反循环二次清孔工艺参数
桩机类型和灌浆导管一定的条件下，所选气举反循环清孔设备的风压、风量和分气管安装深度这三个参数是能否实现气举反循环清孔的关键。

5.1 气举反循环二次清孔工况选择
（1）空气压力需根据分气管安装于导管泥浆面下最大深度而定：
P=Hŋ×10-²
P—气源压力；H—分气管施放在导管中的深度；ŋ—泥浆比重。

随着泥浆密度、气管施放深度的增加，所需气源压力成正比升高。

（2）气举反循环二次清孔所需风量与导管面积和泥浆混合液提升速度相关：
Q=kd²v
Q—所需供气量；K—系数，经计算K=0.45；d—导管直径；v—气举反循环提升泥浆混合液流速
综上所述：
①分气管施放越深所需气源压力越大；
②在分气管施放深度一定时，灌浆导管直径越大所需气源流量越大。

③在分气管施放位置一定、导管直径、气源压力、流量一定时；泥浆密度越大则分气管上部泥浆混合物与其以下部分密度差越大；产生的气举力越大，气举反循环形成的泥浆循环流速越大；对悬浮于泥浆中的杂质托举力越大，清空沉渣所需时间越短、清孔效果越好。

5.2 气举反循环清孔所需时间
通过试验，在气举反循环清孔运行中，在孔口投放近似泥浆比重的橡胶块测试孔内泥浆每周期循环时间。

结果展示，桩孔直径为1米，孔深为82米的桩孔，气举反循环清孔只需8分钟就能完成一次桩孔内泥浆完整循环。

泥浆流量可达近500m³/min。

气举反循环二次清孔实施中，一般控制清孔时间在12分钟左右即可完全达到彻底清除沉渣效果。

6 气举反循环二次清孔应用实例
在某A储罐桩基础，群桩范围直径80米，基础桩数量为277根，桩直径1米，平均桩长82米，端承桩，进入强风化岩≥2米或中风化≥1米，孔底沉渣≤50mm。

施工过程中采用气举反循环二次清孔工艺进行清孔。

通过反复现场实际实验、调整确定出较经济便捷的工艺参数和设备选型。

6.1 气举反循环清孔参数
6.2地质情况
6.3某A罐气举反循环清孔成效
6.4泥浆系统循环参数
将掷物循环法测得气举反循环二次清孔能力参数和正循环清孔能力参数作对比，结果见表4
6.5气举反循环二次清孔质量
参考上表显示数据，通过实测泥浆循环周期计算出，即便循环泥浆在流量达近500m³/h条件下，对直径1m桩孔而言，循环泥浆在桩孔中的流速也仅有0.17m/s；不会对孔壁产生严重冲刷造成护壁塌陷。

而导管内循环泥浆流速则可达2.7m/s，不难想象，在导管接近桩孔底部处，循环泥浆将产生巨大的抽吸作用，将沉渣乃至200mm大石块都能迅速抽引到孔口。

沉渣清除效果非常明显，沉渣清除较为彻底。

上表同时显示；GPS-20桩机所配置的正循环泥浆抽吸泵流量仅有58m³/h，计算得所产生的桩孔内正循环泥浆流速仅有0.02m/s，因此采用正循环要将80米桩孔底部沉渣清除将消耗大量时间。

且部分远高于泥浆比重的石块因流速小、浮力不足根本无法上浮清除。

而孔底沉渣厚度是影响钻孔灌注桩成孔质量的重要因素之一，因此气举反循环清孔法比正循环清孔法质量更有保证。

6.6气举反循环二次清孔经济效益分析
（1）沉渣厚度减小，提高单桩承载力，优化桩径，降低工程造价。

单桩承载力的大小，取决于桩周土的摩擦阻力与桩底端承力，气举反循环清孔过程中形成的泥皮较薄从而使摩擦阻力增大，桩底沉渣清除较为彻底，无软弱层从而提高桩的端承力，加大桩基合格率，降低桩基工程成本。

（2）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，提高了生产效率，加快设备周转周期，减少能耗、缩短工期，降低了工程施工成本。

如表5所示，正循环清孔能耗是气举反循环清孔能耗的20倍以上。

采用气举反循环法清孔施工时，单根桩节约能耗95KW/h，每台储罐基础277根桩，计算可得每台罐可节约能耗26315KW/h。

利用气举反循环进行二次清孔，每根桩减少成桩时间约3小时，按照每台罐10台桩机施工计算，单台罐成桩总时间可减少83小时，折合缩短工期3.5天，大大降低了施工成本。

（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。

本气举反循环工艺取消了沉浆池，仅增加一个导流罩和滤网，在减少场地使用面积的基础上，减少泥浆排放量、减少环境污染、降低施工清运处理成本。

7 气举反循环二次清孔工艺特点
经过多次研究试验，最终形成工艺具有：设备简单、投资少；操作方便；所需气源压力低、安全性好；所需气源容量小、循环泥浆流程短、能耗损失少；泥浆循环流量大、循环泥浆流量调节方便；清孔效率高；清孔周期短、能耗低等特点。

8 总结
通过以上分析，该钻孔灌注桩气举反循环二次清孔施工工艺，不论从工期、质量、环保、经济等多角度分析，该工艺皆值得推广，该工艺在施工中的优越性更是其他工艺无法比拟的。