冲钻孔灌注桩气举反循环清孔工法.docx

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冲钻孔灌注桩气举反循环清孔工法

冲（钻）孔灌注桩气举反循环清孔工法

1、前言

冲（钻）孔灌注桩因承载力大、稳定性好、沉降量小、受施工水位或地下水位高低的影响较小等优点，被广泛地应用于高层建筑、公路桥梁等工程的基础工程。

孔底沉渣厚度的控制是冲（钻）孔灌注桩成孔质量的关键，其质量的优劣将直接影响灌注桩的承载力，有效控制孔底沉渣是控制成桩质量的重要环节之一。

一般冲（钻）孔灌注桩施工需要进行两次清孔作业：

第一次清孔是在桩孔施工达到设计深度以后，利用原成孔机具进行，其目的是以替换泥浆为主，清除浮渣为辅，以泥浆性能基本达到要求为标准；第二次清孔是在浇灌桩身混凝土之前，利用灌浆导管进行，其目的是以清除沉渣为主，替换泥浆为辅，以孔底沉渣厚度达到设计要求为标准。

在以正循环工艺施工冲（钻）孔灌注桩时，第二次清孔（以下简称二次清孔）一般均利用导管正循环工艺，效果也很好。

但是在施工较大桩径或超长桩的条件下，除非另配大泵，增加泵量，否则清孔效果下降；而在施工以卵砾石层为持力层的条件下，正循环二次清孔更难以将粒径较大的卵石或碎石清除干净。

当然也有改用泵吸反循环进行二次清孔，在上述施工条件下，其效果显着优于正循环，但砂石泵设备较笨重，机具密封性能要求高，设备在桩孔之间搬动安装不便，故障率也相对较高，若连接部件密封性能出现问题时，就可能影响反循环清孔的效果和时间，清孔工作效率不稳定。

鉴于上述两种清孔方法方法所存在的问题，本工法采用气举反循环清孔工艺，既简化施工难度，又提高了清孔效率，并且有效保证施工质量。

本工法已在多个工程中推广应用，取得了良好的效果。

2、特点

2.1此工法清孔能力强、效率高、清孔较彻底，尤其在施工较大桩径或超长桩和施工以卵砾石层为持力层的条件下优势明显；

2.2此工法需要的机械设备少，制作简单，操作方便，能够有效提高工作效率。

3、适用范围

本工法适用于所有冲（钻）孔灌注桩二次清孔，尤其在施工较大桩径或超长桩的条件下和施工以卵砾石层为持力层的条件下优势明显。

4、工艺原理

气举反循环清孔是利用空压机的压缩空气，通过安装在导管内的风管送至桩孔内，高压气与泥浆混合，在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，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，上升至混合器的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，携带沉渣从导管内反出，排出导管以外。

如图1所示：

5、工艺流程及操作要点

5.1气举反循环清孔工艺流程

图2气举反循环清孔工艺流程

5.2气举反循环清孔工艺操作要点

5.2.1桩孔达到设计深度后，利用成孔机具、泥浆泵进行一次清孔。

一次清孔结束后，立即提起钻具快速安放钢筋笼和下入灌浆导管；

5.2.2在导管口安装导管帽。

将气液混合器与风管连接好，检查风管与混合器的畅通情况，通过导管帽将气液混合器下入导管内，在下入风管时要注意防止风管脱落掉入导管内；

5.2.3将排渣管一端与导管帽连接，另一端固定在沉淀池边；

5.2.4清理孔口泥浆循环系统，使泥浆池与孔口倒流补给通畅，泥浆循环系统长度应大于10m；

5.2.5将灌浆导管提离孔底1m，在检查空压机、储气罐和风管系统安全可靠后，启动空压机送风。

压缩空气通过风管被送至气液混合器中，在导管内产生气液混合液。

携带沉渣的泥浆从导管内腔快速上返，经排渣管排入沉淀池中；

5.2.6在操作过程中要通过调节空压机风量，达到调节排浆量的目的；

5.2.7在清孔过程中，应经常调整导管底端与孔底距离，同时不停地移动导管的位置，使孔底沉渣冲排干净；

5.2.8在确认孔口排出的泥浆性能指标满足要求后，关闭空压机，测量孔底沉渣的厚度。

沉渣厚度合格后即卸除气举反循环清孔器具，并连接灌浆漏斗，准备灌注水下混凝土。

如沉渣厚度达不到设计要求，则继续清孔，直至沉渣厚度满足设计要求为止。

6、机具设备与工艺参数的选择

6.1机具设备

气举反循环清孔工艺的机具，除施工桩孔的钻机、泥浆泵和灌浆导管等机具外，还应配备如下机具：

（1）VF-6/7型空压机，最大排气量6m3/min，额定排气压力0.8MPa；

（2）送风管，送风管根据需要，不同位置采用不同材质，导管内采用DN20镀锌管，长度视气液混合器沉没深度而定；空压机储气罐和孔口镀锌铁管之间采用DN25橡胶高压软管连接，其长度宜＜80m，以减少风压损失。

（3）气液混合器，使压缩空气与导管内泥浆混合，产生气液混合液。

混合器采用DN20镀锌管，长1.2m，上端用螺纹与风管连接，下端孔口封死，管周呈梅花形均匀开孔，孔径10mm，孔距30~40mm。

6.2清孔工艺参数的选择

6.2.1混合器的安放深度是影响气举反循环清孔效率的关键参数，如果安放深度太浅，导管内无法形成稳定液流，则气举反循环失败；如果太深，排浆量过大，泥浆补给跟不上，致使桩孔内泥浆面迅速下降，影响孔壁稳定，容易造成塌孔。

根据工程经验，施工时采用0.6倍的孔深。

6.2.2清孔的风压和风量也是气举反循环清孔工艺的二个主要技术参数，空压机的配备应根据清孔时的风压和风量来选择。

空压机的压力（p）可按公式

（1）计算：

p=

+

（1）

式中r为泥浆密度（g/cm3）,一般取1.15~1.18；H为混合器的安放深度（m），一般取孔深的0.6倍；

为送风管风压损失，一般取0.05~0.1MPa。

6.2.3空压机风量（Q）是根据导管内混合浆液上返速度及导管内径来计算的，可按公式

（2）计算：

（2）

式中

为经验系数，一般取2~2.4；d为导管内径（m）；v为导管内混合浆液上返速度（m/s），一般取1.5~2.0。

7、质量控制

7.1工程质量标准

清孔完成后，孔底沉渣应严格控制在30cm以内，泥浆指标合格（泥浆相对密度：

1.03~1.10；粘度：

17~20s；含砂率：

＜2%），并应立即进行检查验收。

检查验收合格后，立即灌注水下混凝土，以免渣土重新沉淀，造成沉渣过厚而影响桩的承载力。

7.2质量保证措施

7.2.1导管下放深度以沉渣面控制，距沉渣面30cm~40cm为宜。

随着泥渣的排出，孔底沉渣厚度减小，导管应同步跟进，以保证最大程度的清除沉渣；

7.2.2风管的管路必须密封良好、不漏气、漏水，风管的插入深度按0.6倍的孔深控制，可以上下小范围波动；

7.2.3开始送风时先向孔内送浆，停止清孔时应先关空压机停气后再断浆，以防水头短时间内损失过大而造成塌孔；

7.2.4清孔过程中，要注意补充泥浆，有条件时可以挖大泥浆池，备用一定数量的泥浆，以防泥浆补给量不足，泥浆面下降，造成孔口坍塌；

7.2.5送风量应从小到大，风压应稍大于孔底水头压力，当孔底沉渣太厚、沉淀板结或块度较大时，可适当加大送风量，并摇动导管，以利排渣。

8、安全措施

8.1起重安全。

本工法用到的主要的施工机械是汽车吊，因此要注意起重安全，严格执行起重操作规程，不能因为起重点重量不大而掉以轻心；

8.2用电安全。

严格用电管理，施工现场的一切电源电路的安装和拆除，必须由持证电工操作，电器必须严格接地、接零和漏电保护器，场地电缆应架空，严禁拖地和埋压土中；

8.3施工现场警示标志要醒目，泥浆池围蔽要牢固。

9、环保措施

9.1施工机械注意保养，维修时防止油料洒落污染河水；

9.2废弃砼，清洗罐车、导管的废水集中处理；

9.3经常对施工机械进行保养，尽量减少噪音污染；

9.4施工过程中的废弃物、边角料等及时收集、清理、集中处理。

10、效益分析

与正循环施工工艺相比，正循环钻进、气举反循环清孔工艺仅增加了一个空压机设备，其他均为辅助机具，设备成本增加十分有限，但却能够有效缩短清孔时间、减少沉渣厚度。

经过测算，采用气举反循环清孔，每根桩能减少3个小时以上的清孔时间，提高了施工效率，从而缩短工期，降低施工成本。

同时由于清渣速度快，泥浆排放量减少，减少量在10%以上，减少了环境污染，也降低了泥浆外运的费用。

气举反循环清孔能避免反循环施工工艺对钻杆、导管密封性要求高，砂石泵维护和保养费用高，在深厚砂层中施工容易造成垮孔、埋钻事故等诸多缺点。

综上所述，从工期、质量、经济、环保等角度看来，气举反循环清孔工艺都具有明显优势，值得推广。