鉆孔灌注樁氣舉反循環(huán)法施工質(zhì)量控制研究

趙 毅

(中冶天工集團有限公司，天津 300300)

鉆孔灌注樁氣舉反循環(huán)法施工質(zhì)量控制研究

趙 毅

(中冶天工集團有限公司，天津 300300)

根據(jù)鉆孔灌注樁中氣舉反循環(huán)法的工藝原理，介紹了氣舉反循環(huán)法的施工技術(shù)，并從成孔與清孔兩方面，闡述了施工中的質(zhì)量控制要點，指出鉆孔灌注樁中氣舉反循環(huán)法具有施工速度快、成本低、效率高等優(yōu)點。

鉆孔灌注樁，氣舉反循環(huán)法，成孔，清孔，質(zhì)量控制

0 引言

鉆孔灌注樁在我國的應(yīng)用較為廣泛，該施工方法具有對周邊土體擾動較小，施工成本相對較低等優(yōu)點，但針對所需鉆孔深度的深度限制而較少應(yīng)用于樁長較大的工程中。施工過程中采用氣舉正循環(huán)法進行成孔施工，清孔時采用鉆孔灌注樁中的氣舉反循環(huán)法清孔，這種方法的原理主要是通過空氣壓縮機將壓縮的空氣通過特制管道傳送至特定的鉆桿中，高速流動的空氣帶動底部泥漿，形成漿氣混合物，由于漿氣混合物密度小于泥漿，加之鉆桿內(nèi)部不斷向外噴射出高速流動的氣體，使得孔內(nèi)下部氣壓較高，漿氣混合物隨高速流動的氣體向孔頂部上升，以此反復運轉(zhuǎn)，最終高壓氣體攜帶泥漿噴出孔外。氣舉反循環(huán)法的原理示意圖如圖1所示。

1 施工技術(shù)

使用氣舉反循環(huán)法施工時，選用與設(shè)計值孔徑相同的鉆機進行鉆孔，鉆桿選用高強度抗扭法蘭連接的鉆桿。泥漿處理設(shè)備選用旋流除砂裝置，可迅速將孔內(nèi)的砂含量降低、凈化孔內(nèi)泥漿，具有高效率的施工性能，可滿足多數(shù)工程的鉆孔灌注樁成孔施工。

施工時所用的鉆頭配帶為鉆孔性能良好且鉆土力度大的雙腰帶三翼刮刀鉆頭，為提高鉆土力度，可在鉆頭處直接安裝配重塊，確保鉆頭鉆孔的垂直度及穩(wěn)定性。選用空氣壓縮機時根據(jù)工程實際選擇合適的空氣壓縮機，一般施工時選用的空氣壓縮機的制氣量為12 m3/min，壓力為1 MPa。選擇完畢上述所用設(shè)備后，選擇氣舉反循環(huán)法中的主要機具——導管，導管的作用主要是將上部空氣壓縮機內(nèi)的空氣傳輸至鉆頭處，導管承擔著遠距離高壓傳輸?shù)娜蝿?wù)，因此所選用的導管需具備足夠的剛度、強度及密閉性，一般所采用的導管直徑多為300 mm，壁厚多為5 mm，每節(jié)長度為2.5 m，導管的定長偏差控制在1%內(nèi)，每節(jié)導管間采用絲扣進行密封連接。

鉆孔時，氣舉反循環(huán)法主要應(yīng)用于深層鉆孔及清孔中，因此在進行開孔時，先選擇氣舉正循環(huán)法進行開孔，鉆孔至一定深度后再轉(zhuǎn)換為氣舉反循環(huán)法進行鉆孔，一般轉(zhuǎn)換時的鉆孔深度為70 m。正循環(huán)法開孔及鉆孔時，選用的泥漿為人工造漿，其相對密度為1.5以下，當泥漿沖洗液循環(huán)濕潤地表2 min～3 min后開機進行鉆孔，當鉆頭鉆至1 m深后再增大鉆頭速度，正常進行鉆孔。正循環(huán)法鉆孔至指定深度如70 m時，改為反循環(huán)法進行鉆進，此時將人工造漿的密度從1.5調(diào)至1.1以下，避免因造漿密度較大沉淀速度較快而造成造漿脫落或過薄，從而產(chǎn)生擴孔或坍孔，影響鉆孔質(zhì)量。隨著鉆孔的逐漸深入，灌注樁孔內(nèi)產(chǎn)生的鉆渣含量也逐漸增加，鉆渣密度大于造漿，鉆渣與注入的造漿混合至一起導致下部造漿混合物的密度逐漸增大，從而表現(xiàn)出“自造漿”的現(xiàn)象，此時的鉆進速度受“自造漿”的影響，嚴重時易產(chǎn)生鉆桿堵塞或斷裂，從而影響施工鉆進進度。

2 成孔質(zhì)量控制

1)使用氣舉反循環(huán)法進行施工時，其施工工藝對鉆桿的密閉性要求較高。

因此在進行鉆孔前，首先對每套鉆桿設(shè)施的密閉性及氣密性進行檢查，并進行相關(guān)試驗測試。測試時，將鉆桿兩端進行封堵并注水，之后再向鉆桿中注入壓縮空氣，當鉆桿內(nèi)的壓力計顯示的數(shù)值達到規(guī)范設(shè)計值后即可停止注入壓縮空氣，關(guān)閉注入壓縮空氣的閥門，靜置15 min后觀察封堵鉆桿連接處等易漏水的部位并進行檢查，若無漏水現(xiàn)象，且壓力計的讀數(shù)不產(chǎn)生變化，則該鉆桿的密閉性及氣密性達到設(shè)計要求；若達不到上述要求，則說明鉆桿的密閉性及氣密性不符合設(shè)計要求。因此施工前必須進行密閉性及氣密性試驗，若不進行試驗而直接進行使用，則在鉆孔時，由于鉆桿漏氣，導致鉆桿內(nèi)氣壓不足，從而導致氣體攜漿能力減弱，泥漿混合物從孔底上升至一定高度后又繼續(xù)下沉，從而導致孔底的泥漿混合物越積越多，不能達到排渣的目的，最終導致鉆桿堵塞，影響鉆孔進度和鉆孔質(zhì)量。

2)根據(jù)經(jīng)驗得到倒風包鉆桿的安裝位置應(yīng)安裝在距離底部泥漿面以上35%～45%孔深的位置，這樣安裝能使氣舉反循環(huán)法施工達到最高效率。若倒風包安裝位置不當，可能導致在鉆孔過程中產(chǎn)生掉渣現(xiàn)象，底部塊體較大型泥漿不能上升至孔頂，導致出漿量較少，影響施工速度及效率等。

3)氣舉反循環(huán)法主要應(yīng)用于鉆孔深度較大、含水率較高的土層，當鉆孔較淺時應(yīng)用反循環(huán)法施工，所達到的施工效果并不明顯。當鉆孔深度較淺時宜采用正循環(huán)法進行施工，當鉆孔深度較深時也宜采用正循環(huán)法進行開孔施工，之后再使用反循環(huán)法進行鉆孔施工，施工時經(jīng)常遇到兩種施工方法交接使用，此時應(yīng)注意以下幾點要求：

a.采用正循環(huán)法施工時所注入的泥漿密度大于反循環(huán)法時所需泥漿的密度，當轉(zhuǎn)換施工工藝時，逐漸降低泥漿密度。調(diào)整泥漿密度時不能進行突變降低密度，需逐步穩(wěn)定的降低泥漿密度，避免泥漿沉淀速度較快而形成較薄的護壁，產(chǎn)生坍孔或擴孔現(xiàn)象。

b.采用正循環(huán)法施工時，氣流對泥漿呈正壓作用，產(chǎn)生護壁的效果；反循環(huán)法施工時，氣流對泥漿呈負壓作用，對護壁產(chǎn)生不利影響，越接近孔底對其影響越大。因此在轉(zhuǎn)換施工方法前，先啟動泥漿泵，當泥漿高度不下降時，再啟動空氣壓縮泵，確?？椎讐毫?。

4)當?shù)叵峦翆臃謩e為粉砂及粉質(zhì)粘土時，為確保鉆孔的垂直度，需降低壓力進行鉆進。鉆孔時，根據(jù)鉆進深度和排渣情況調(diào)整鉆進速度。每鉆完一個孔時需及時清理孔徑，確保鉆孔孔徑大小滿足設(shè)計要求。在鉆孔時，控制泥漿性能確保泥漿護壁的質(zhì)量，確?？變?nèi)的安全。

5)鉆孔時應(yīng)連續(xù)施工，非緊急情況下不得中途停止施工。若在鉆孔過程中下部出現(xiàn)障礙物影響鉆孔，鉆桿發(fā)生連續(xù)抖動時，應(yīng)降低鉆桿的鉆速，增大空氣壓縮泵的壓力，對孔底進行強力清掃，以將障礙物清掃干凈，避免影響正常連續(xù)施工。鉆孔時，定期檢查鉆機轉(zhuǎn)盤的水平度及鉆桿的垂直度，若在施工前發(fā)現(xiàn)上述問題則應(yīng)立即調(diào)整，以免影響正常施工；若在施工過程中發(fā)現(xiàn)上述問題，則應(yīng)立即對其進行微調(diào)，減小對其成孔的危害。施工時，增加鉆桿長度時，應(yīng)對所加鉆桿的長度及總長進行詳細記錄，并將其與設(shè)計孔深進行對比，避免成孔深度不能達到設(shè)計要求。增加鉆桿長度時，應(yīng)停止鉆進，待泥漿在孔底循環(huán)3 min～5 min后，再進行拆卸安裝。增加鉆桿長度時，需將鉆桿的法蘭圓盤周邊的泥漿清理干凈，避免因接縫處存在泥垢而影響連接質(zhì)量，從而影響鉆桿的垂直度，影響施工質(zhì)量。

6)每鉆完一個孔后及時測量鉆頭的尺寸，當鉆頭的尺寸磨損超過10 mm時即需對鉆頭進行更換，確保之后所鉆孔徑滿足設(shè)計要求。

7)鉆完一個孔后，將鉆頭從孔底提出，首先為避免鉆頭破壞孔內(nèi)護壁，應(yīng)在鉆完后繼續(xù)向孔內(nèi)注入壓縮空氣，增加泥漿量，將孔內(nèi)的水頭高度穩(wěn)定后再關(guān)閉空氣壓縮泵，之后再關(guān)閉泥漿泵，避免因關(guān)閉順序錯誤而造成水頭壓力不足、泥漿液面急劇下降從而產(chǎn)生坍孔事故。

3 清孔質(zhì)量控制要點

目前對鉆孔灌注樁進行清孔時采用的最普遍的方法是氣舉反循環(huán)法，使用該方法清孔時，沖洗液攜帶鉆渣進入管徑較小的導管內(nèi)，在上部的泵送抽排作用下，可達到高速抽排的效果。使用氣舉反循環(huán)法進行清孔時，分為一清二清工序，其中一清工序同反循環(huán)法鉆孔方法類似，不同之處在于需將鉆頭向上提升一段距離進行清排；二清施工時需對其進行以下控制：

1)二清施工時，需對導管的氣密性進行檢查，檢查的方法同成孔時的檢查方法相同，當氣密性要求達到規(guī)范要求時才可進行下一道施工工序；

2)清排導管下放至孔底淤泥底面以上300 mm～500 mm，倒風包安裝在孔深的55%～65%位置處，倒風包的下端與導管上端連接；

3)清排時，首先在孔內(nèi)進行補漿，之后再進行送風施工，若施工工序相反，則易導致樁孔內(nèi)的泥漿液面急劇下降，嚴重時可能產(chǎn)生坍孔事故。清孔完畢后需先關(guān)閉空氣壓縮泵再進行斷漿處理；

4)送風時，風速從小逐漸增大，且將風壓應(yīng)控制在略微高于孔底水頭壓力值。當孔底內(nèi)的沉渣含量較大時，或者沉渣體積較大時，宜增大風速并搖動送風導管，以達到破渣、排渣的效果；

5)隨著抽排沉渣的量逐漸增大，孔底內(nèi)的沉渣含量及沉渣厚度逐漸減小，導管也應(yīng)隨著沉渣厚度的逐漸降低也逐漸向下延伸，且兩者保持合適的范圍；

6)清排完成后對孔底的沉渣厚度進行檢查，當沉渣的厚度小于100 mm時則認為清排完成。

4 結(jié)語

氣舉反循環(huán)法進行深層鉆孔灌注樁的成孔及清孔時，具有一定的優(yōu)勢，攜渣能力強，且施工效果較好。這種施工方法較其他成孔及清孔方法相比具有施工速度快、施工成本低、施工效率高等優(yōu)點，隨著科技的進步及土建行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，氣舉反循環(huán)法的施工效果優(yōu)勢會更加明顯，同樣也會在大多數(shù)工程中投入使用。

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Study on construction quality control of bored pile by air lift reverse circulation method

Zhao Yi

(MCCTiangongGroupCorporationLimited,Tianjin300300,China)

According to bored pile construction technology principles of air-lift and reverse circulation method, the paper introduces construction methods of air-lift and reverse circulation method, describes construction quality control points from two aspects of pore-forming and pore-cleaning, and finally points out advantages of bored pile air-lift and reverse circulation method, such as fast construction speed, low cost and high efficiency and so on.

bored pile, air-lift and reverse circulation method, pore-forming, borehole cleaning, quality control

1009-6825(2017)05-0084-02

2016-12-02

趙 毅(1971- )，男，高級工程師

TU473.14

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