氣壓二次清孔裝置在鉆孔灌注樁中的應(yīng)用研究

中國核工業(yè)第五建設(shè)有限公司 上海金山 201512

橋梁工程是造福一方、百年大計(jì)工程，橋梁樁基施工質(zhì)量好壞直接影響到橋梁運(yùn)營安全及使用壽命，樁基在橋梁分部工程中為下部構(gòu)造，其承載上部靜載和動(dòng)載。為保證鉆孔灌注樁二次清孔質(zhì)量，避免因清孔不徹底而影響樁基端承力，提高清孔效率，減少成本投入，縮短二次清孔工期，故將樁基氣壓二次清孔裝置在鉆孔灌注樁中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 研究的必要性

目前旋挖鉆孔灌注樁主要采用二次旋挖打撈清孔、泥漿置換清孔和高壓水泵抽水等方法。當(dāng)樁基成孔安裝好鋼筋籠后，出現(xiàn)孔底塌孔、沉渣、石渣、淤泥等情況，灌注樁底部需二次清孔。采用傳統(tǒng)的方法，需要建造沉漿池，設(shè)備投入大、能耗和施工占用面積都較大，其施工周期長、沉渣清除效果差等缺點(diǎn)。當(dāng)樁基出現(xiàn)嚴(yán)重塌孔后，鋼筋無法吊離，按現(xiàn)有方法需回填重新鉆孔，這將造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，不利于成本控制。

2 對提高清孔效率和清孔質(zhì)量進(jìn)行分階段研究

2.1 確定研究目標(biāo)

根據(jù)樁基氣壓二次清孔特點(diǎn)，研制出一套容易組裝，操作簡單，且安全有效的清孔裝置，能有效提高和改善二次清孔效果、保證樁基澆筑質(zhì)量，并可在公司范圍內(nèi)各項(xiàng)目推廣應(yīng)用。主要研究項(xiàng)目如下：1、動(dòng)力裝置2、排渣裝置3、補(bǔ)水裝置4、吊裝裝置。

2.2 按研究計(jì)劃開展工作

首先根據(jù)原理對裝置進(jìn)行研究：氣壓二次清孔裝置主要由動(dòng)力裝置、排渣裝置、補(bǔ)水裝置、吊裝裝置等四大件組成。（詳見圖1）

圖1 氣壓清孔裝置效果圖

動(dòng)力裝置：由空壓機(jī)（S-4/5m3/min）與橡膠風(fēng)管（DN25）和排渣管道連接組合而成。清孔時(shí)，打開空壓機(jī)，產(chǎn)生的壓縮空氣會通過風(fēng)管輸送到排渣管道底段，這樣排渣管道內(nèi)形成了負(fù)壓，使沉渣不斷排出。

排渣裝置：主要由鍍鋅鋼管直徑16cm（管節(jié)4m/節(jié)、調(diào)整管節(jié)1.5m/節(jié)）通過法蘭連接組合而成。其中，在底部一節(jié)管節(jié)（至泥漿面距離與孔深之比的0.55-0.65來確定）處焊接2.5cm鍍鋅鋼管用于連接橡膠風(fēng)管。每節(jié)管道均焊接2-3個(gè)吊裝孔方便吊裝。作用是作為導(dǎo)管排出孔底的沉渣、石渣、淤泥等沉淀物。

補(bǔ)水裝置：主要是潛水泵一臺向孔內(nèi)注水，保持孔內(nèi)水壓不變，防止孔內(nèi)塌孔。

吊裝裝置：主要由25T吊車1臺、6米長鋼絲繩1根、管道卡口1套組成。吊車主要是起吊安裝和拆除排渣管道，清理沉渣不斷攪動(dòng)，利于快速清理。管道卡口主要是安裝和拆除卡住管道。

2.3 氣壓清孔裝置工作原理

氣壓清孔是利用空壓機(jī)壓縮空氣通過安裝在導(dǎo)管外的風(fēng)管送至導(dǎo)管內(nèi)底段，持續(xù)通入壓縮空氣,形成比導(dǎo)管安放位置以下密度小的沉渣和氣體形成混合物，在導(dǎo)管底部內(nèi)形成負(fù)壓，混合物（由高壓氣體、沉渣、石渣、淤泥等組成）因其比重小而上升，下面的沉渣、泥漿等在負(fù)壓作用下不斷上升，并在氣壓的聯(lián)合作用下不斷補(bǔ)漿，上升的混合物沉渣與氣體形成氣漿混合物后繼續(xù)上升。因?yàn)閷?dǎo)管的內(nèi)斷面積小于導(dǎo)管外壁與樁壁間的斷面積，因此導(dǎo)管內(nèi)外出現(xiàn)壓強(qiáng)差,并形成了流速、流量極大的循環(huán)及流動(dòng)，攜帶沉渣、淤泥從導(dǎo)管內(nèi)反出，排出導(dǎo)管以外[1]。

2.4 氣壓清孔裝置安裝過程

安裝直徑16cm排渣管道每4米一節(jié)，接頭采用法蘭連接，并在管道上焊接吊裝孔，便于吊車吊裝。最上部為1.5m調(diào)整管節(jié)，彎頭處采用焊接或法蘭連接處理。導(dǎo)管下放深度以出漿管底距沉淤面300-400mm為宜，風(fēng)管下放深度一般以氣漿混合器至泥漿面距離與孔深之比的0.55-0.65來確定。以本工程40m孔深為例，風(fēng)管下放深度應(yīng)為22m-26m。

為了保證導(dǎo)管暢通循環(huán)的順利進(jìn)行，導(dǎo)管與風(fēng)管應(yīng)逐漸放入孔底，不能一次性直接放到孔底。

通過吊車將組合好的排渣管道下放至距沉渣面30-40cm為宜，風(fēng)管下放深度為22-26m。

3 應(yīng)用效果檢查

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過利用該裝置進(jìn)行鉆孔灌注樁的二次清孔，相比傳統(tǒng)的清孔方法每根樁基（以直徑2.2m,樁長40m為例）可減少成樁時(shí)間約3小時(shí)。在張家界繞城公路（張桑高速聯(lián)絡(luò)線）A合同段工程項(xiàng)目澧水二橋鉆孔灌注樁施工時(shí)，其成樁總時(shí)間減少了144小時(shí)，折合縮短工期6天。

鉆孔灌注樁樁基采用氣壓二次清孔施工，其能耗為傳統(tǒng)模式清孔能耗的1/20。澧水二橋采用氣壓二次清孔裝置施工時(shí)，單根樁節(jié)約能耗約為95KW.h，澧水二橋共有48根樁，計(jì)算可得澧水橋可節(jié)約能耗約為4560KW.h。

本工藝取消了沉漿池，在減少場地使用面積的基礎(chǔ)上，減少泥漿排放量、減少環(huán)境污染、降低施工清運(yùn)處理成本。

3.2 社會效益

該裝置具有廣泛的通用性和經(jīng)濟(jì)性，能夠使樁基二次清孔技術(shù)達(dá)到較高水平，具有良好的社會效益和推廣應(yīng)用價(jià)值。通過本課題的研究和應(yīng)用，在公司類似施工項(xiàng)目推廣使用，不但能夠提高樁基質(zhì)量、縮短工期，且能展現(xiàn)公司技術(shù)實(shí)力，提升公司形象。

該二次氣壓清孔裝置具有較好的推廣應(yīng)用前景，填補(bǔ)了我國在房屋樁基及橋梁樁基中用于提高清孔質(zhì)量，提高作業(yè)效率的空白，特別在公司大力發(fā)展創(chuàng)新技術(shù)的大背景下，為公司積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為其它項(xiàng)目樁基施工二次清孔提供了借鑒，研究意義深遠(yuǎn)。