氣舉反循環(huán)清孔工藝在超長鉆孔灌注樁施工中的應用

吳波

（寧波通途投資開發(fā)有限公司，浙江 寧波 315000）

氣舉反循環(huán)清孔工藝在超長鉆孔灌注樁施工中的應用

吳波

（寧波通途投資開發(fā)有限公司，浙江 寧波 315000）

大直徑超長鉆孔灌注樁在橋梁建設中的應用越來越多。鉆孔灌注樁的施工質量直接關系到樁基承載力和沉降量能否滿足設計要求，是橋梁施工成敗的關鍵所在，而在大直徑超長鉆孔灌注樁施工中，孔底沉渣的清理是控制成樁質量的關鍵。介紹氣舉反循環(huán)工藝的原理及運用，并就運用效果與正循環(huán)、泵吸反循環(huán)進行了比較，其清孔效果遠好于常規(guī)清孔工藝。

氣舉反循環(huán)；超深；鉆孔灌注樁；二次清孔；沉渣

0 引言

隨著城市交通的發(fā)展，大直徑超長鉆孔灌注樁得到越來越廣泛的運用，其成孔多采用大扭矩反循環(huán)回旋鉆機[1]，鉆進過程中采用泥漿護壁，防止塌孔?？變饶酀{通過泥漿泵吸入鉆桿，同時將孔底鉆渣攜裹向上排出。鉆進至設計標高后，進行第一次清孔、吊放鋼筋籠、下放導管等一系列工序，之后在澆筑混凝土前進行二次清孔。本文主要探討氣舉反循環(huán)二次清孔工藝在控制孔底沉渣厚度中的運用效果，并與正循環(huán)清孔及泵吸反循環(huán)清孔在清孔效率及清孔效果方面進行了對比。

1 工程概況

中興大橋及接線(江南路—青云路)工程主橋采用一跨過江方案，主橋全長700 m，其中主跨長400 m。主橋設主墩、輔助墩及邊墩各2座，其中主墩采用直徑2.0 m的鉆孔灌注樁群樁基礎，基樁數(shù)量為30根，樁長88～92 m，持力層為11層含黏性土碎石層。主橋樁基礎為大直徑超長鉆孔灌注樁，其施工質量的好壞是全橋施工成敗的關鍵之一。該工程設計要求孔底沉渣厚度不得大于5 cm，因而除常規(guī)施工質量控制外，應著重控制孔底沉渣的厚度。根據(jù)以往的施工經驗，結合施工過程中的實際測量，正循環(huán)及泵吸反循環(huán)二次清孔效果無法達到設計要求，故該工程采用氣舉反循環(huán)工藝進行二次清孔。

2 工藝原理

2.1 樁底沉渣對鉆孔灌注樁承載力的影響

孔底沉渣的厚度是影響鉆孔灌注樁承載力的因素之一，樁底沉渣過厚導致單樁極限承載力降低了11%～25%。樁底沉渣的存在不但影響樁端承載力的發(fā)揮，對樁身軸向力、樁側摩阻力也有較大的影響[2]。當樁底沉渣厚度較大時，其承載性能差，當樁端沉渣受到一定荷載后，樁端位移量急劇增大，樁土相對位移也急劇增大，造成樁、土之間相對滑動，嚴重影響樁的承載力。樁底沉渣厚度大小不僅影響樁端阻力發(fā)揮，而且會影響樁側阻力發(fā)揮，尤其對距樁端20 m以下范圍樁側阻力發(fā)揮影響更大。沉渣越厚，樁側阻力發(fā)揮值越小，嚴重時側阻力僅為經驗值的一半[3]。因此，樁底清渣工藝選用正確與否直接影響到樁底沉渣厚度大小，進而影響樁的承載力。

2.2 氣舉反循環(huán)工藝原理

利用空壓機壓縮空氣，通過安裝在導管內的風管將壓縮空氣送至孔內。當壓縮空氣從風管底部混合器噴出時瞬間膨脹，與泥漿混合后形成由空氣、液體（泥漿）與固體（浮渣）混合的三相混合物。因混合物的密度小于導管內泥漿的密度，會在導管內上升，進而形成負壓區(qū)，下面的泥漿在負壓的作用下攜裹著沉渣沿著導管上升。通過導管與孔壁之間的空隙及時向孔底補充新鮮泥漿，形成具有一定流速及流量的反循環(huán)系統(tǒng)，將孔底沉渣排出。圖1為氣舉反循環(huán)原理示意圖。

圖1 氣舉反循環(huán)原理示意圖

3 操作要點及運用效果

3.1 操作要點

（1）導管先下放至孔底，再向上提升30～40 cm，風管下放深度為孔深的0.55～0.65。該工程主墩基樁施工時下放深度為60 m左右。風管采用直徑30 mm的水管，在底部1 m范圍內打設6排8 mm的孔，每排4個。

（2）該工程選用KB-100AZ型空壓機，風量為11.6 m3/min，排氣壓力1.0 MPa。根據(jù)式（1）計算清孔時所需風壓為0.77～0.82 MPa，與實際所用壓力基本一致。

式中：γs為泥漿比重（kN/m3），取12 kN/m3；h0為風管插入深度（m），取60 m；ΔP為供氣管道壓力損失，取0.05～0.1 MPa。

（3）由于氣舉反循環(huán)流速較快，為保證孔壁穩(wěn)定，需及時補充新鮮泥漿，保持孔內水頭高度，防止造成塌孔。

（4）隨著孔底沉渣的不斷排出，沉渣厚度變小，導管應同步向下跟進，保持導管底部與沉渣面的距離。

3.2 運用效果

為進一步驗證氣舉反循環(huán)的清孔效果，該工程施工期間分別運用了正循環(huán)、泵吸反循環(huán)以及氣舉反循環(huán)三種清孔工藝。三種清孔工藝的運用效果對比見表1。

表1 三種清孔工藝運用效果對比

由于采用正循環(huán)和泵吸反循環(huán)清孔均達不到設計要求，在更換設備后繼續(xù)采用氣舉反循環(huán)工藝清孔，最終均符合設計要求，其中在原來采用泵吸反循環(huán)清孔的孔位內清出的基本為粒徑5～10 cm的碎石。

4 結 語

經工程實踐證明，氣舉反循環(huán)清孔工藝相較于正循環(huán)及泵吸反循環(huán)工藝，在清孔速度和清孔效果上有著明顯的優(yōu)勢。尤其是在大直徑超長鉆孔灌注樁施工中，正循環(huán)和泵吸反循環(huán)清孔效果很難達到設計要求的沉渣厚度，氣舉反循環(huán)清孔工藝可以有效保證樁基質量并縮短工期。

[1]JTG/T F50-2011,公路橋涵施工技術規(guī)范[S].

[2]吳立春,王偉.樁底沉渣對鉆孔灌注樁承載力影響的試驗研究[J].工程勘察，2009，增刊(2):351-355.

[3]董金榮.樁底沉渣對樁側摩阻力影響及樁承載力的估算 [J].工業(yè)建筑，2009，32(4):93-97.

U445.55+1

B

1009-7716（2016）12-0124-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.036

2016-10-16

吳波（1981-），男，浙江奉化人，高級工程師，，從事市政工程管理工作。