气举反循环清孔工艺在超长钻孔灌注桩施工中的应用

吴波

（宁波通途投资开发有限公司，浙江 宁波 315000）

气举反循环清孔工艺在超长钻孔灌注桩施工中的应用

吴波

（宁波通途投资开发有限公司，浙江 宁波 315000）

大直径超长钻孔灌注桩在桥梁建设中的应用越来越多。钻孔灌注桩的施工质量直接关系到桩基承载力和沉降量能否满足设计要求，是桥梁施工成败的关键所在，而在大直径超长钻孔灌注桩施工中，孔底沉渣的清理是控制成桩质量的关键。介绍气举反循环工艺的原理及运用，并就运用效果与正循环、泵吸反循环进行了比较，其清孔效果远好于常规清孔工艺。

气举反循环；超深；钻孔灌注桩；二次清孔；沉渣

0 引言

随着城市交通的发展，大直径超长钻孔灌注桩得到越来越广泛的运用，其成孔多采用大扭矩反循环回旋钻机[1]，钻进过程中采用泥浆护壁，防止塌孔。孔内泥浆通过泥浆泵吸入钻杆，同时将孔底钻渣携裹向上排出。钻进至设计标高后，进行第一次清孔、吊放钢筋笼、下放导管等一系列工序，之后在浇筑混凝土前进行二次清孔。本文主要探讨气举反循环二次清孔工艺在控制孔底沉渣厚度中的运用效果，并与正循环清孔及泵吸反循环清孔在清孔效率及清孔效果方面进行了对比。

1 工程概况

中兴大桥及接线(江南路—青云路)工程主桥采用一跨过江方案，主桥全长700 m，其中主跨长400 m。主桥设主墩、辅助墩及边墩各2座，其中主墩采用直径2.0 m的钻孔灌注桩群桩基础，基桩数量为30根，桩长88～92 m，持力层为11层含黏性土碎石层。主桥桩基础为大直径超长钻孔灌注桩，其施工质量的好坏是全桥施工成败的关键之一。该工程设计要求孔底沉渣厚度不得大于5 cm，因而除常规施工质量控制外，应着重控制孔底沉渣的厚度。根据以往的施工经验，结合施工过程中的实际测量，正循环及泵吸反循环二次清孔效果无法达到设计要求，故该工程采用气举反循环工艺进行二次清孔。

2 工艺原理

2.1 桩底沉渣对钻孔灌注桩承载力的影响

孔底沉渣的厚度是影响钻孔灌注桩承载力的因素之一，桩底沉渣过厚导致单桩极限承载力降低了11%～25%。桩底沉渣的存在不但影响桩端承载力的发挥，对桩身轴向力、桩侧摩阻力也有较大的影响[2]。当桩底沉渣厚度较大时，其承载性能差，当桩端沉渣受到一定荷载后，桩端位移量急剧增大，桩土相对位移也急剧增大，造成桩、土之间相对滑动，严重影响桩的承载力。桩底沉渣厚度大小不仅影响桩端阻力发挥，而且会影响桩侧阻力发挥，尤其对距桩端20 m以下范围桩侧阻力发挥影响更大。沉渣越厚，桩侧阻力发挥值越小，严重时侧阻力仅为经验值的一半[3]。因此，桩底清渣工艺选用正确与否直接影响到桩底沉渣厚度大小，进而影响桩的承载力。

2.2 气举反循环工艺原理

利用空压机压缩空气，通过安装在导管内的风管将压缩空气送至孔内。当压缩空气从风管底部混合器喷出时瞬间膨胀，与泥浆混合后形成由空气、液体（泥浆）与固体（浮渣）混合的三相混合物。因混合物的密度小于导管内泥浆的密度，会在导管内上升，进而形成负压区，下面的泥浆在负压的作用下携裹着沉渣沿着导管上升。通过导管与孔壁之间的空隙及时向孔底补充新鲜泥浆，形成具有一定流速及流量的反循环系统，将孔底沉渣排出。图1为气举反循环原理示意图。

图1 气举反循环原理示意图

3 操作要点及运用效果

3.1 操作要点

（1）导管先下放至孔底，再向上提升30～40 cm，风管下放深度为孔深的0.55～0.65。该工程主墩基桩施工时下放深度为60 m左右。风管采用直径30 mm的水管，在底部1 m范围内打设6排8 mm的孔，每排4个。

（2）该工程选用KB-100AZ型空压机，风量为11.6 m3/min，排气压力1.0 MPa。根据式（1）计算清孔时所需风压为0.77～0.82 MPa，与实际所用压力基本一致。

式中：γs为泥浆比重（kN/m3），取12 kN/m3；h0为风管插入深度（m），取60 m；ΔP为供气管道压力损失，取0.05～0.1 MPa。

（3）由于气举反循环流速较快，为保证孔壁稳定，需及时补充新鲜泥浆，保持孔内水头高度，防止造成塌孔。

（4）随着孔底沉渣的不断排出，沉渣厚度变小，导管应同步向下跟进，保持导管底部与沉渣面的距离。

3.2 运用效果

为进一步验证气举反循环的清孔效果，该工程施工期间分别运用了正循环、泵吸反循环以及气举反循环三种清孔工艺。三种清孔工艺的运用效果对比见表1。

表1 三种清孔工艺运用效果对比

由于采用正循环和泵吸反循环清孔均达不到设计要求，在更换设备后继续采用气举反循环工艺清孔，最终均符合设计要求，其中在原来采用泵吸反循环清孔的孔位内清出的基本为粒径5～10 cm的碎石。

4 结 语

经工程实践证明，气举反循环清孔工艺相较于正循环及泵吸反循环工艺，在清孔速度和清孔效果上有着明显的优势。尤其是在大直径超长钻孔灌注桩施工中，正循环和泵吸反循环清孔效果很难达到设计要求的沉渣厚度，气举反循环清孔工艺可以有效保证桩基质量并缩短工期。

[1]JTG/T F50-2011,公路桥涵施工技术规范[S].

[2]吴立春,王伟.桩底沉渣对钻孔灌注桩承载力影响的试验研究[J].工程勘察，2009，增刊(2):351-355.

[3]董金荣.桩底沉渣对桩侧摩阻力影响及桩承载力的估算 [J].工业建筑，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

吴波（1981-），男，浙江奉化人，高级工程师，，从事市政工程管理工作。