改良型气举反循环清孔工艺在超大、超深钻孔桩基施工中的应用

摘 要：文章通过对重庆市木洞苏家浩大桥工程P3、P4墩桩基因不良地质（夹层）导致泥浆渗漏，泥浆面低于孔口标高约14m，无法正常循浆的情况，采用改良后的气举反循工艺对冲击成孔施过程中的排渣及终孔后的沉渣清理的实践经验。从工期、质量、经济等角度来，显示出了此施工工艺清孔的明显优势，有较强的推广应用价值。

关键词：不良地质；改良气举反循环；清孔工艺

引言

重庆木洞苏家浩大桥起于茶涪路，与之平交，横跨长江河汊，止于桃花岛。主桥长535m，其中P3、P4墩位于河汊中央，基础分别采用8根C30混凝土钻孔灌注桩基础，设计桩径为Φ2500，单根桩长61.5m，桥墩桩基础地质情况至上而下依次为淤泥粉砂、原钢筋混凝土承台（前施工单位施工，因质量问题，目前已报废，现设计考虑采用桩基对桥墩进行承载）、泥岩、砂岩、泥岩。原钢筋混凝土承台厚度4.7m，砂岩层厚度7.2-10.5m。其天然抗压强度和饱和抗压强度分别为31.2Mpa和23.2Mpa，泥岩天然抗压强度和饱和抗压强度分别为18.9Mpa和14.6Mpa。因原施工单位撤场时，遗留钢模板、倒塌塔吊、承台预留钢筋未清理，数年时间已被泥沙包裹，固结于原承台上，且位于目前水位以下，清理难度较大，导致部分桩基钢护筒无法插入原承台面，其间有近1.4-2.5m粉砂夹层，在冲击成孔过程中，因冲锤锤击扰动，泥浆从夹层范围内渗漏贯穿至江中，导致泥浆面与江水水位平齐，距离护筒顶约14m，无法形成循环泥浆（详细见图1）。经数次堵漏后均无法达到预期效果。考虑到成本及工期要求，加之桩基属超大、超长端承桩，设计沉渣要求仅允许在5cm内，成孔后如采用正循环泥浆清孔速度较慢，且较难达到设计沉渣厚度要求。为解决这一系列难题，结合以往类似施工经验及现场实际情况，我们采用了气举反循环工艺并对其进行了部分改进，经实践，此工法不仅解决了上述问题，而且进度较快，工效较高，施工质量得到了有效保障。

1 传统气举反循环清孔原理

气举反循环又称压气反循环，其工艺原理：利用风管连接气液混合器将空压机产生的压缩空气送入导管中下部（按施工经验一般为大于0.6倍孔深），在导管内形成气液混合物，使导管内的泥浆密度小于导管外泥浆密度，形成内外压力差，从而带动孔内泥浆沿导管内腔上升，夹带桩内沉渣带出孔内，到达地面后泥浆和渣土沉淀，渣土留在地表，泥浆返回孔内，循环利用（工艺简图详见图2）。

2 本项目中可能导致气举反循环失败的参数分析

（1）泥浆黏度：泥浆黏度的大小决定了携带孔底渣土能力的大小，其对气举的形成、清渣效果影响很大，尤其是孔深较大时。因现场实际条件限制，P3、P4墩在长江河汊正中，钢围堰上场地过于狭小，泥浆循环平台搭设条件有限，抽出泥浆大部分无法回流而损失，如重新造浆，成本较高，且耽误时间较多。为节约成本，快速补充孔内反循环清渣过程中的泥浆损失，以保证泥浆液面高度，防止塌孔，我方采用直接抽江水进入孔内以保证泥浆液面高度（此方法将逐步降低孔内泥浆密度，地质条件较差地方会造成塌孔现象，本项目地质情况较好，依据过往施工经验，在泥浆密度大于1.05以上，均不会出现塌孔现象），此方法导致了泥浆黏度变小，携带渣土能力变弱；（2）参照相关文献、施工经验，孔内泥浆顶面到出渣管线最高处的距离h2越大，风管插入泥浆面以下深度h1越大（如图2所示），因钢护筒无法插至原施工承台顶面，其间为粉细沙、淤泥夹层，导致漏浆，孔内泥浆面保持在与江水位标高平齐位置，而出渣管线最高处距泥浆面约14m（即h2=14m），h2值较高，要求风管插入泥浆面以下深度h1也必须达到一定深度，但在成桩过程中，特别在冲孔初期，成孔进尺较少时，h1值较小，可能造成。基于以上原因，经项目部研究，将原有送风管内插改为外送，导管底部削尖呈45度角，在导管底口上约250mm处开孔，风管由此接入导管内，向上送风，不仅可形成气液混合物，利用导管内外压力差，带动孔内泥浆沿导管内腔上升，且可利用风压补充外涌力量。从而弥补了上述两条影响气举反循环成功的缺陷。（工艺简图详见图3）。

3 操作及注意事项

（1）利用此改良后气举反循环后，导管内泥浆涌出速度较快，为防止桩基坍孔及钢护筒与原施工承台缝隙夹层中的流沙涌入，必须及时补充泥浆或清水。

（2）向导管内送风开始后，如果出浆口未见泥浆冒出，可采取如下措施：a.加大送风压力；b.将导管上提一定高度，并上下活动导管；c.停止送气，向导管内供浆，在孔口返浆时再进行送气。

（3）抽渣过程中，极易在弯头部位造成堵塞，因此应在导管弯头处设置活动闸阀方便处理堵管现象。

（4）清孔时间不宜过长，应根据泥浆的含渣情况及时停止（冲击钻进清孔时间控制在15-20min），以防负压引起塌孔。

4 施工器具与工艺参数选择

（1）空压机，最大排气量9m3/min，额定排气压力0.8MPa。

（2）送风管：内径63mm高压软管（连接空压机）、50mm 钢管（钢管需与导管固定牢靠），长度根据地面空压机清孔覆盖范围和桩孔深度确定。

（3）清孔导管及接头清孔导管采用灌注混凝土用内径200mm钢质导管， 长度根据地面空压机清孔覆盖范围和桩孔深度确定，接头加工应与导管匹配，

5 效果与质量评价

5.1 清孔效果

实践证明，改良后的气举反循环系统能有效替代冲击成孔过程中传统的泥浆正循环排渣，在遇不良地质条件下（如本项目泥沙夹层）发生漏浆，导致孔内泥浆面远低于孔口，无法进行循环泥浆循渣时，可采用此法。另外在对成孔后的沉渣清理方面，经业主委托的第三方采用了JJC-1D 型灌注桩沉渣檢测仪进行抽检，沉渣厚度均在5cm以内，符合设计要求，效果也十分理想。依据过往施工经验，在同类地质条件、桩径、深度下的桩基采用正循环清孔时时间普遍在5h以上，而采用气举反循环清孔时，一般在60min左右沉渣厚度、泥浆指标就可达到灌注砼要求，大大缩短清孔时间，提高了清孔效率。从另一角度来看，正循环清孔时间长、泥浆密度相对要高、浓度较大，势必造成孔内压力大，对孔壁四周作用力也大，使孔壁泥皮变厚，降低了桩周摩阻力，也降低了单桩承载力。

5.2 经济效益

改良后的气举反循环清孔工艺仅比传统正循环工艺增加了一台空压机设备，设备成本增加十分有限，与针对不良地质条件下导致的漏浆情况所采取的堵漏措施相比，大大节省了费用及时间，且由于清渣速度快，每根桩能减少数小时以上清孔时间，缩短了工期，提高了劳动生产率，具有极大的市场竞争优势。

6 结束语

改良后的气举反循环清孔工艺和正循环施工工艺相比，能够在不良地质引起的漏浆条件下保证冲击成孔继续进行，且能有效缩短清孔时间、减少沉渣厚度，从工期、质量、经济等角度来看，该施工工艺具有明显优势，但由于气举反循环抽渣过程中形成的负压易造成塌孔，因此对地质条件要求较高，在岩层自稳性较差地质条件下需采取相应措施后观察使用。

参考文献

[1]史佩栋.实用桩基工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社.

[2]史佩栋.桩基工程手册[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3]张军旗.钻孔灌注桩气举反循环二次清孔工艺研究与应用[M].施工技术出版社，2010，39.

作者简介：廖翔（1981，12-），重庆，汉，本科，重庆长江中诚建筑有限公司。