钻孔灌注桩气举反循环法施工质量控制研究

赵 毅

(中冶天工集团有限公司，天津 300300)

钻孔灌注桩气举反循环法施工质量控制研究

赵 毅

(中冶天工集团有限公司，天津 300300)

根据钻孔灌注桩中气举反循环法的工艺原理，介绍了气举反循环法的施工技术，并从成孔与清孔两方面，阐述了施工中的质量控制要点，指出钻孔灌注桩中气举反循环法具有施工速度快、成本低、效率高等优点。

钻孔灌注桩，气举反循环法，成孔，清孔，质量控制

0 引言

钻孔灌注桩在我国的应用较为广泛，该施工方法具有对周边土体扰动较小，施工成本相对较低等优点，但针对所需钻孔深度的深度限制而较少应用于桩长较大的工程中。施工过程中采用气举正循环法进行成孔施工，清孔时采用钻孔灌注桩中的气举反循环法清孔，这种方法的原理主要是通过空气压缩机将压缩的空气通过特制管道传送至特定的钻杆中，高速流动的空气带动底部泥浆，形成浆气混合物，由于浆气混合物密度小于泥浆，加之钻杆内部不断向外喷射出高速流动的气体，使得孔内下部气压较高，浆气混合物随高速流动的气体向孔顶部上升，以此反复运转，最终高压气体携带泥浆喷出孔外。气举反循环法的原理示意图如图1所示。

1 施工技术

使用气举反循环法施工时，选用与设计值孔径相同的钻机进行钻孔，钻杆选用高强度抗扭法兰连接的钻杆。泥浆处理设备选用旋流除砂装置，可迅速将孔内的砂含量降低、净化孔内泥浆，具有高效率的施工性能，可满足多数工程的钻孔灌注桩成孔施工。

施工时所用的钻头配带为钻孔性能良好且钻土力度大的双腰带三翼刮刀钻头，为提高钻土力度，可在钻头处直接安装配重块，确保钻头钻孔的垂直度及稳定性。选用空气压缩机时根据工程实际选择合适的空气压缩机，一般施工时选用的空气压缩机的制气量为12 m3/min，压力为1 MPa。选择完毕上述所用设备后，选择气举反循环法中的主要机具——导管，导管的作用主要是将上部空气压缩机内的空气传输至钻头处，导管承担着远距离高压传输的任务，因此所选用的导管需具备足够的刚度、强度及密闭性，一般所采用的导管直径多为300 mm，壁厚多为5 mm，每节长度为2.5 m，导管的定长偏差控制在1%内，每节导管间采用丝扣进行密封连接。

钻孔时，气举反循环法主要应用于深层钻孔及清孔中，因此在进行开孔时，先选择气举正循环法进行开孔，钻孔至一定深度后再转换为气举反循环法进行钻孔，一般转换时的钻孔深度为70 m。正循环法开孔及钻孔时，选用的泥浆为人工造浆，其相对密度为1.5以下，当泥浆冲洗液循环湿润地表2 min～3 min后开机进行钻孔，当钻头钻至1 m深后再增大钻头速度，正常进行钻孔。正循环法钻孔至指定深度如70 m时，改为反循环法进行钻进，此时将人工造浆的密度从1.5调至1.1以下，避免因造浆密度较大沉淀速度较快而造成造浆脱落或过薄，从而产生扩孔或坍孔，影响钻孔质量。随着钻孔的逐渐深入，灌注桩孔内产生的钻渣含量也逐渐增加，钻渣密度大于造浆，钻渣与注入的造浆混合至一起导致下部造浆混合物的密度逐渐增大，从而表现出“自造浆”的现象，此时的钻进速度受“自造浆”的影响，严重时易产生钻杆堵塞或断裂，从而影响施工钻进进度。

2 成孔质量控制

1)使用气举反循环法进行施工时，其施工工艺对钻杆的密闭性要求较高。

因此在进行钻孔前，首先对每套钻杆设施的密闭性及气密性进行检查，并进行相关试验测试。测试时，将钻杆两端进行封堵并注水，之后再向钻杆中注入压缩空气，当钻杆内的压力计显示的数值达到规范设计值后即可停止注入压缩空气，关闭注入压缩空气的阀门，静置15 min后观察封堵钻杆连接处等易漏水的部位并进行检查，若无漏水现象，且压力计的读数不产生变化，则该钻杆的密闭性及气密性达到设计要求；若达不到上述要求，则说明钻杆的密闭性及气密性不符合设计要求。因此施工前必须进行密闭性及气密性试验，若不进行试验而直接进行使用，则在钻孔时，由于钻杆漏气，导致钻杆内气压不足，从而导致气体携浆能力减弱，泥浆混合物从孔底上升至一定高度后又继续下沉，从而导致孔底的泥浆混合物越积越多，不能达到排渣的目的，最终导致钻杆堵塞，影响钻孔进度和钻孔质量。

2)根据经验得到倒风包钻杆的安装位置应安装在距离底部泥浆面以上35%～45%孔深的位置，这样安装能使气举反循环法施工达到最高效率。若倒风包安装位置不当，可能导致在钻孔过程中产生掉渣现象，底部块体较大型泥浆不能上升至孔顶，导致出浆量较少，影响施工速度及效率等。

3)气举反循环法主要应用于钻孔深度较大、含水率较高的土层，当钻孔较浅时应用反循环法施工，所达到的施工效果并不明显。当钻孔深度较浅时宜采用正循环法进行施工，当钻孔深度较深时也宜采用正循环法进行开孔施工，之后再使用反循环法进行钻孔施工，施工时经常遇到两种施工方法交接使用，此时应注意以下几点要求：

a.采用正循环法施工时所注入的泥浆密度大于反循环法时所需泥浆的密度，当转换施工工艺时，逐渐降低泥浆密度。调整泥浆密度时不能进行突变降低密度，需逐步稳定的降低泥浆密度，避免泥浆沉淀速度较快而形成较薄的护壁，产生坍孔或扩孔现象。

b.采用正循环法施工时，气流对泥浆呈正压作用，产生护壁的效果；反循环法施工时，气流对泥浆呈负压作用，对护壁产生不利影响，越接近孔底对其影响越大。因此在转换施工方法前，先启动泥浆泵，当泥浆高度不下降时，再启动空气压缩泵，确保孔底压力。

4)当地下土层分别为粉砂及粉质粘土时，为确保钻孔的垂直度，需降低压力进行钻进。钻孔时，根据钻进深度和排渣情况调整钻进速度。每钻完一个孔时需及时清理孔径，确保钻孔孔径大小满足设计要求。在钻孔时，控制泥浆性能确保泥浆护壁的质量，确保孔内的安全。

5)钻孔时应连续施工，非紧急情况下不得中途停止施工。若在钻孔过程中下部出现障碍物影响钻孔，钻杆发生连续抖动时，应降低钻杆的钻速，增大空气压缩泵的压力，对孔底进行强力清扫，以将障碍物清扫干净，避免影响正常连续施工。钻孔时，定期检查钻机转盘的水平度及钻杆的垂直度，若在施工前发现上述问题则应立即调整，以免影响正常施工；若在施工过程中发现上述问题，则应立即对其进行微调，减小对其成孔的危害。施工时，增加钻杆长度时，应对所加钻杆的长度及总长进行详细记录，并将其与设计孔深进行对比，避免成孔深度不能达到设计要求。增加钻杆长度时，应停止钻进，待泥浆在孔底循环3 min～5 min后，再进行拆卸安装。增加钻杆长度时，需将钻杆的法兰圆盘周边的泥浆清理干净，避免因接缝处存在泥垢而影响连接质量，从而影响钻杆的垂直度，影响施工质量。

6)每钻完一个孔后及时测量钻头的尺寸，当钻头的尺寸磨损超过10 mm时即需对钻头进行更换，确保之后所钻孔径满足设计要求。

7)钻完一个孔后，将钻头从孔底提出，首先为避免钻头破坏孔内护壁，应在钻完后继续向孔内注入压缩空气，增加泥浆量，将孔内的水头高度稳定后再关闭空气压缩泵，之后再关闭泥浆泵，避免因关闭顺序错误而造成水头压力不足、泥浆液面急剧下降从而产生坍孔事故。

3 清孔质量控制要点

目前对钻孔灌注桩进行清孔时采用的最普遍的方法是气举反循环法，使用该方法清孔时，冲洗液携带钻渣进入管径较小的导管内，在上部的泵送抽排作用下，可达到高速抽排的效果。使用气举反循环法进行清孔时，分为一清二清工序，其中一清工序同反循环法钻孔方法类似，不同之处在于需将钻头向上提升一段距离进行清排；二清施工时需对其进行以下控制：

1)二清施工时，需对导管的气密性进行检查，检查的方法同成孔时的检查方法相同，当气密性要求达到规范要求时才可进行下一道施工工序；

2)清排导管下放至孔底淤泥底面以上300 mm～500 mm，倒风包安装在孔深的55%～65%位置处，倒风包的下端与导管上端连接；

3)清排时，首先在孔内进行补浆，之后再进行送风施工，若施工工序相反，则易导致桩孔内的泥浆液面急剧下降，严重时可能产生坍孔事故。清孔完毕后需先关闭空气压缩泵再进行断浆处理；

4)送风时，风速从小逐渐增大，且将风压应控制在略微高于孔底水头压力值。当孔底内的沉渣含量较大时，或者沉渣体积较大时，宜增大风速并摇动送风导管，以达到破渣、排渣的效果；

5)随着抽排沉渣的量逐渐增大，孔底内的沉渣含量及沉渣厚度逐渐减小，导管也应随着沉渣厚度的逐渐降低也逐渐向下延伸，且两者保持合适的范围；

6)清排完成后对孔底的沉渣厚度进行检查，当沉渣的厚度小于100 mm时则认为清排完成。

4 结语

气举反循环法进行深层钻孔灌注桩的成孔及清孔时，具有一定的优势，携渣能力强，且施工效果较好。这种施工方法较其他成孔及清孔方法相比具有施工速度快、施工成本低、施工效率高等优点，随着科技的进步及土建行业的技术发展，气举反循环法的施工效果优势会更加明显，同样也会在大多数工程中投入使用。

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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

赵 毅(1971- )，男，高级工程师

TU473.14

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