反循环清孔工艺在旋挖桩中的使用
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旋挖钻机的反循环钻孔灌注桩工艺流程反循环,是指钻机工作时,旋转盘带动钻杆端部的钻头切削破碎孔内岩土,冲洗液从钻杆与孔壁间的环状间隙中流入孔底,冷却钻头并携带被切削下来的岩土钻渣,由钻杆内腔返回地面,与此同时,冲洗液又返回孔内形成循环。
由于钻杆内腔较井孔直径小得多,所以,钻杆内泥水上升速度较正循环快得多。
既是清水,也可将钻渣带至钻杆顶端,流向泥浆沉淀池,泥浆净化后再循环使用。
反循环钻孔灌注桩工艺流程(一)泥浆池的布置:(1)严格按照泥浆池示意图进行开挖,采用半挖半填方式。
(2)在泥浆池四周布置钢管架支护,四周用密目网包裹。
(二)泥浆的制备:(1)根据现场土质,本钻孔桩采用膨润土泥浆护壁。
(2)钻孔施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆,维持护筒内应有的水头,防止孔壁坍塌。
(3)桩孔砼灌注时,孔内溢出的泥浆引流至泥浆池内,利用到下一基桩钻孔护壁中。
(4)每根桩灌注完成后要及时的掏渣,将废渣运离施工现场。
(三)埋设护筒:(1)钻孔前设置坚固、不漏水的孔口护筒。
护筒内径大于钻头直径20cm,还需满足孔内泥浆面的高度要求,高出施工地面0.5m。
(2)护筒埋置深度:护筒埋置深度为2m,且应保持孔内泥浆面高出地下水位2m以上。
(3)护筒位置应埋设正确和稳定,护筒与孔壁之间应用粘土填实,护筒顶面中心与设计桩位偏差应小于5cm,倾斜度应小于1%。
(四)钻机就位及钻孔:(1)钻机就位前,应对钻孔各项准备工作进行检查(尤其是垂直度)。
钻机安装后的底座和顶端应平稳,在钻进中不应产生位移或沉陷。
就位完毕,施工队协同安质部和工程部对钻机就位进行自检,并符合桩位平面位置。
(2)钻孔前,按施工设计提供的地质、水文资料绘制地质剖面图,挂在钻台上。
针对不同地质层选用不同的钻头、钻进压力、钻进速度及适当的泥浆比重。
(3)钻孔作业应分班连续进行,填写钻孔施工记录,交接班时应交待钻进情况及下一班应注意事项。
应经常对钻孔泥浆及钻机对位进行检测,不符合要求时,应及时改正。
反循环配合旋挖钻在桩基工程中的应用尹海明(中交广州航道局有限公司,广东广州 510000)[摘要]随着基建规模不断扩大,桥梁施工技术也得到迅速发展。
由于桥梁桩基施工具有不可逆性,且是桥梁受力的重要结构,需重点把控。
旋挖钻成孔具有施工速度快、占用临时场地少等优点,得到了广泛应用,但对于清孔工艺的选择仍未达成一致。
文章以中砂大桥主墩桩基为例,介绍了一种反循环配合旋挖钻的施工工艺,由反循环钻进土层、旋挖钻进岩层、再由反循环清孔,通过工艺的结合,提高了施工效率,保证了成桩质量。
该工艺的成功实施提高了项目应用效益,为类似工程提供了参考。
[关键词]桥梁施工;桩基础;旋挖钻;反循环[中图分类号]U445.55 [文献标识码]B [文章编号]1001-554X(2023)07-0120-04 Application of reverse circulation combined with rotary drilling inpile foundation engineeringYIN Hai-ming中山东路道路桥梁工程路线途经汕头市龙湖区新溪镇、澄海区坝头镇和莲下镇,为2021年汕头亚青会主场馆与城市区的主干道,是一项政治性工程。
中砂大桥为该项目的控制性工程,桥梁桩基的顺利施工显得尤为重要。
国内外学者对桩基成孔工艺、清孔工艺等方面已展开了较多的研究。
裴迎春介绍了旋挖钻的技术优劣及注意事项,并与反循环工艺进行对比分析[1]。
雷斌分析了旋挖钻孔工艺桩底沉渣过厚的原因,介绍了6种清孔工艺,并对比分析了各种工艺的特点,提出了旋挖桩清孔工艺的优化选择方法[2]。
单慧川对比分析了正循环冲击钻和反循环回旋钻的钻孔工艺及施工效果,就成孔质量、成孔效率、成本消耗等方面进行了详细对比[3]。
目前,对桩基钻孔工艺及清孔工艺的研究较多,但对不同钻机结合使用的研究较少。
本文着重分析反循环配合旋挖钻工艺的应用,该工艺较常规施工工艺能有效提高施工效率,保证成桩质量,为类似工程施工提供参考。
干作业旋挖钻孔灌注桩施工技术是一种广泛应用于建筑基础工程的高效、环保型施工方法,特别适用于砂土、粘性土、粉土、卵石层等多种地质条件。
其主要施工步骤如下:1. 场地准备:- 清理施工场地,确保地表平整无杂物,根据设计要求布置测量控制网,确定桩位。
2. 设备就位与定位:- 将旋挖钻机准确就位到设计桩位上,通过全站仪或经纬仪进行精确对中和调平,确保钻孔位置准确无误。
3. 钻进施工:- 开启旋挖钻机,利用钻杆及钻头开始钻孔作业。
钻孔过程中无需泥浆护壁,依靠钻头切削和螺旋叶片搅拌土壤实现干作业。
- 根据地质情况调整钻进速度和扭矩,遇到硬质岩层时可更换适应的地层钻头。
4. 清孔处理:- 钻至设计深度后停止钻进,取出孔内渣土,采用空气吸尘法或反循环清孔工艺清除孔底沉渣,保证孔底干净无杂物,孔壁稳定。
5. 钢筋笼制作与下放:- 按照设计图纸在地面预制钢筋笼,包括主筋、箍筋、加劲筋等,并进行质量检查。
- 利用吊车将钢筋笼平稳放入已清理完毕的桩孔内,确保其垂直度符合设计要求。
6. 混凝土灌注:- 安装导管并固定在钢筋笼上方,泵送混凝土至孔底,形成扩大的桩端头,然后逐渐提升导管进行浇筑。
- 确保混凝土连续灌注,避免断桩现象发生,同时要适时进行振捣,提高混凝土密实度。
7. 超灌高度控制与桩顶标高修整:- 控制混凝土灌注量高于设计桩顶标高一定高度(通常为0.5-1米),以确保混凝土自然下沉后达到设计标高。
- 待混凝土初凝后,凿除超出部分,使桩顶面与设计标高一致。
8. 养护与检测:- 混凝土灌注完成后,按照规范要求进行养护,保持湿润状态,增强混凝土强度。
- 待混凝土达到足够强度后,进行桩身完整性检测,如低应变动测、声波透射法等,确保成桩质量合格。
干作业旋挖钻孔灌注桩施工技术以其快速、精准、环保的优势,在现代建筑工程中得到了广泛应用。
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。
标签: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。
反循环清孔工艺在旋挖桩中的使用
浅议反循环清孔工艺在旋挖桩中的使用
【摘要】本文通过对反循环清孔工艺的工艺特点、适用范围、施工工艺等进行分析,探讨反循环清孔工艺在旋挖钻机成孔灌注桩施工中的应用,以达到提高施工效率、效益及施工质量的目的。
【关键词】旋挖钻机泵吸反循环清孔气举反循环清孔施工1、前言
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械,目前广泛用于市政建设、公路桥梁、铁路、水利、高层建筑等基础桩施工工程。
旋挖钻机成孔灌注桩技术被誉为“绿色施工工艺”,具有工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少、机动灵活及多功能特点,并适应我国大部分地区的土壤地质条件。
旋挖钻进工艺代表了当今的先进水平,具有巨大的发展潜力,是今后桩基施工技术的发展方向之一。
旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩桩孔的成孔设备,可以实现桅杆垂直度的自动调节和钻孔深度的计量;旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转,以钻斗自重并加液压作为钻进压力,使土屑装满钻斗后提升钻斗出土;通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁,反复循环而成孔。
此方法自动化程度和钻进效率高,钻头可快速穿过各种复杂地层,在桩基施工中具有非常广阔的前景。
但旋挖灌注桩因孔底沉渣过厚往往会导致承载力折减,根据以往工程对地下桩超声波检测结果分析,在桩基混凝土灌注正常情况。
1概述G108国道青白江段改扩建工程B段(大件路东绕线)起于青白江大道与川陕复线交叉口(K0+140),止于青南大道(K10+600.355),全长10.455公里,其中桩基施工结构物有达成铁路立交桥(K1+060)、福安中桥(K2+040)、毗河大桥(K2+641.5)、福龙中桥(K3+694.5)、西河江大桥(K8+504.5)、先锋小桥(K9+697.5),合计桩基206根。
桥梁桩基础均为钻孔灌注桩,直径分别为2m、1.8m、1.6m、1.5m、1.25m和1.2m,共206根。
桩长在18~41m范围。
设计桥梁为大件运输使用,成桥后承载力大于千吨。
根据图纸设计,桩基均为端承桩,沉渣厚度均应控制在50mm以内。
在桩基施工过程中,无论钻孔还是下钢筋笼,无疑会引起桩底沉渣增厚,因此桩底沉渣控制是桩基施工过程控制中的重难点。
2方案选择本工程红线征地难道度,红线交地较为缓慢,但最终完成时间节点不易顺延,导致施工过程时间控制要求高,为保证工程质量及工程节点目标,根据目前施工工期及质量技术要求,制定方案如下:方案方法需要时间效果适用范围换浆法清孔桩基成孔后停止钻机,钻头提离孔底10-20cm低速旋转,泥浆正常循环,置换孔内不满足要求的泥浆。
4-10h不明显不含卵石捞渣换浆发终孔后用捞渣桶捞出粒径较大的泥渣后用高压泥浆泵抽出浓浆,换入满足要求的泥浆。
3-5h明显各种地层空压反循环法采用高压气流反循环直接抽换泥浆0.5-1.5h明显含有卵石施工区域桩基需穿过卵石层,成孔后桩底有小粒径卵石及沉渣,利用空压反循环能有效清理底部沉渣,同时缩短了施工时间,因此,最终确定方案为空压反循环清孔。
3施工准备3.1技术准备根据桩基所在区域地质土层条件,确定施工技术方案及技术交底,对施工流程操作人员进行技术操作培训,确保施工正常有效进行。
3.2现场准备根据原有施工场内规划新建一个不小于50方的排渣池,并设置顶宽为1m,底宽为0.5m,深度为0.5m的梯形排渣渠,使排渣流至排渣池。
浅议反循环清孔工艺在旋挖桩中的使用
要】本文通过对反循环清孔工艺的工艺特点、适用范围、施工工艺等进行分析,探讨反循环清孔工艺在旋挖钻机成孔灌注桩施工中的应用,以达到提高施工效率、效益及施工质量的目的。
关键词】旋挖钻机泵吸反循环清孔气举反循环清孔施工
1、前言
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械,目前广泛用于市政建设、公路桥梁、铁路、水利、高层建筑等基础桩施工工程。
旋挖钻机成孔灌注桩技术被誉为绿色施工工艺,具有工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少、机动灵活及多功能特点,并适应我国大部分地区的土壤地质条件。
旋挖钻进工艺代表了当今的先进水平,具有巨大的发展潜力,是今后桩基施工技术的发展方向之一。
旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩桩孔的成孔设备,可以实现桅杆垂直度的自动调节和钻孔深度的计量;旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转,以钻斗自重并加液压作为钻进压力,使土屑装满钻斗后提升钻斗出土;通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁,反复循环而成孔。
此方法自动化程度和钻进效率高,钻头可快速穿过各种复杂地层,在桩基施工中具有非常广阔的前景。
但旋挖灌注桩因孔底沉渣过厚往往会导致承载力折减,根据以往工程对地下桩超声波检测结果分析,在桩基混凝土灌注正常情况下,桩基混凝土边缘部位有缺陷,多数是混凝土内局部有夹块造成的。
经分析认为:夹块由两部分组成,即泥浆中的砂砾沉淀物以及钢筋笼下放过程从。
旋挖灌注桩清孔方案一、工程概况。
咱们这个工程里,旋挖灌注桩可是很关键的部分,就像大楼的脚一样,得稳稳当当的。
这清孔呢,就是为了让桩孔干干净净,好让混凝土舒舒服服地呆在里面,保证桩的质量杠杠的。
二、清孔目的。
1. 去除杂质。
你想啊,钻孔的时候,那些泥土、岩石碎屑啥的都混在孔里,就像在一锅好汤里混进了沙子,肯定不行。
清孔就是要把这些多余的东西都弄出去,让桩孔里清清爽爽的。
2. 保证混凝土灌注质量。
如果孔里不干净,混凝土灌进去的时候就会和那些杂质混在一起,这样混凝土就不能很好地凝结,桩的强度就会大打折扣。
就像盖房子用的砖头要是质量不好,房子肯定不结实,所以清孔是为了让混凝土在孔里能安心“住下”,结成一个结实的桩。
三、清孔准备。
1. 设备检查。
清孔之前,得先把设备都检查一遍。
就像出门前检查车子一样,旋挖钻具、泥浆泵这些设备都得好好看看,螺丝有没有拧紧,部件有没有损坏。
要是设备在清孔的时候出问题,那就像跑步的时候鞋带突然开了,会耽误大事的。
2. 泥浆准备。
泥浆可是清孔的好帮手。
我们要准备足够的优质泥浆,这泥浆的性能要合适,比重、黏度啥的都得在规定范围内。
泥浆就像一个勤劳的小助手,它可以把孔里的杂质带出来,还能在孔壁上形成一层保护膜,防止孔壁坍塌。
四、清孔方法。
# (一)正循环清孔。
1. 操作流程。
首先呢,把泥浆通过钻杆中心送到桩孔底部。
这时候泥浆就像一群勇敢的小战士,冲向孔底的杂质。
然后,带着杂质的泥浆再从孔口排出来。
就像用水管冲洗脏东西,水把脏东西带走一个道理。
在这个过程中,要控制好泥浆的流速和流量,不能太快也不能太慢。
太快了可能会把孔壁冲坏,太慢了又带不走杂质。
2. 注意事项。
要时刻关注泥浆的性能变化。
如果泥浆太稀了,可能就没有足够的力量把杂质带出来;如果太稠了,又会影响清孔的效率。
就像做饭的时候放盐,放多放少都不行。
同时,还要注意孔内的水位,要保持稳定,可不能忽高忽低的,不然孔壁会生气(坍塌)的。
# (二)反循环清孔。
反循环法在旋挖桩基成孔中的应用【摘要】随着经济建设的发展,建设工程中桩基普遍应用。
而旋挖成孔是其最常见的一种形式,借助于大型旋挖设备进行旋挖钻机施工,同时垂直旋孔并且能够自动定位,该技术效率高,自动化程度强,具有广阔的发展前景。
同时结合国内外大量工程实践案例,将反循环法与之结合进行了比较与讨论,研究了其适用性,包括施工效率、施工质量、适用范围、施工成本等。
并对不同情况下两种施工方法的选择以及优化组合提出了建议。
【关键词】反循环;旋挖;工艺特点;成孔方法【中图分类号】TU753.3【文献标识码】A【文章编号】1002-8544(2017)14-0243-021.引言旋挖技术最早由美国卡尔维特公司提出,之后经理了长足的发展,适用于建筑基础作业中从成孔操作。
其特点是装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、施工效率高。
并且对我国大部分地区的地质条件都具有良好的适用性。
旋挖钻孔灌注桩分为不用稳定液护壁的干式旋挖工法和采用静态泥浆护壁的湿式旋挖工法,它广应用于铁路、公路桥梁、市政建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。
我国在工程施工中也大量采用旋挖技术,其对提高工程质量、缩短工程周期、实现工程的机械化以及加强工程质量方面均作出极大贡献。
然而,传统的旋挖技术并不能应对所有的工程,在某些地质及施工条件苛刻的工程中该种方法的使用受到了制约,因此本文提出了基于旋挖技术的对反循环法的施工工艺,将反循环(RCD)技术与旋挖技术相结合,弥补了相互的不足,促进了施工工艺的先进性和技术的可靠性。
2.旋挖技术反循环和旋挖成孔在世界范围内已得到广泛应用。
在软土和中硬度地层中。
目前旋挖成孔直径的范围是500至1500mm,深度可达40m。
随着高层建筑的普及,现代建设工程中对大直径和深度达100m桩的需求日益增加,而旋挖技术由于整机配置低、稳定性差和施工现场需对桩架或起重机布置有一定需求等因素,加之立柱长度制约了钻孔深度,旋挖成孔在施工中的使用受到了一定限制。
浅议反循环清孔工艺在旋挖桩中的使用【摘要】本文通过对反循环清孔工艺的工艺特点、适用范围、施工工艺等进行分析,探讨反循环清孔工艺在旋挖钻机成孔灌注桩施工中的应用,以达到提高施工效率、效益及施工质量的目的。
【关键词】旋挖钻机泵吸反循环清孔气举反循环清孔施工1、前言旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械,目前广泛用于市政建设、公路桥梁、铁路、水利、高层建筑等基础桩施工工程。
旋挖钻机成孔灌注桩技术被誉为“绿色施工工艺”,具有工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少、机动灵活及多功能特点,并适应我国大部分地区的土壤地质条件。
旋挖钻进工艺代表了当今的先进水平,具有巨大的发展潜力,是今后桩基施工技术的发展方向之一。
旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩桩孔的成孔设备,可以实现桅杆垂直度的自动调节和钻孔深度的计量;旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转,以钻斗自重并加液压作为钻进压力,使土屑装满钻斗后提升钻斗出土;通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁,反复循环而成孔。
此方法自动化程度和钻进效率高,钻头可快速穿过各种复杂地层,在桩基施工中具有非常广阔的前景。
但旋挖灌注桩因孔底沉渣过厚往往会导致承载力折减,根据以往工程对地下桩超声波检测结果分析,在桩基混凝土灌注正常情况下,桩基混凝土边缘部位有缺陷,多数是混凝土内局部有夹块造成的。
经分析认为:夹块由两部分组成,即泥浆中的砂砾沉淀物以及钢筋笼下放过程从孔壁上刮落的粘泥块过厚,在灌注桩时,沉淀物随着混凝土上升,因有钢筋笼或孔壁阻隔,使沉淀物停滞在局部范围内,并最终造成成桩中局部缺陷。
在钻孔灌注桩的相关施工规范及设计文件中,明确要求沉渣厚度小于10cm,且一般工程桩基施工地质条件复杂、多变,因此沉渣厚度控制是成孔质量控制的难点和重点。
因为从提钻到灌注砼,对于深桩来说通常需要1个小时以上,在这个过程中,因为泥浆静置时间过长,会产生一部分的沉淀,钢筋笼下放过程中也会从孔壁上挂落部分泥块,这些就构成沉渣,可能会超过设计或规范要求,如果不采取措施就灌注混凝土,容易引发各种质量事故。
因此,需要在灌注前采用气举反循环清孔工艺进行二次清孔。
2、工艺特点2.1 清孔彻底:能满足孔底沉淀厚度≤10cm的要求;2.2清孔速度快:从以往的实践经验情况看,如果正循环清孔情况比较好的话,一般采用反循环二次清孔50分钟左右就可以达到要求;2.3转换迅速:可以在10分钟内,由清孔状态转换到混凝土灌注状态;2.4经济便捷:本工艺需用的机械设备少,材料用量少,制作简单,方便灵活;3、适用范围3.1、本工艺适用范围:孔深150m 以内的孔径、对沉渣厚度要求较高,水上(陆地)钻孔灌注桩的施工。
3.2、适用地层:粘土层、砂层、砾石层、卵石层、岩层等地层4、施工工艺4.1清孔的意义旋挖钻孔深度达到设计要求并符合终孔条件后,应进行清孔。
清孔的主要目的是清除孔底沉渣,而孔底沉渣则是影响灌注桩承载能力的主要因素之一。
清孔则是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣,使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态,再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮着的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔,最终将桩孔内的沉渣清干净,这就是泥浆的排渣和清孔作用。
旋挖灌注桩灌注前,由于从提钻到导管陈放完毕这个过程很长,对于钻孔灌注桩来说,必然会使第一次清孔后的沉渣增加,如果不采取措施,沉渣过多,容易引起灌注事故,直接影响桩基的承载力,危及结构安全。
因此,必须高度重视灌注前的二次清孔工作。
4.2清孔方式选择的理论依据沉淀物主要由泥块和沉淀砂砾及岩渣组成。
泥块主要是由钢筋笼下放刮落的孔壁泥皮造成的;而砂砾沉淀物主要由泥浆中的悬浮颗粒造成的,岩渣则是旋挖的残留。
确定沉渣颗粒在泥浆处于悬浮状态的临界沉降速度v0的思路是:假定颗粒为球形,其重力为g,颗粒在液体中的浮力为p,球形颗粒在液体中的沉降阻力为r。
当g>p时,岩屑下降,速度逐渐增大,r值也随之增大。
当r值达到足以使作用在岩屑上的三种力保持平衡时,即r=g-p时,岩屑将以恒速v0下降。
通过推导可得出沉降速度(即雷廷格尔公式)为4. 3传统正循环清孔法的弊端正循环清孔是泥浆由钻杆或导管注入孔底,带动沉淀物上浮,在重力作用下泥浆中砂砾等沉淀物有下沉的趋势,如果泥浆泵流量偏小,将出现大颗粒砂砾悬浮在一定高度以下;如果想把大的沉渣颗粒排出孔外,一方面是加大泥浆的循环速度,另一方面是加大泥浆的密度,但是受现有泥浆泵排量的限制,泥浆的循环速度不可能提高很多,加大泥浆比重的方法也不可行。
另外因为孔壁处泥浆比孔中心部位流速慢,造成泥浆含砂率不均匀,最终不能将泥浆中大颗粒完全置换到孔外去,因此该传统工法清孔效果并不理想。
如果用正循环清孔,φ1.1m的孔的断面积为0.95m2,常用2pnl 砂石泵额定排量为93.33m3/h,假定采用2台并联送水,泥浆携带钻渣后进入钻杆与孔壁形成的环闭空间后上返速度是很低的,满排量时浆液的上返速度仅达到0.05m/s。
根据上述公式可见正循环钻进只有依靠高浓度高密度泥浆来悬浮钻渣,最终端沉渣厚度不能保证符合设计要求,从而容易引发质量隐患。
4.4反循环清孔4.4.1反循环清孔通常采用两种方式,一种是泵吸反循环,另一种是气举反循环。
泵吸反循环是通过砂石泵的抽吸作用,在钻杆内腔形成负压,在孔内液柱和大气压的作用下,孔壁与环状空间的泥浆流向孔底,将沉渣带进钻杆(导管)内腔,再经过砂石泵排至地面沉淀池内;沉淀钻渣后,泥浆流向孔内,形成反循环。
采用泵吸反循环法进行二次清孔,目前常用4bs砂石泵额定排量为200m3/h,假定采用φ0.3m的导管进行清孔,满负荷时泥浆上返流速可以达到1.58m/s,可以看出该速度远大于钻渣上返所需流速0.29m/s的要求,因此进入导管内的钻渣能够被有效的抽吸上来。
4.4.2 气举反循环4.4.2.1气举反循环的原理气举反循环的原理是:压缩空气经风管向导管(排渣管)内送风,风管内的空气与泥浆混合物密度(约为0.6)小于导管(排渣管)内泥浆密度(约为1.1),形成负压区,在大气压的作用下,汽水混合物排出管外;孔底泥浆及沉淀物的混合物沿着导管上升,补充到负压区;为防止孔中泥浆水头过小,及时用泥浆泵将优质(含砂率低)泥浆补充到孔内,并形成循环系统。
4.4.2.2气举反循环的设备气举反循环的设备非常简单,主要的构造见图1所示。
除了风管、排渣金属管、排渣软管、法兰盘接头外,现场只需要一台9~20m3/h 空压机就可完成整套施工工艺。
图1给出了两种形式的气举反循环设备。
形式1是直接利用导管作为排渣管,优点是操作简便、工序转换速度快,现场只要沉放风管即可,缺点是需要的风量较大,需要大型的空压机。
形式2是在导管内增加了一根金属排渣管,其缺点是现场操作量比形式1复杂,其优点是现场需要一个较小的空压机就可实现。
5、质量标准及质量控制清孔完成后,孔底沉渣应严格控制在10cm以内,泥浆指标合格(泥浆相对密度:1.03~1.10;粘度:17~20s;含沙率:<2﹪),并应立即进行检查验收。
检查验收合格后,应立即灌注水下混凝土,以免渣土重新沉淀,造成沉渣过厚而影响桩的承载力。
因为泵吸反循环比较简单,运用较多,在此只提出气举反循环的操作注意事项:①出浆管底口距离孔口深度不宜小于30m,以形成足够的备压,但也不能小于5m,否则不能形成有效的反循环体系;②出浆管及高压进气管的法兰盘连接紧密,确保不漏气;③气举反循环过程中,保证有足够的优质泥浆补充到孔孔内,并且要在开启反循环前先送浆,时刻观察护筒内泥浆面的变化情况,防止泥浆补充不足,水头下降过大造成塌孔;④为防止孔内沉淀物堵塞出浆管,在气举反循环前,要把导管提离孔底一段距离,待反循环形成后,视出浆清孔逐步下沉;⑤由于桩孔较大,要左、右移动导管及前后移动平台,使清孔比较彻底。
6、机具设备6.1泵吸反循环清孔设备:排渣软管、4bs砂石泵。
6.2气举反循环清孔设备:除了风管、排渣金属管、排渣软管、法兰盘接头外,现场只需要一台9~20m3/h空压机就可完成整套施工工艺。
7.安全措施7.1、起重安全:本工法用到的主要的施工机械是汽车吊,因此要注意起重安全,严格执行起重操作规程,不能因为起重点重量不大而掉以轻心。
7.2、用电安全:严格用电管理,施工现场的一切电源电路的安装和拆除,必须由持证电工操作,电器必须严格接地、接零和漏电保护器,场地电缆应架空,严禁拖地和埋压土中。
8、环保措施1)施工机械注意保养,维修时防止油料洒落污染河水;2)废弃砼,清洗罐车、导管的废水必须集中处理。
3)经常对施工机械进行保养,尽量减少噪音污染。
4)施工过程中的废弃物、边角料、包装袋等及时收集、清理、集中处理。
9、效益分析9.1反循环法二次清孔技术给我们带来的第一个效益就是质量安全:灌注混凝土是保证成桩质量的关键工序,“断桩”、“夹泥”、“堵管”等常见的灌注质量事故都与孔内混凝土上部压力过大有一定关系。
正循环为了有效的排渣,选用的泥浆(泥浆)密度高、浓度大,势必造成孔内压力大,这样混凝土人导管排出的阻力增大,浇注困难;另外正循环钻孔过程中因泥浆浓度高、密度大所形成的孔底沉渣,很难从孔中完全清除,所以其中一部分在浇注过程中卷入泥浆中更加大混凝土抬升的阻力,这种阻力在灌注临近结束时更加明显(可以观察此时孔内排出的泥浆密度、浓度明显加大,流淌缓慢,偶尔有大块的絮状泥块出现),若处理不当,很容易使临近桩顶10m 左右混凝土质量差、强度低,而该部分又是桩受力的关键位置。
反循环二次清孔技术的运用使钻渣清理较为彻底,因此灌注较为顺畅,桩顶沉渣少,桩身混凝土质量明显提高。
9.2 反循环法二次清孔技术大大缩短了深桩的清孔时间,提高了成孔效率。
通常,对于深桩而言,采用正循环法进行清孔,要达到沉渣厚度小于10cm的要求,大约需要4个小时的时间,而采用反循环法进行二次清孔,一般只要1个小时就可以达到浇注状态。
9.3 经济效益明显。
清孔时间的大大缩短以及清孔质量的大幅提高,直接提升了机械设备的使用效率,有利于提高施工进度,可以节约施工机械及工人的费用。
综上所述,反循环本身所具有的特点,给提高旋挖钻成孔效率、成桩质量和综合经济效益等方面带来一系列的好处。