气举反循环在钻孔灌注桩中的应用

钻孔灌注桩气举反循环法施工质量控制探究摘要：文章介绍钻孔灌注桩施工中所采用的气举反循环法的原理以及施工过程中存在的问题，分析气举反循环清孔工艺技术参数的计算方法，提出了采用气举反循环方法进行成孔以及清孔作业中的质量控制措施，以供参考。

关键词：钻孔灌注桩；气举反循环法；施工质量1引言在我国目前的工程施工中，钻孔灌注桩施工由于具有对周边土体扰动小、施工成本低等特点而被广泛应用。

在应用钻孔灌注桩的施工工程中，通常采用气举反循环法进行成孔施工，并且采用此方法进行清孔施工作业，其主要是利用了空气压缩机所产生的高速流动的空气将泥浆形成浆气混合物的原理，而且所形成的浆气混合物的密度较小，所以在高速流动的气体作用下可以被喷出孔外。

所以采用气举反循环法进行钻孔灌注桩的清孔施工具有施工速度较快、成本低以及效率高的优点，但是在施工过程中需要对其施工质量进行严格控制。

2钻孔灌注桩气举反循环法施工技术2.1气举反循环法的原理在进行钻孔灌注桩的清孔施工中，采用气举循环法就是通过特制的管道与钻机中的钻杆进行连接，然后通过压缩机将压缩空气通过此管道送入钻杆底部，由于压缩空气的高速流动会与钻孔底部的泥浆进行混合，形成浆气混合物，而且所形成的浆气混合物的密度较小，并小于泥浆本身，随着钻杆中不断有压缩空气的排出，导致孔底的气压较高，浆气混合物会随着高速流动的气体而被喷出孔外，压缩机的持续运转会带动以上过程进行循环运行，所以被成为气举循环法。

图2.1 气举反循环成孔及清子原理2.2气举反循环法施工技术在钻孔灌注桩施工中，气举反循环法主要用于深层钻孔以及清孔作业，而对于浅层作业以及开孔作业，通常采用的是气举正循环法进行，在钻至一定深度之后再采用气举反循环法，通常的转换深度确定为70m。

在转换为气举反循环法之后，需要适当降低人工造浆的密度，通常需要由1.5降低至1.1以下，防止密度过大的浆液引起扩孔或坍孔的问题而影响钻孔质量。

但是随着采用气举反循环法进行钻孔的深度不断增大，灌注桩内的钻渣含量也会不断增加，由于其密度大于人工造浆的密度，当其二者的混合密度逐渐增大至一定程度时就会出现“自造浆”的现象，严重影响钻进速度，甚至会引发钻杆堵塞或断裂等问题。

钻孔灌注桩气举反循环清孔工艺[摘要]：钻孔灌注桩因机具设备简便、施工方便，成孔质量可靠，施工费用低等原因，被广泛地应用于高层建筑、公路桥梁等工程的基础工程。

钻孔灌注桩沉渣的清理是控制桩身质量的关键，传统的钻孔灌注桩施工为正循环钻进、正或反循环清孔成孔工艺，而近几年在浙江一带出现钻孔灌注桩气举反循环清孔工艺，其清孔效果远好于一般清孔工艺。

本文就此介绍气举反循环清孔工艺的运用，并比较对工程监理质量以及经济效益带来的影响。

[关键词]：钻孔灌注桩、气举反循环、二次清孔一、钻孔灌注桩工艺：传统的钻孔灌注桩多采用回转钻成孔灌注桩、潜水电钻成孔灌注桩。

成孔前先安装钢板护筒，以作保护孔口、定位导向、维护泥浆面、防止塌方用。

钻机就位后开始钻孔，钻孔时电机带动导管、导管根部钻头旋转，破坏土层结构，形成钻渣。

钻孔应采用泥浆护壁措施，防止塌孔。

现场须设置泥浆池，泥浆通过泥浆泵吸入导管，从导管底部排出，带动钻渣向上从桩孔中溢出，再排入沉淀池。

钻孔施工至设计标高时，立即进行第一次清孔。

第一次清孔时，一般采用循环换浆法，反复用泥浆循环清孔，清空过程中必须及时补充泥浆，并保持浆面稳定。

孔中土颗粒、岩石屑等钻渣随浆液溢出孔外，以达到第一次清理沉渣目的。

清渣完成后，安装钢筋笼，在浇筑砼前须进行第二次清孔。

第一次清孔属于正循环清孔方法，本文主要探讨第二次清孔工艺。

二、正、反循环清孔工艺介绍：1、正循环清孔工艺第二次正循环清孔采用循环灌浆法，让钻头在原位继续转动，通过导管注入清水，控制泥浆密度在10KN/m3以下；对于孔壁土层性能差、不稳定的则注入泥浆（泥浆密度11.5~12.5KN/M3）。

注入冲洗液携带钻渣后进入钻杆与孔壁形成的环闭空间上返，排出桩孔以外，以达到沉渣清理效果。

简单的说，正循化清孔的定义就是沉渣从导管外溢出的清渣工艺。

2、反循环清孔工艺从前文所述、顾名思义，反循环清孔的定义就是沉渣从导管内排出的清渣工艺。

反循环清孔工艺有多种，一般有泵吸法、空气吸泥机法等种。

气举反循环浑孔之阳早格格创做一．序止气举反循环是尔国20世纪90年代引进推广的新技能，主要应用于成孔钻进战桩基浑孔.浑孔是钻孔灌注桩动工工艺中至闭要害的一环,更加对于嵌岩桩而止,它曲交效用端启力的收挥,正在动工典型中也庄重确定端启桩重渣没有得超出50mm ,有些工程以至央供整重渣统造.钻孔灌注桩浑孔的保守要领主要有旋掘钻机回钻浑孔、正循环浑孔、泵吸反循环浑孔.钻机回钻浑孔速度快但是浑渣没有真足，没有克没有及谦脚重渣央供；正循环浑孔效用矮，浑渣没有真足；泵吸反循环浑孔受泵的扬程节造，效用矮.当桩少少，孔径大，重渣指标庄重时，保守要领没有克没有及谦脚动工央供，而气举反循环浑孔则补充了保守浑孔要领的缺累之处，以效用深度深、浑孔速度快、浑渣真足能谦脚重渣央供，得到了很快的推广战应用.本文主要针对于气举反循环正在钻孔灌注桩动工中浑渣的应用展启计划.两．气举反循环浑孔的本理如图1 所示,气氛压缩机将压缩气氛输进风管,气氛经风管底部排出战泥浆产生气液混同物.孔底重渣正在喷出气体的冲打效用下悬浮起去,由于管内、中液体的稀度好,孔内泥浆、气氛、重渣的三相流沿导管进与运止,被排出孔心,加进交渣篮.过滤出泥浆中的重渣后,过滤后的泥浆又重新加进孔内，反复循环曲至孔底重渣薄度达到典型央供.拜睹图1,风管底部到孔内泥浆顶里深度为h1,从孔内泥浆顶里到导管内泥浆顶里下度好为h2, 导管内三相流图1 气举反循环浑孔示企图稀度为ρn ,导管中液体稀度为ρw,则效用于风管底部液里上内中液体柱压力好为:ΔP =ρw*h1 - ρn ( h1+h2) = (ρw -ρn) h1-ρn*h2……①正是那个压力好,启动导管内风管底心以上的三相流沿导管降下,并克服循环历程中的百般阻力,产生反循环.思量到供气管讲的压力益坏,故气氛压力应按下式估计:P =ρn*h1/ 102 + P s……②式中: P s 供气管讲压力益坏,普遍与0.05～0.1 MPa.由①式不妨瞅出,管中泥浆稀度ρw 战h1、h2相对于宁静的情况下,落矮三相流的稀度ρn (通过删大压气量真止) 将普及启动气举反循环的压力好,果此收往孔内的气氛流量战压力是效用气举反循环排渣本领的要害参数；h1越大，h2越小则压力好越大，所以当孔内缺浆时没有克没有及产生反循环，应脆持孔内泥浆里达到符合下度进而删大h1减小h2；ρw为三相流稀度，当孔内泥浆固相所占比率较大时也没有克没有及产生反循环，惟有正在ρw相对于小的情况下，删大ρw与ρn的好值才搞普及浑孔效用.由②式不妨瞅出，空压机的采用应有P决定，主要受h1战ρn统造.当孔较深，泥浆比重较大时所需的压力较大.果此要根据工程的本量桩少估计P决定空压机型号；尽最大的大概减小Ps，应时常查看风管是可漏气，交头处是可周到使压力益坏减到最小.三．气举反循环动工工艺2.1 动工设备表1 气举反循环浑孔主要设备设备称呼型号备注吊车 QY16型以简曲桩少桩径决定火泵 3PNL泥浆泵配有适量的泥浆管空压机 8m3灌注导管 250mm钢造导管单稀启圈、丝扣连交办法风管 25mm塑料风压管少度根据孔深决定交渣篮自造周边用钢筋加固，四里用4mm筛网扎紧2.2 动工工艺浑孔前准备处事:丈量并记录孔深，战末孔深度相对于比，估计重渣薄度；查看导管、塑料风压管、空压机组、火泵等百般设备是可完佳.工艺过程:(1)钢筋笼下搁完成后,下进灌注导管至孔底10mm处.(2)将风管从灌注导管内下搁至导管底心200mm处.(3)并将风压管的另一端从中引出与空压机组连交.(4)将交渣篮搁正在出渣心下，并包管孔内泥浆下度，以防塌孔.(5)启动空压机浑孔，风量、风压由小到大,平常风量为8m3/h,风压为0.4-0.7MPa.图2 气举反循环浑孔工艺过程图(6)丈量孔内重渣薄度战泥浆比重,确认达到品量尺度后,先闭空压机，脱掉导管帽,拔出风压管,举止平常灌注.证明：1、气举反循环主要适用于两次浑孔.2、风管普遍采与火管，正在底部1m搞成浆气混同器.正在1m范畴内挨6排孔、每排4个Φ8mm孔。

气举反循环清孔在超深灌注桩施工中的应用发表时间：2014-12-05T15:31:00.560Z 来源：《工程管理前沿》2014年第11期供稿作者：王铁华王刚许季玲[导读] 砂石泵与清孔管相连，启动砂石泵后，在桩孔内形成一个负压区，泥浆和沉渣等从孔底通过清孔管排至孔外。

王铁华王刚许季玲（中国水利水电第十四工程局有限公司云南昆明 650041）摘要：大直径深孔嵌岩灌注桩的清孔方法，以气举反循环的清孔，保证孔底沉渣厚度，控制成桩质量。

关键词：灌注桩清孔气举反循环0 引言北江特大桥为贵广铁路的一座特大桥，长11533.06m，在广东佛山市的金沙镇与小塘镇之间跨越北江，主桥采用钢桁梁斜拉桥结构，引桥采用后张法预应力简支梁及连续梁。

主墩水深约12～17 米，主墩设计为18 根φ3.0m 钻孔桩，桩长设计为95.6m 和102m，相应成孔深度达116～122.5m。

工程桩径大、桩身长、场地条件有限、钢筋笼施工时间长等因素造成孔底极易出现沉渣甚至板结。

为解决施工中面临的难题，采用正循环冲进成孔，气举反循环清孔工艺保证了施工进度，降低了施工成本。

1 传统清孔工艺不适用于本工程的原因1）正循环清孔。

用立泵通过皮管直接将新鲜泥浆送至孔底，泥浆带动泥渣上浮，在重力作用下，泥浆中的颗粒有下沉的趋势，由于桩大孔深，立泵压力损失快，且立泵流量太小，将出现大量的颗粒无法带出桩孔而悬浮在孔内一定高度。

流出的泥浆只能在旁边桩位的钢护筒中沉淀，但由于钢护筒容量太小，往往返出的泥渣还未完全沉淀，又被立泵送入原桩孔内，使桩内泥浆得不到置换效果。

又因断面上压力不均，中间压力大而四周压力小，使孔壁处泥浆比清孔管周边的流速慢，造成泥浆含砂率不均匀，最终不能将泥浆中的颗粒完全置换至孔外，清孔质量根本无法达到设计要求。

2）泵吸反循环清孔。

砂石泵与清孔管相连，启动砂石泵后，在桩孔内形成一个负压区，泥浆和沉渣等从孔底通过清孔管排至孔外。

桩基孔深达122m，孔底的泵吸力太小，无法将孔底的沉渣等物吸取干净，灌注桩的质量很难保证。

气举反循环在大口径钻孔中的应用摘要:钻井液从井筒环空流入，经钻头、钻具内眼返出为反循环钻井。

反循环钻井分为气举反循环、泵吸反循环等。

气举反循环钻井技术具有减少钻井液漏失、保护油气层、岩样清晰、排渣能力强等优点。

利用气举反循环时对井底的抽吸作用，可以进行洗井、捞砂作业，由于减少了正循环时压实效应，液流在钻具内直接上返，避免了含砂洗井液进入地层，堵塞通道，可以有效的保护油气层及含水层等，并在大口径钻孔施工中得到了广泛应用。

关键词：反循环气液固三相流气举反循环是空压机压缩气体通过双层钻具在适当位置打入气体，在钻具内部形成气液固三相流体，并上返，构成气举作用，在钻杆内腔形成负压，在孔内液柱和大气压的作用下，孔壁与环状空间的冲洗液流向孔底，将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔，再经过气举力排至地面沉淀池内；沉淀钻渣后，冲洗液流向孔内，形成反循环（图1为气举反循环）即：沉砂池—环空—钻头—钻具内水眼—水龙头—排液管线—沉砂池。

反循环与正循环的本质区别在于沉渣的冲洗、上返流速存在巨大差异，反循环冲洗液携带钻渣后迅速进入过水断面较小的钻杆内腔，可以获得比正循环高出数倍的上返速度。

根据钻探水力学原理，冲洗液在钻孔内的上返速度Va的1.2-1.3倍，即Va=（1.2-1.3）Vs。

反循环钻进钻渣在钻杆内运动，是形态各异的钻渣群在有限的空间作悬浮运动，钻渣颗粒要占据一定液体断面，在这种特定条件下可以采用长春地质学院在利延哥尔公式基础上进行实验给出的公式计算颗粒悬浮速度Vs计算公式为：Vs=3.1×k1×｛ds×(rs-ra)/(k2×r2)｝的1/2次方Vs-钻渣颗粒群悬浮速度（m/s)ds-颗粒群最大颗粒粒径（m）rs-钻渣颗粒的密度(kg/dm3)ra-冲洗液的密度（kg/dm3)k1-岩屑浓度系数；k1=0.9-1.1，浓度越大，k1越小；k2-岩屑颗粒系数，k2=1-1.1,球形颗粒为1，越不规则，k2的值越大。

钻孔灌注桩气举反循环二次清孔工艺探究1 前言一般鉆孔灌注桩需进行两次清孔作业，第一次清孔是在桩孔施工达到设计深度后，利用原成孔机具，采用循环换浆法，反复用泥浆循环清孔。

第一次清孔主要清除物为泥浆，沉渣清除量较小。

第二次清孔是在浇筑灌注桩桩身混凝土之前，利用灌浆导管，采用气举反循环工艺进行清孔。

第二次清孔不仅能将泥浆清除的更彻底，还能将沉渣清除以满足孔底沉渣厚度达到设计要求。

孔底沉渣厚度是影响钻孔灌注桩成孔质量的重要因素之一，钻孔灌注桩成孔质量的优劣将直接影响灌注桩的承载力，因此有效清除孔底沉渣是控制灌注桩成孔质量的重要环节。

采用正循环方式进行二次清孔的施工工艺，其施工周期长、沉渣清除效果差并且耗能大。

而普通的反循环二次清孔工艺，也需建造沉浆池，设备投入量、耗能量和施工占用面积都较大。

为减少设备投入、缩短施工周期、增加清孔效率、操作方便、节省能耗，我们研发了新的气举反循环二次清孔工艺。

2 气举反循环二次清孔工艺原理在钻孔灌注桩成孔和孔内钢筋笼安装完成后，混凝土浇筑前；安放灌浆导管并在导管上端口连接气举反循环导流罩；将前端连接有分气管的空气管，通过导流罩中心孔放入灌浆导管内一定深度；持续通入压缩空气；使安放分气管以上部分的导管内，形成比分气管安放位置以下密度小的浆气混合物。

浆气混合物因其比重小而上升，在导管内分气管底端形成负压，下面的泥浆在负压的作用下上升，并在气压动量的联合作用下，不断补浆，上升至分气管的泥浆与气体形成浆气混合物后继续上升，从而产生流动。

因为导管的内断面积大大小于导管外壁与桩壁间的环状断面积，便形成了流速、流量极大的反循环，浆气混合物携带沉渣从导管内排出，排出导管后的泥浆流在经导流罩规整后，经滤网滤除杂物后直接回落桩孔内。

3 气举反循环二次清孔设备空压机一台：用于制造压缩空气。

流量为3.5m³/min，气压0.75Mpa，电机功率18.5KW。

（如有必要可增加一台0.6m³储气罐）风管：输送压缩空气。

气举反循环清孔一.前言气举反循环就是我国20世纪90年代引进推广的新技术,主要应用于成孔钻进与桩基清孔。

清孔就是钻孔灌注桩施工工艺中至关重要的一环,尤其对嵌岩桩而言,它直接影响端承力的发挥,在施工规范中也严格规定端承桩沉渣不得超过50mm ,有些工程甚至要求零沉渣控制。

钻孔灌注桩清孔的传统方法主要有旋挖钻机回钻清孔、正循环清孔、泵吸反循环清孔。

钻机回钻清孔速度快但清渣不彻底,不能满足沉渣要求;正循环清孔效率低,清渣不彻底;泵吸反循环清孔受泵的扬程限制,效率低。

当桩长长,孔径大,沉渣指标严格时,传统方法不能满足施工要求,而气举反循环清孔则弥补了传统清孔方法的不足之处,以影响深度深、清孔速度快、清渣彻底能满足沉渣要求,得到了很快的推广与应用。

本文主要针对气举反循环在钻孔灌注桩施工中清渣的应用展开讨论。

二. 气举反循环清孔的原理如图1 所示,空气压缩机将压缩空气输进风管,空气经风管底部排出与泥浆形成气液混合物。

孔底沉渣在喷出气体的冲击作用下悬浮起来,由于管内、外液体的密度差,孔内泥浆、空气、沉渣的三相流沿导管向上运行,被排出孔口,进入接渣篮。

过滤出泥浆中的沉渣后,过滤后的泥浆又重新进入孔内,反复循环直至孔底沉渣厚度达到规范要求。

参见图1,风管底部到孔内泥浆顶面深度为h1,从孔内泥浆顶面到导管内泥浆顶面高度差为h2,图1 气举反循环清孔示意图导管内三相流密度为ρn ,导管外液体密度为ρw,则作用于风管底部液面上内外液体柱压力差为:ΔP =ρw * h1 - ρn ( h1 + h2 ) = (ρw - ρn) h1 - ρn * h2……①正就是这个压力差,驱动导管内风管底口以上的三相流沿导管上升,并克服循环过程中的各种阻力,形成反循环。

考虑到供气管道的压力损失,故空气压力应按下式计算:P =ρn * h1/ 102 + Ps……②式中: P s 供气管道压力损失,一般取0、05～0、1 MPa。

由①式可以瞧出,管外泥浆密度ρw 与 h1、h2相对稳定的情况下,降低三相流的密度ρn (通过增大压气量实现) 将提高驱动气举反循环的压力差,因此送往孔内的空气流量与压力就是影响气举反循环排渣能力的重要参数;h1越大,h2越小则压力差越大,所以当孔内缺浆时不能形成反循环,应保持孔内泥浆面达到合适高度从而增大h1减小h2;ρw为三相流密度,当孔内泥浆固相所占比例较大时也不能形成反循环,只有在ρw相对小的情况下,增大ρw与ρn的差值才能提高清孔效率。