气举反循环清孔在超深灌注桩施工中的应用

气举反循环清孔在超深灌注桩施工中的应用

王铁华王刚许季玲

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）

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。

2气举反循环工艺原理气举反循环清孔是利用空压机的压缩空气，通过安装在清孔管中的风管送至桩孔内，高压气与泥浆混合，在清孔管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，浆气混合物因其比重小而上升，在清孔管内混合器底端形成负压，管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，上升至混合器的泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升，从而形成流动，因为清孔管的内断面积远远小于清孔管外壁与孔壁间的环状断面积，便形成了流速极大的反循环，携带泥渣从清孔管内返出，经过泥砂分离器过滤后，将新鲜泥浆补充回孔内，从而有效地清除孔底沉渣，为灌注桩的施工质量提供保障。

3气举反循环清孔工艺操作1）加工一套内径为180mm的清孔管，单管长6m，采用法兰盘连接，壁厚大于3mm。

2）清孔管下放深度以管底距沉淤面500mm左右为宜，风管下放深度一般为40m左右。

3）主要参数。空压机的风量20m?/min，风压为0.8Mpa。送风管直径为φ25mm，浆气混合器用φ25铁管制作，在80cm长度内打4排孔，每排4个φ6mm孔即可，下端用薄钢板封堵。

4）开始送风时，应先向孔内送浆（补浆），停止清孔时应先关气后断浆。清孔过程中，特别注意补浆量，严防因补浆量不足，孔内水位下降（水头损失）而形成塌孔。

5）送风量应从小到大，风压应稍大于孔底水头压力，当孔底沉渣较厚，块度较大成沉渣板结时，可适当加大送风量，并上下活动清孔管，以利排渣。随着钻渣的排出，清孔管应同步跟进，以保持管底口与沉淤面的距离。由于桩径较大，可用吊机配合，将清孔管在周边范围内移动，防止孔底周边沉渣超标。

6）抽出的泥渣经皮管接入泥砂分离器，通过旋流出渣及震动筛过滤后，将新鲜泥浆又流回孔内。

7）通过泥砂分离器分离出半干的碎渣倒入泥渣船，清孔后，将船开至指定位置将渣弃掉。

8）待分离出的渣量很少时，结束清孔。经试验，泥浆比重基本在1.1以内，粘度在18-20S之间，含砂率均在2%之内，孔底用测锤能明显感觉到响声。

4气举反循环清孔质量1）由于成孔过程中经常采用气举反循环清孔，并同时进行泥浆净化除砂处理，所以泥浆质量较好。因此，孔壁四周泥皮薄而坚韧，桩身混凝土与孔壁很好的结合增加了桩孔四周的摩阻力从而有效的增加单桩承载力。

2）气举反循环清孔后的含砂率大大低于铁路规范要求（2%以内），因此，即使117m的孔深，单桩超过700m?砼，浇灌时间在12小时以上，都能保证砼灌注质量，从头至尾砼都能很顺利的灌入。整个过程中，孔中都没有发现泥块或砼难以灌入现象。并且从桩头破除情况来看，没有一条桩的沉渣与砼的混合浮浆厚度超过50cm。

3）桩基检测情况，全部18条桩，桩身完整，无蜂窝水槽，桩底与岩面完整连接，基本无沉渣，经检测中心判定全部为Ⅰ类桩。

5经济效果分析1）沉渣厚度小，提高单桩承载力，优化桩径，降低工程造价。

单桩承载力的大小，取决于桩周边的摩阻力与桩端承载力，气举反循环清孔后形成的泥皮薄从而使摩阻力增大，桩底沉渣清除较为彻底，无沉淤层从而提高桩的端承力。如果按试桩结果设计时，设计桩径就可适当减小，从而降低工程造价。

2）清孔速度快，缩短工期，降低施工成本。

如本工程采用正循环清孔，即使清孔一周以上，泥浆指标都不一定能达到规范要求，而采用气举反循环清孔，基本上在10-15个小时就可完成清孔，从而大大提高劳动效率，节省人工、电力及配合机械，加快设备周转周期，直接降低了工程施工成本。

3）清孔快，泥浆重复利用率高，减少环境污染，降低泥渣外运成本。

气举反循环清孔渣分离容易，特别配备了泥砂分离器。从孔内抽出的带渣泥浆经过泥砂分离器后，新鲜泥浆流回孔内，过滤出的渣基本都是半干状态，可以直接用车（船）外运处理，即使最后灌注砼排出的泥浆，都可以直接用于其它桩孔的冲孔使用，提高了泥浆重复使用率，从而大大降低泥浆外运数量。

6结语从使用效果看，气举反循环清孔方法在贵广铁路北江特大桥3m超大直径和122m超大孔深的桩基工程中的运用是成功的。并且，从工期、质量、环保、经济等多方面分析，气举反循环清孔工艺都是先进和科学的，特别是在桩基持力层为基岩，桩径为2000mm以上，孔深在80m以上的灌注桩施工中的优越性更是其它工艺无法比拟的，甚至是不能代替的，值得推广和应用。

作者简介：王铁华（1975－），男，工程师，从事施工技术与管理工作。