钻孔灌注桩气举反循环成孔工艺质量控制
刘涛，杨敏”
（1.上海建科工程咨询有限公司，上海200072:2.上海市建设工程重理有限公份，上海200080）
【摘要】气举反棚环技术在超深、大口径结孔灌注桩施工应用中具有很多优点，技术基本成熟.通过气举反桶环原理、设备与泥浆的选择和使用等方面详细闻述此工艺在钻孔注桩成孔及清孔过程中的质量控制要点，结合在建的苏州中南中心项目桩基工程前期试成孔、试桩实例，拓宽其在房建基础施工领城中的应用.
【关键竭】桂基础；钻孔權注桩；成孔：气举反环；随工技术：质量控制
[中图分类号】TU753.3[文献标识码】A[文章编号]1002-8498（2014）13-0011-04
QualityControl ofBoredPilesAir-liftReverse Circulation Pore-forming Technique
Liu Tao' Yang Min?
(1. Shanghai Jiaske Engineriag Conuting Co. Lad. Shanghai 20072 China;2. Shanghai Projet Management Co. Lad. Shanghai20080 China)
poq apap aa pue dap aadns jo uoede o u ooo uoeno auaa -y sypiles construction has many advantages and it is a mature technology. Through the reverse circulationprineiple election and use of equipment and mud this paper introduced in detail the quality controlpoints of process in bored piles pore-forming. Combined with the pile testing in Suzhou Central SouthCenter project the authors broaden its application in the field of building foundation construction.
Key words:piles; bored piles; pore-forming; air-lift reverse circulation; construction; quality control
从倒风包（气管由此深人到钻杆内）处喷人钻杆内孔内壁间环状截面面积，所以在钻杆内形成了流
1工程概况
潮，南为苏惠路，西邻星阳街，北有地铁1号线，地比泥浆小的浆气混合物，浆气混合物因其密度小面 理环境比较复杂.项目占地面积2.5万㎡”，总规上升，从面在浆气混合处形成局部负压，下部的泥置5层地下室.桩基础工程采用混凝土钻孔灌注流动.由于钻杆内截面面积远小于钻杆外壁与桩桩，桩径分别为700，800，1100mm，桩数共计1928 根，桩长27-78.5m，塔楼桩桩端持力层为粉细砂.量、流速极大的泥紫流，混浆携带废渣通过钻杆顶塔楼及裙房部位的长桩70m以上用正循环成孔，端排出口喷出.70~110m以下采用气举反循环成孔，一清、二清全部使用气举反循环清孔工艺.
由于气举反循环清孔的物理学原理与成孔原理一样，只是在操作或者某些设备选用上有细微差 别.第1次清孔，钻杆需提起约500mm，继续通过气举反循环成孔是利用空气压缩机压缩空气，风管向下注人压缩空气，泥浆携带孔底废渣从钻杆送，传送到带有倒风包的特定钻杆时，压缩空气会以后才进行.钢筋笼下放完毕固定以后，下放导管，此时的风管直接下放到导管内部，风管底端为 气水混合气.高压空气经过风管，到达气水混合气喷出与泥浆混合产生浆气混合物并上升，形成泥浆
2气举反循环成孔及清孔原理（见图1）
将压缩的空气通过固定于钻杆外表的气管向下传顶端排出口喷出；第2次清孔是在钢筋笼下放到位
3施工过程
3.1设备选择
3.1.1钻机及除砂泵
3.1.2钻头
3.1.3空压机选择
万方数据
流，携带孔底废渣从导管顶端三通排出口喷出.
根据本工程的实际情况及以往的施工经验，在工程施工中拟选择上海金泰公司生产的扭矩为30kNm的GPS-20型号钻机施工1100超深桩；钻杆选用方面，配套选用$194×16高强度抗扭法兰 连接钻杆.泥浆处理拟设置与泥浆循环系统相关联的ZX-250黑旋风旋流除砂装置，迅速降低泥浆中的含砂量、净化泥浆、确保泥浆符合本工程要求，提高成孔质量和效率.
根据本工程地层特点，为提高钻进速度及保证钻孔垂直度，在塔楼桩钻进施工中选用针对性较强的双腰带三翼刮刀钻头（见图2）.同时可以根据实际施工情况，在钻头上直接装置配重块，既保证钻进压力，又提高钻头工作稳定性和钻孔的垂直精度.
图2双腰带三翼刮刀钻头示意 Fig.2 Drag bit
由于本工程塔楼采用正循环方式成孔，一清和二清采用气举反循环的泥浆循环工艺进行施工，空压机选用LG-12/10C型螺杆式空气压缩机，本空压
图1气举反循环成孔及清孔原理
Fig. 1Principle of pore-forming and hole cleaning
机制气量为12m²/min，最大压力为1.0MPa，能满足本工程要求.
3.1.4导管与混凝土储料斗的选择
导管是水下灌注的主要机具，应具有足够的强度、刚度和良好的密封性.由于本工程成孔较深，所以对导管要求较高，导管参数如下：①直径300mm、壁厚5mm、节长2.5m；②导管须平直，定长偏差不超过管长的1%，内壁光滑平整、不变形：③ 导管采用丝扣密封连接，连接偏差应符合定长偏差的要求.
3.2正循环钻孔
结合本工程实际地质情况和以往施工经验，塔楼及裙房长桩采用正循环开孔，钻进至70m后转换 工艺，采用气举反循环工艺继续钻进.待桩位复核无误、护简安装符合要求、钻机就位等准备工序完成之后开始正循环钻进.本工程采用人工造浆，此时注人泥浆相对密度≤1.5，待泥浆冲洗液循环2~3min后开动钻机，慢慢将钻头放至护筒底，在护筒 刃脚处低压慢速钻进，直至钻至护简刃脚底部以下1m后，逐步增大钻速，正常钻进.
3.3气举反循环钻孔
待钻至70m左右位置，改用气举反循环钻进，释到≤1.10，防止因沉淀过快引起该层保护壁过 此时注人泥浆相对密度由正循环的≤1.15缓慢稀薄或脱落而出现扩孔或坍孔.随着持续切削和进尺，整个循环系统中的钻渣逐渐增加，导致泥浆密度逐渐增大，这就是钻进时“自造浆”的表现.钻进速度会受到影响，严重时会出现钻杆堵塞甚至 断裂.
4气举反循环成孔控制要点
1）气举反循环成孔对钻杆的气密性要求较高，
尤其是倒风包以上部分.在钻机开钻以前必须对每套钻杆进行气密性试验，钻杆连接完毕后封堵两端，注水，注满水后向钻杆中注人压缩空气，压力达到设计要求值（设计无要求时按相关规范操作）时 停止，关闭阀门，15min后钻杆接头无轻微渗水，压力表读数不减小即为气密性符合要求.气密性不符合要求的钻杆严禁使用，否则由于钻杆漏气，钻杆内局部压力差不够，携渣泥浆上升至一定高度后出现钻渣下沉现象，达不到排渣目的，随着下沉钻清越积越多，堵塞钻杆，甚至”棚钻”，无法钻进.
2）例风包钻杆安装位置要求严格，根据力学分析和以往施工经验得出倒风包必须安装在离泥浆面55%~65%孔深长度位置，才能发挥出气举反循环的最大效果.例风包位置处理不当，可能会出现掉渣现象，大块钻渣未能被带出直接表现为排出口 废渣喷出无力，出渣量减少等.本工程钻110m深桩孔，钻至40m位置安装倒风包钻杆，例风包位置控制在40m左右，当钻至70m时，采用气举反循环工艺钻进，此时倒风包位于地下70m左右，符合气举反循环施工工艺要求.
3）由于气举反循环成孔工艺主要用于深度大、富水地层的桩孔钻进，桩孔太浅采用气举反循环钻进效果不太明显，所以大多由正循环辅助开钻，钻至一定深度后转用气举反循环成孔工艺，必然出现两种工艺交接，即有相关要点需要控制：① 正循环钻进时注人泥浆密度一般大于气举反循环钻进时注人泥浆密度，转换工艺时需缓慢稀释泥浆，降低泥浆密度，特别是两者密度差别比较大时不能立即改变注人泥浆密度，否则可能出现沉淀过快引起保护壁过薄或者脱落从面形成扩孔或者坍孔；②由于正循环泥浆携废渣从孔口溢出，浆液 对孔壁一直产生正压，有护壁作用，面反循环对浆液的抽吸作用产生负压，对孔壁的稳定性产生不良影响，越靠近孔底，影响越大.所以在正循环转气举反循环时一定得先开混浆泵，浆液面高度不下降，再开空气压缩泵，保证孔底水头压力.
4）本工程地层主要分布为粉砂及粉质黏土，为保证成孔垂直度，必须全程采用减压钻进.钻进时仔细观察进尺和排渣情况，排量少或出水含渣较多时，控制钻进速度.正常钻进施工中，在黏性土层钻进时，要控制进尺速度，每钻进一个回次 的单根钻杆要及时进行扫孔，以保证钻孔直径满足要求.在砂层钻进时，要控制泥浆性能满足护壁要求，以保证孔壁安全.泥浆性能指标如表1所示.
表1泥浆性能指标Table 1 Performance indexes ef mud
项目 泥家相对密度 正循环≤1.15 正循环18~22 度/s p值含砂率/%注人口 反循环≤1.10 反循环16-18 7-9排出口 正循环≤1.30 反循环≤1.15 正衡环20-28 反循环18-22 7-9 4
钻孔过程应分班连续进行，不得中途长时间停止.如孔内遇有障碍物，引起钻具跳动、整车、钻具偏斜时，要及时控制钻进速度，降低转速，加大泵量，来回清扫.
发现问题及时调整，以保证钻孔的垂直度.加接钻 定时检查钻机转盘的水平度及钻塔的垂直度，杆时，严格记录增加钻杆长度，确保总钻杆长度明确，避免孔深不符合设计要求.步骤为先将钻具提离孔底，待泥浆循环3-5min后，再拆卸加接钻杆.法兰圆盘的接触面需清理干净，防止因接缝处夹有 残留的污泥导致钻杆连接质量不佳，钻杆法兰的连接螺栓应拧紧.
施工过程中，要经常复核钻头尺寸，如发现其磨损超过10mm需及时进行调换和修整，确保孔径尺寸满足设计及规范要求.
提升钻头时注意操作，防止钻头拖挂孔壁，并向孔内补充适量泥浆，稳定孔内水头高度.
成孔至设计深度后，先关闭空压机，再停钻关闭泥浆泵，防止因后关空压机出现混浆液面急剧下降，水头压力不足，导致坍孔.同工程有关各方对 孔深等进行检查，确认符合要求后，方可进行下一道工序的施工，成孔、清孔、灌注混凝土采用多台设备，施工时当钻机移位后下道工序设备未及时到位前，应采取措施保护好孔口，防止人员或杂物掉落孔内.
5气举反循环清孔质量控制要点
相比于正循环清孔而言，采用气举反循环清孔工艺更为普遍.由于气举反循环冲洗液携带钻渣迅速进人过水断面较小的导管内腔，可获得比均采用气举反循环清孔，一清与成孔时工艺类似， 正循环高出数倍的上返速度.本工程一请、二清只需将钻头提离孔底，二请控制要点如下.
验，与钻杆的气密性试验类似，气密性达到要求后才可进行下一道工序.
2）导管下放深度为导管底编距离孔底淤泥面300~500mm为宜，风管下端接气水混合气，下放至与泥浆面距离为孔深55%~65%位置.
3）空压机开始送风时应先向孔内补浆，严禁未
万方数据
间下降，无法保证水头压力，进而造成珊孔.清孔过程中，实时控制补浆量，严防补浆不足.清孔完解决很多其他正循环钻进无法解决的技术难题，由毕后应先关气后断浆.
补浆时空压机送风，此误操作会导致桩孔浆液面瞬6结语
气举反循环成孔工艺具有一定的优势，它可以削，可直接由冲洗液将钻渣带出，也为后续清孔带 于其携渣能力强，在某些大块钻渣面前无需来回切来便利；气举反循环清孔工艺近几年逐渐成熟，清渣彻底，可更进一步减小孔底沉渣厚度，提高桩端承载力，清渣速度快，缩短工期，降低施工成本.
压力，当孔底沉渣较厚、块较大或沉淀板结时，可 4）送风量应由小到大，风压稍大于孔底水头适当加大送风量，并摇动导管，以便排资.
5）随着钻渣的排出，孔底沉淤厚度较小，导管应同步眼进，保持导管底与沉淤面的距离始终在合适范围.
参考文献：
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6）清孔过程中和结束时应测量泥浆指标，清孔结束时应测定孔底沉渣，沉渣厚度<100mm.二次黏度16~22s，含砂率≤4%，pH值7~9. 7）气举反循环清孔所需风压P的计算： (1) 式中：y.-泥浆重度（kN/m）; A一一气水混合气下放深度（m）： AP--供气管道压力损失，一般取 0.05~0.10MPa. TOSUN韬盛招贤纳士 应聘电话：HR，13521923426简历发送：hr@ 韬盛科技一中国模架技术开发应用领军企业 韬盛科技成立八年来，以附着式升降脚手架技术为切人点，始终专注于高层和超高层建筑模架技术的研究与应用，创新并引领全钢集成架、集成式爬模系统、集成式升降物料平台、可升降外换防护平台、超高层顶模平台系统、铝合金大模板等系列产品在全国市场的开发和应用.承接了以武汉绿地中心（606m）、广州 东塔（532m）、天津117大厦（597m）等项目为代表的一大批高层和超高层标杆工程，已成为中国模架技术开发应用领军企业.因业务发展需要，诚招各类英才： 1.副总经理1名：模架技术应用实施管理方向；2.副总经理1名：建筑施工新技术（侧重模架技术）研发方向，主管企业技术中心；3.副总经理1名：市场营销管理方向； 4.副总经理1名：采购、物流和仓储管理方向：5.副总经理1名：职业教育和培训方向：6.企业技术中心研发工程师若干名：建筑施工新技术研究，主要方向模架技术、安全防护技术、新型施工装备、装配式建筑等：7.事业部总经理助理5名：企业管理（看重现代施工企业管理）、物流管理、人力资源管理方向； 8.大区经理5名：市场营销管理方向；9.分公司经理6-8名：工程项目管理方向；10.财务部：财务经理4名（成本、核算、资金、管理方向）：大区财务经理3名；子公司财务总监3名.
