钻孔桩施工气举反循环工艺浅析.pdf

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1、文章编号：1009—9441(2015)0l一0019—03钻孔桩施工气举反循环工艺浅析口口杨超(中铁大桥局股份有限公司深圳分公司，广东深圳518002)摘要：结合山西侯禹高速公路禹门口黄河大桥桩基础施工，介绍了气举反循环工艺的工作原理，阐述了气举反循环工艺的技术要点及施工注意事项。气举反循环钻孔工艺泥浆上返速度快，携带钻渣能力强，具有钻进效率高、钻头寿命长的特点，可以解决大口径、深孔柱基础施工的难点。关键词：气举反循环；钻孔桩；深孔桩中图分类号：TU473．1文献标识码：B引言山西侯禹高速公路禹门口黄河大桥12～16号墩设计为矮

2、塔斜拉桥，每个塔墩基础由18根咖2．0m的钻孔桩组成群桩基础，桩基均为摩擦桩。13号主塔墩设计桩长80m，14号主塔墩设计桩长87m，实际最大孔深达91m，为全桥最深的钻孔桩。桥位处地层主要为第四系冲积层，由砂层、黏性土层、卵砾石组成，水文和地质条件复杂，桩基础施工难度较大。1钻孔方案选择常用的反循环有泵吸反循环和气举反循环两种。泵吸反循环是利用砂石泵运转时产生负压，将钻杆内的泥浆吸出，再通过泥浆沟流人孔内形成循环。其优点是用电功率小，在孑L深较浅的桩基础施工中排渣效率和钻进效率较高，但由于泥浆泵的吸程和流量限制，随着孔深的不断增

3、加，泥浆上返速度、携渣能力大幅度下降，在孔深>70m时，由于孔内泥浆置换能力差，造成钻头重复破碎，钻进和清孔效率低，严重时可能导致二次清孔不彻底，孔底沉渣厚度超标。因此，泵吸反循环适用于深度50m左右的大直径钻孑L桩施工。气举反循环是采用往钻杆内注入压缩空气，钻杆内的泥浆与空气充分混合后上浮形成循环，具有泥浆上返速度快、携带钻渣能力强、钻进效率高、钻头寿命长、成孔质量好等特点，尤其适合孔深和孔径均较大的桩基础施工。考虑到禹门口黄河大桥桩基础的孑L径和孔深，决定选用气举反循环钻孑L工艺。2气举反循环的工作原理及主要设备2．1气举反循

4、环的工作原理气举反循环的工作原理是通过钻杆外附着的风管，将压缩空气送入泥浆面以下一定深度，然后注人到钻杆内腔中，内腔中的压缩空气与泥浆充分混合，形成比重较小的泥浆、空气混合物，该混合物沿钻杆内腔迅速上升，直至通过钻杆顶端的出浆管排出孔外。在持续作用下，钻杆内压缩空气注入点以上的泥浆全部转换成比重较小的水气混合物，钻杆内外压力失衡，钻杆底部的泥浆携带钻渣不断被吸人钻杆，然后上升排出，流入沉淀池。沉淀后的泥浆又通过泥浆沟重新流人孔内，补充孔内水头高度。如此往复循环，达到置换泥浆、清除孔内钻渣的目的。气举反循环的工作原理如图1所示。2．

5、2主要设备该桥主墩桩基础施工采用ZSD250型反循环回转钻机，该钻机为全液压动力，最大钻径2．5m，最大钻深120m，最大提升力为100t。根据以往的施工经验，选用空压机出气量为12m3／min、最大压力为1．0MPa的电动空压机，可以满足施工要求。3气举反循环工艺的技术要点3．1压缩空气注入点的深度要求气水混合器的主要作用是将压缩空气送入孔内一定深度处的钻杆空腔内，从而在钻杆内形成水、气混合物。如果该处沉入水下深度过小，会造成钻杆内外的压力差过小，导致循环排量过小；如果沉入水下深度过大，则会增大空气压缩机的负荷，减小排气量，导致

6、钻杆内泥浆上升速度下降，循环效率降低，需要采用更大型的空压机才能满足施工要求。根据施工经验和力学计算，当混合器在0．55—0．65孔深处时效率较高，过浅或过深都会影响循环效率。建材技术与应用1／2015·19·(a)气举反循环钻孔示意图(b)气举反循环清孔不意图图1气举反循环的工作原理3．2反循环最小孔深由气举反循环原理可知，要建立泥浆循环，必须使孔底钻杆外压力大于钻杆内压力，才能将泥浆吸人钻杆。即：^孔’y泥>h混。y泥+(^孔一九混+^出)’y混(1)式中：危羽——最小孔深，m；^混——混合器至孔底距离，m；^出——钻杆顶端出

7、浆1：3至孔口距离，m；7泥，y混——分别为泥浆和混合液的比重，取y泥=1．15t／m’，7{星=0．6t／m’。设混合器至孔底距离为3．8m，钻杆顶端出浆口至孔口距离为5m，带入(1)式计算得到最小孔深为9．25m。在开孔阶段，考虑到需保证成孔质量和孔壁稳定，以及反循环的流量要求，通常在开孔阶段采用正循环钻进，待孔深到25m左右时开始使用反循环钻进。3．3压缩空气注入点位置调整随着孔深的不断增加，孔深每增加9m，压力增加0．1MPa。考虑到空压机性能的限制和工作效率，需要根据孔深和空气压缩机压力调整混合器在泥浆中的位置，以充分发

8、挥空压机性能，保证孔底钻渣能有效地排出。当压力达到0．8MPa时，应该提高混合器在孔中的高度，只要满足沉没比(混合器到孔口的距离／tL深)>0．55即可。3．4孔深与空气压力的关系相对于泵吸反循环而言，气举反循环的钻进效率随着孔深的增加而不断提高。