气举反循环清孔.doc

20世纪 90年代引进推广的新技术,主要应用于成孔钻进和桩基清孔。清孔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,得到了很快的推广和应用。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和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 h 1,从孔内泥浆顶面到导管内泥浆顶面高度差为 h 2,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*h 1-ρn(h 1+h 2)=(ρw-ρn)h 1-ρn*h 2……①正是这个压力差,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: 图1 气举反循环清孔示意图 P=ρn*h 1/102 +Ps……②式中:Ps供气管道压力损失,一般取 ~ 。由①式可以看出,管外泥浆密度ρw和h 1、h 2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和压力是影响气举反循环排渣能力的重要参数;h 1越大,h 2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 h 1减小 h 2;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。由②式可以看出,空压机的选择应有 P确定,主要受 h 1和ρn控制。当孔较深,泥浆比重较大时所需的压力较大。因此要根据工程的实际桩长计算 P确定空压机型号;尽最大的可能减小 Ps,应经常检查风管是否漏气,接头处是否严密使压力损失减到最小。三. 气举反循环施工工艺 施工设备表1 气举反循环清孔主要设备设备名称型号备注吊车