钻孔灌注桩气举反循环法施工质量控制探究

钻孔灌注桩气举反循环法施工质量控制探究

肖鹏

中交二航局南方工程有限公司广东省广州市511400

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。

2.3气举反循环清孔工艺技术参数的计算

在采用气举反循环法进行钻孔灌注桩施工中，在进行具体的施工工艺方案的制定过程中，首先要根据施工条件和施工要求进行风压、风量和混合器安放深度等技术参数的计算和确定。而且在确定了风压和风量之后，进行配套空压机的型号的选择。根据气举反循环法进行清孔施工的相关技术资料可知：空压机的风压的计算公式如公式2.1所示：

（2.1）

式中，即为所要计算的空压机的压力，单位为MPa；为气浆混合器的最佳安装深度，通常按孔深的0.6倍进行选取，单位为m；为泥浆密度，通常选为1.15～1.18，单位为g/cm3；为供气管道的压力损失，通常选取数值为0.05～0.10，单位为MPa。所以在通过上式进行计算之后，不仅可以根据压力进行空压机的选择，而且可以进行气浆混合器最佳安装深度的确定和校核。

在根据风压进行空压机的选择和确定之后，需要根据导管内混合浆液的上返速度和导管的内径大小来进行空压机风量的计算和确定，计算公式如公式2.2所示。

（2.2）

式中，即为所要计算的空压机的风量，单位为m3/min；为经验系数，通常选取为2.0～2.4；为导管内直径，单位为m；为导管内混合浆液的上返速度，通常选取为泥浆排渣效果最佳时的浆液上返速度，为1.5～2.0，单位为m/s。在现场的气举反循环清孔施工过程中，如果所选用的空压机无法满足清孔要求，为了提高现场的排渣效果，需要在导管内增加一根排渣管，而且其安装深度应与气浆混合器的安装深度相同，直径参数则需要根据现场的实际情况进行选取，采取了以上措施之后则可以在施工现场选取参数较小的空压机则可以满足现场的清孔要求。

3成孔质量控制分析

3.1对钻杆密闭性的控制

由于气举反循环法对气压有着较高的要求，所以对钻杆的密闭性的要求也较高，所以在采用此方法进行钻孔或清孔之前，首先应对钻杆的密闭性进行检查和测试，确保钻杆连接以及封堵处不发生漏水问题，而且保证钻杆的承压能力达到规范的设计值。具体的方法为将钻杆的两端进行封堵，并在钻杆内注水然后进行压缩空气的注入，首先观察测试所用压力计显示的数值是否与规范设计值相符，然后停止压缩空气的注入，并静置15min进行漏水问题的检查，如果没有发生漏水现象，而且压力计的数值显示没有发生变化采说明测试合格，否则说明钻杆的气密性和密闭性不符合设计要求。

3.2对倒风包钻杆安装位置的控制

在采用气举反循环法进行钻孔灌注桩施工中，根据实际的工作经验以及相关的计算可知，倒风包钻杆应该安装在距离底部泥浆面以上35%～45%孔深的位置，将其安装在此位置才能保证气举反循环法施工具有最佳的施工效率。如果倒风包钻杆超出上述范围之内，则会在钻孔的过程中出现掉渣的问题，因此会导致钻孔底部块体较大的泥浆无法被排出孔外，所以导致出浆量不会降低，因此大大降低施工速度和施工效率。

3.3钻孔施工过程的控制

在钻孔施工过程中，应尽量确保非紧急情况下的连续施工，而如果在钻孔过程中出现障碍物而影响钻进时，则需要降低钻进速度、增大空气压缩泵的压力，在孔底清理完成之后继续进行钻孔施工。此外，在钻进程中还应对钻机转盘的水平度和钻杆的垂直度进行检查。在钻杆长度增加的过程中，应先停止钻进并在泥浆循环3～5min之后再进行拆装，并在安装完成之后将钻杆法兰圆盘周边的泥浆清理干净。在钻井过程中应随时检查和记录钻孔深度，确保其符合设计要求。

4清孔质量控制要点

在使用气举反循环法进行清孔作业时，通常按照一清和二清两个步骤进行，而且在二清施工中也应注意对导管气密性的检查，并确保清排导管下放深度应位于孔底泥浆面以上300～500mm的距离，倒风包安装在孔深的55%～65%的位置处，且保证下端与导管上端连接。在清排作业时，需要在完成孔内补浆作业后进行送风施工，并在清孔完成后按照管壁空气压缩泵再断浆的操作顺序。在送风作业中，应控制风速逐渐增大至设计值，且控制风压在略高于孔底水头压力值的范围内，并根据孔底内沉渣含量的大小进行风速的调节，确保破渣和排渣的效果。

5结语

在钻孔灌注桩施工中采用气举反循环法具有施工速度快、效率高且成本低的优点，基于气举反循环法的基本原理以及气举反循环清孔工艺技术参数的计算方法，需要在成孔作业中对钻杆密闭性、倒风包钻杆安装位置、以及钻孔的施工过程进行相应的质量控制，并在清孔作业中对二清施工顺序，以及清排和送风作业中相应的控制要点进行质量控制，确保钻孔灌注桩气举反循环法的施工质量。

参考文献：

[1]曹准，张青华.旋挖成孔灌注桩气举反循环清孔施工技术[J].建筑知识，2017（12）.

[2]郑传兵.气举反循环法在特殊地质桩基施工中的应用[J].建筑施工，2017，39（6）：768-770.