改良型氣舉反循環清孔工藝在超大、超深鉆孔樁基施工中的應用

摘 要：文章通過對重慶市木洞蘇家浩大橋工程P3、P4墩樁基因不良地質（夾層）導致泥漿滲漏，泥漿面低于孔口標高約14m，無法正常循漿的情況，采用改良后的氣舉反循工藝對沖擊成孔施過程中的排渣及終孔后的沉渣清理的實踐經驗。從工期、質量、經濟等角度來，顯示出了此施工工藝清孔的明顯優勢，有較強的推廣應用價值。

關鍵詞：不良地質；改良氣舉反循環；清孔工藝

引言

重慶木洞蘇家浩大橋起于茶涪路，與之平交，橫跨長江河汊，止于桃花島。主橋長535m，其中P3、P4墩位于河汊中央，基礎分別采用8根C30混凝土鉆孔灌注樁基礎，設計樁徑為Φ2500，單根樁長61.5m，橋墩樁基礎地質情況至上而下依次為淤泥粉砂、原鋼筋混凝土承臺（前施工單位施工，因質量問題，目前已報廢，現設計考慮采用樁基對橋墩進行承載）、泥巖、砂巖、泥巖。原鋼筋混凝土承臺厚度4.7m，砂巖層厚度7.2-10.5m。其天然抗壓強度和飽和抗壓強度分別為31.2Mpa和23.2Mpa，泥巖天然抗壓強度和飽和抗壓強度分別為18.9Mpa和14.6Mpa。因原施工單位撤場時，遺留鋼模板、倒塌塔吊、承臺預留鋼筋未清理，數年時間已被泥沙包裹，固結于原承臺上，且位于目前水位以下，清理難度較大，導致部分樁基鋼護筒無法插入原承臺面，其間有近1.4-2.5m粉砂夾層，在沖擊成孔過程中，因沖錘錘擊擾動，泥漿從夾層范圍內滲漏貫穿至江中，導致泥漿面與江水水位平齊，距離護筒頂約14m，無法形成循環泥漿（詳細見圖1）。經數次堵漏后均無法達到預期效果。考慮到成本及工期要求，加之樁基屬超大、超長端承樁，設計沉渣要求僅允許在5cm內，成孔后如采用正循環泥漿清孔速度較慢，且較難達到設計沉渣厚度要求。為解決這一系列難題，結合以往類似施工經驗及現場實際情況，我們采用了氣舉反循環工藝并對其進行了部分改進，經實踐，此工法不僅解決了上述問題，而且進度較快，工效較高，施工質量得到了有效保障。

1 傳統氣舉反循環清孔原理

氣舉反循環又稱壓氣反循環，其工藝原理：利用風管連接氣液混合器將空壓機產生的壓縮空氣送入導管中下部（按施工經驗一般為大于0.6倍孔深），在導管內形成氣液混合物，使導管內的泥漿密度小于導管外泥漿密度，形成內外壓力差，從而帶動孔內泥漿沿導管內腔上升，夾帶樁內沉渣帶出孔內，到達地面后泥漿和渣土沉淀，渣土留在地表，泥漿返回孔內，循環利用（工藝簡圖詳見圖2）。

2 本項目中可能導致氣舉反循環失敗的參數分析

（1）泥漿黏度：泥漿黏度的大小決定了攜帶孔底渣土能力的大小，其對氣舉的形成、清渣效果影響很大，尤其是孔深較大時。因現場實際條件限制，P3、P4墩在長江河汊正中，鋼圍堰上場地過于狹小，泥漿循環平臺搭設條件有限，抽出泥漿大部分無法回流而損失，如重新造漿，成本較高，且耽誤時間較多。為節約成本，快速補充孔內反循環清渣過程中的泥漿損失，以保證泥漿液面高度，防止塌孔，我方采用直接抽江水進入孔內以保證泥漿液面高度（此方法將逐步降低孔內泥漿密度，地質條件較差地方會造成塌孔現象，本項目地質情況較好，依據過往施工經驗，在泥漿密度大于1.05以上，均不會出現塌孔現象），此方法導致了泥漿黏度變小，攜帶渣土能力變弱；（2）參照相關文獻、施工經驗，孔內泥漿頂面到出渣管線最高處的距離h2越大，風管插入泥漿面以下深度h1越大（如圖2所示），因鋼護筒無法插至原施工承臺頂面，其間為粉細沙、淤泥夾層，導致漏漿，孔內泥漿面保持在與江水位標高平齊位置，而出渣管線最高處距泥漿面約14m（即h2=14m），h2值較高，要求風管插入泥漿面以下深度h1也必須達到一定深度，但在成樁過程中，特別在沖孔初期，成孔進尺較少時，h1值較小，可能造成。基于以上原因，經項目部研究，將原有送風管內插改為外送，導管底部削尖呈45度角，在導管底口上約250mm處開孔，風管由此接入導管內，向上送風，不僅可形成氣液混合物，利用導管內外壓力差，帶動孔內泥漿沿導管內腔上升，且可利用風壓補充外涌力量。從而彌補了上述兩條影響氣舉反循環成功的缺陷。（工藝簡圖詳見圖3）。

3 操作及注意事項

（1）利用此改良后氣舉反循環后，導管內泥漿涌出速度較快，為防止樁基坍孔及鋼護筒與原施工承臺縫隙夾層中的流沙涌入，必須及時補充泥漿或清水。

（2）向導管內送風開始后，如果出漿口未見泥漿冒出，可采取如下措施：a.加大送風壓力；b.將導管上提一定高度，并上下活動導管；c.停止送氣，向導管內供漿，在孔口返漿時再進行送氣。

（3）抽渣過程中，極易在彎頭部位造成堵塞，因此應在導管彎頭處設置活動閘閥方便處理堵管現象。

（4）清孔時間不宜過長，應根據泥漿的含渣情況及時停止（沖擊鉆進清孔時間控制在15-20min），以防負壓引起塌孔。

4 施工器具與工藝參數選擇

（1）空壓機，最大排氣量9m3/min，額定排氣壓力0.8MPa。

（2）送風管：內徑63mm高壓軟管（連接空壓機）、50mm 鋼管（鋼管需與導管固定牢靠），長度根據地面空壓機清孔覆蓋范圍和樁孔深度確定。

（3）清孔導管及接頭清孔導管采用灌注混凝土用內徑200mm鋼質導管， 長度根據地面空壓機清孔覆蓋范圍和樁孔深度確定，接頭加工應與導管匹配，

5 效果與質量評價

5.1 清孔效果

實踐證明，改良后的氣舉反循環系統能有效替代沖擊成孔過程中傳統的泥漿正循環排渣，在遇不良地質條件下（如本項目泥沙夾層）發生漏漿，導致孔內泥漿面遠低于孔口，無法進行循環泥漿循渣時，可采用此法。另外在對成孔后的沉渣清理方面，經業主委托的第三方采用了JJC-1D 型灌注樁沉渣檢測儀進行抽檢，沉渣厚度均在5cm以內，符合設計要求，效果也十分理想。依據過往施工經驗，在同類地質條件、樁徑、深度下的樁基采用正循環清孔時時間普遍在5h以上，而采用氣舉反循環清孔時，一般在60min左右沉渣厚度、泥漿指標就可達到灌注砼要求，大大縮短清孔時間，提高了清孔效率。從另一角度來看，正循環清孔時間長、泥漿密度相對要高、濃度較大，勢必造成孔內壓力大，對孔壁四周作用力也大，使孔壁泥皮變厚，降低了樁周摩阻力，也降低了單樁承載力。

5.2 經濟效益

改良后的氣舉反循環清孔工藝僅比傳統正循環工藝增加了一臺空壓機設備，設備成本增加十分有限，與針對不良地質條件下導致的漏漿情況所采取的堵漏措施相比，大大節省了費用及時間，且由于清渣速度快，每根樁能減少數小時以上清孔時間，縮短了工期，提高了勞動生產率，具有極大的市場競爭優勢。

6 結束語

改良后的氣舉反循環清孔工藝和正循環施工工藝相比，能夠在不良地質引起的漏漿條件下保證沖擊成孔繼續進行，且能有效縮短清孔時間、減少沉渣厚度，從工期、質量、經濟等角度來看，該施工工藝具有明顯優勢，但由于氣舉反循環抽渣過程中形成的負壓易造成塌孔，因此對地質條件要求較高，在巖層自穩性較差地質條件下需采取相應措施后觀察使用。

參考文獻

[1]史佩棟.實用樁基工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社.

[2]史佩棟.樁基工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3]張軍旗.鉆孔灌注樁氣舉反循環二次清孔工藝研究與應用[M].施工技術出版社，2010，39.

作者簡介：廖翔（1981，12-），重慶，漢，本科，重慶長江中誠建筑有限公司。