氣舉反循環二次清孔工藝應用研究

付磊　陳璐

摘 要：通過武漢地區某工程實例，對氣舉反循環二次清孔與常規二次清孔的對比試驗，得出了氣舉二次清孔技術的可行性，而且更經濟，效果更理想。

關鍵詞：氣舉反循環；二次清孔；樁基礎；應用

1 國內行業現狀

在現階段樁基規范及設計文件中，高層建筑采用的嵌巖樁通常明確要求沉渣厚度小于5cm，從提鉆到灌注砼，對于較深的工程樁來說通常需要1個小時，在這個過程中，泥漿由于較長的靜置時間，在樁底部沉渣會沉淀，下放鋼筋籠的過程中鋼筋掛落樁孔泥塊，都會造成樁底沉渣厚度可能會超過規范及設計要求，如果不采取有效措施就灌注，極容易引發各種質量事故。因此，需要在灌注前進行二次清孔，保證清空后的孔底沉渣量達到設計要求，確保工程質量。

2 傳統工藝二次清孔弊端

清孔是利用流動的泥漿動能卷起樁身底部的固體沉渣，帶動固體沉渣上升，隨著泥漿的向上方循環流動，其中夾帶的固體沉渣隨著泥漿被帶出樁孔，從而將沉渣清理干凈。

傳統二次清孔工藝是采用正循環清孔，過程是向導管注入泥漿夾帶孔底沉渣后進入到導管與孔壁之間的空間向上流出，來達到孔底沉渣清理的效果。通俗地講，正循環清孔工藝是沉渣從導管外排出的清孔方法。如果泥漿泵的功率不足，將出現較大體積的沉渣懸浮固定在一定高度的情況；如果想將這些大的沉渣排出到樁孔以外，方法一是加大泥漿的流度，其次是調大泥漿的粘度，現實情況是，因為泥漿泵排量有一定的限制，不可能答到提高泥漿的循環速度，而過大的泥漿比重也將增加抽排難度。此外因為靠近樁底外側處泥漿比樁中心部位的流速要慢，也會導致泥漿中砂的不均勻，從而不能將泥漿中的大塊沉渣完全排到樁孔以外去。而反循環清孔的方式就將沉渣從導管內抽排出來的方法，也是由于泥漿泵功率的上線，造成泥漿吸力有限，對于較長的樁身的清除沉渣中較大沉淀物的效果較差。

3 氣舉反循環清孔原理

氣舉反循環二次清孔的過程是通過空壓機產生的壓縮空氣，通過風管沿著導管送至底部，泥漿受到高壓氣流的沖擊，在導管底部混合成為一種漿氣混合物，該漿氣混合物因比重小于泥漿而向上流動，從而在導管內底端形成負壓，樁身底部的沉渣隨著負壓強的作用也上升，隨著兩者混合的聯合作用，底部孔外的泥漿不斷補充進入導管內部，導管底部新進入的泥漿與高壓氣體形成漿氣混合物后繼續流動上升，因為導管的內圓周面積與導管外壁與樁壁間的環形面積差較大，從而形成了一股向上流速和流量極大的泥漿動能，從導管頂部攜帶沉渣排出導管以外。

4 項目簡介及試驗方案

武漢TCL康城房地產有限公司擬在洪山區武豐村興建武漢TCL康城綠洲項目，本項目包括8棟11層住宅樓、1棟24層住宅樓、2棟27層公寓式辦公樓、5棟29層住宅樓、2棟32層住宅樓、會所、商鋪、集中商業及幼兒園等。據勘察深度內揭露，場區內覆蓋層為一套達30-40米的第四系全新統沖積地層，具有典型的二元結構，下臥基巖為志留系泥質粉砂巖或泥巖地層，本工程基礎采用泥漿護壁鉆孔灌注樁后壓漿施工工藝，混凝土強度級C45，工程樁壓漿方式為樁端、側壓漿。

為進行本次科研項目成果對比及分析，選取TCL康城綠洲A地塊共計4根試樁進行對比試驗，對4根鉆孔灌注樁工程采用反循環成孔施工，其中2根（1#、4#試樁）采用傳統正循環清孔，另外2根（2#、3#試樁）采用氣舉反循環二次清孔的施工方案，通過實際孔底沉渣厚度與清孔時間的對比及試樁靜載實驗結果來分析氣舉反循環清孔工藝的特點及優勢。

5 氣舉反循環二次清孔試驗操作方法

①樁孔鉆進到設計深度后，利用常規正循環泥漿泵進行第一次清孔。一清完畢后，即提起鉆桿下放安裝鋼筋籠及導管。②在導管頂部安裝一個三通接頭，連接好氣液混合器與風管，并檢查混合器與風管的連接密封情況，打開三通接頭將氣液混合器下放入導管底部。風管之間采用接箍連接，在連接過程中絲扣應擰緊，在漿液混合器下入導管時要注意防止風管掉入到導管內部。③在異徑三通接頭的另一端連接排渣管口，排渣管的出口要設置在泥漿沉淀池旁邊。開始氣舉反循環后，孔內泥漿快速排出，通過固定排渣管口后可使泥漿穩定排入到泥漿沉淀池。④開啟孔口泥漿循環系統，保證泥漿池與孔口的倒流能順暢地補給。⑤啟動空壓機前將導管提至樁底0.5-1m處，在檢查空壓機和整套風管連接系統安全無誤之后，啟動空壓機送出高壓空氣。高壓空氣隨風管被送至導管底部，通過氣液混合器在導管內行程漿氣混合液。進而攜帶沉渣向導管頂部快速上流，排入泥漿沉淀池。⑥在二次清孔的操作過程中通過調節高壓空氣的流入量來改變排漿量的大小。⑦在二次清孔操作過程中，還要注意需不停地調整導管底與樁底的距離，勻速地上下左右移動導管，使整個樁身孔底沉渣都能清除干凈。⑧最后通過鑒別排渣孔口排出的泥漿滿足設計要求后，關閉空壓機，再次測量孔底沉渣厚度。若在設計規范要求范圍內，拆除整套氣管，進入樁身混凝土灌注工序。如沉渣厚度達不到設計要求，應繼續二次清孔工序，直至合格為止。

6 試樁檢測結果

試樁清孔時間及實際孔底沉渣清理及后期靜載檢測沉降量見表1：

由表1可知，在相同施工條件下的4根試樁，對樁身承載力影響最大的沉渣清理效果直接反映到最終試樁的樁身沉降量上面來，2#、3#兩根采用氣舉反循環清孔的試樁，極限承載力均大于設計承載力的2.4倍，且沉降量均未超過20mm，相比較下來1#、4#試樁極限承載力，均達到設計承載力的2倍，滿足設計要求，但未達到設計特征值的2.4倍，且在最終沉降量的控制上比采用氣舉反循環清孔的試樁有一定的差距。

7 氣舉反循環二次清孔工藝效益分析

7.1 質量安全 灌注混凝土是保證成樁質量的關鍵工序，“斷樁”、“夾泥”、“堵管”等常見的灌注質量事故都與孔內混凝土上部壓力過大有一定關系。正循環或常規反循環為了有效地排渣，選用的泥漿（泥漿）密度高、濃度大，則勢必造成孔內上部壓力大，這樣混凝土導管排出的阻力增大，澆注困難；另外，正循環鉆孔過程中因泥漿濃度高、密度大所形成的孔底沉渣，很難從孔中完全清除，所以其中一部分在澆注過程中卷入泥漿中更加大混凝土抬升的阻力，這種阻力在灌注臨近結束時更加明顯（可以觀察此時孔內排出的泥漿密度、濃度明顯加大，流淌緩慢，偶爾有大塊的絮狀泥塊出現），若處理不當，很容易使臨近樁頂10m左右混凝土質量差、強度低，而樁頭上部又是樁受力的關鍵位置。故氣舉反循環二次清孔技術的運用使鉆渣清理較為徹底，因此灌注較為順暢，樁頂沉渣少，樁身混凝土質量明顯提高。

7.2 工期效率 氣舉反循環法二次清孔技術大大縮短了深樁的清孔時間，提高了成孔效率。通常，對于50m深樁而言，采用正循環或常規反循環法進行二次清孔，要達到沉渣厚度小于5cm的要求，大約需要半小時的時間，而采用氣舉反循環法進行二次清孔，一般只要5-10分鐘就可以達到澆注狀態，提高混凝土灌注效率。

7.3 經濟效益 氣舉反循環法二次清孔技術大幅提高了工效，節約了成樁時間，同時較好的清孔質量，保證了樁身質量，避免后期因樁基承載力不合格導致的處理費用，同時采用氣舉反循環二次清孔工藝后，降低了泥漿施工清運處理成本，根據目前常規經驗，泥漿排運費約占工程成本10%，每根樁排漿過程中減少1小時的處理時間，氣舉反循環法清孔渣分離十分徹底，泥漿排放成本相比常規清孔工藝明顯減少。

7.4 環境影響 環境影響方面采用氣舉反循環二次清孔清渣速度快，泥漿排放量減少，減少環境污染，有利于樁基現場的文明施工標準的提升。

綜上所述，氣舉反循環二次清孔本身所具有的特點，給提高成孔效率、成樁質量和綜合經濟效益等方面帶來一系列的好處。

8 結論

總體來說，從質量效益、工效、經濟環保、環境等多角度分析，氣舉反循環二次清孔施工工藝在鉆孔灌注樁施工中值得推廣，尤其是樁基持力層要求進入基巖，且樁徑大小為Φ600-Φ1000mm鉆孔灌注樁施工中的效果是傳統清孔工藝無法達到的。通過本次科研的TCL康城綠洲A地塊的試樁對比試驗，氣舉反循環二次清孔具有施工工藝易操作，投入小等特點，為整個樁基施工過程帶來了巨大的經濟效益及質量保證。同時在試驗過程中形成了初步的操作工藝及注意事項，為日后進一步研究試驗及在工程中的推廣應用打下了良好的基礎。