氣壓二次清孔裝置在鉆孔灌注樁中的應用研究

中國核工業(yè)第五建設有限公司 上海金山 201512

橋梁工程是造福一方、百年大計工程，橋梁樁基施工質量好壞直接影響到橋梁運營安全及使用壽命，樁基在橋梁分部工程中為下部構造，其承載上部靜載和動載。為保證鉆孔灌注樁二次清孔質量，避免因清孔不徹底而影響樁基端承力，提高清孔效率，減少成本投入，縮短二次清孔工期，故將樁基氣壓二次清孔裝置在鉆孔灌注樁中的應用進行研究。

1 研究的必要性

目前旋挖鉆孔灌注樁主要采用二次旋挖打撈清孔、泥漿置換清孔和高壓水泵抽水等方法。當樁基成孔安裝好鋼筋籠后，出現孔底塌孔、沉渣、石渣、淤泥等情況，灌注樁底部需二次清孔。采用傳統(tǒng)的方法，需要建造沉漿池，設備投入大、能耗和施工占用面積都較大，其施工周期長、沉渣清除效果差等缺點。當樁基出現嚴重塌孔后，鋼筋無法吊離，按現有方法需回填重新鉆孔，這將造成一定的經濟損失，不利于成本控制。

2 對提高清孔效率和清孔質量進行分階段研究

2.1 確定研究目標

根據樁基氣壓二次清孔特點，研制出一套容易組裝，操作簡單，且安全有效的清孔裝置，能有效提高和改善二次清孔效果、保證樁基澆筑質量，并可在公司范圍內各項目推廣應用。主要研究項目如下：1、動力裝置2、排渣裝置3、補水裝置4、吊裝裝置。

2.2 按研究計劃開展工作

首先根據原理對裝置進行研究：氣壓二次清孔裝置主要由動力裝置、排渣裝置、補水裝置、吊裝裝置等四大件組成。（詳見圖1）

圖1 氣壓清孔裝置效果圖

動力裝置：由空壓機（S-4/5m3/min）與橡膠風管（DN25）和排渣管道連接組合而成。清孔時，打開空壓機，產生的壓縮空氣會通過風管輸送到排渣管道底段，這樣排渣管道內形成了負壓，使沉渣不斷排出。

排渣裝置：主要由鍍鋅鋼管直徑16cm（管節(jié)4m/節(jié)、調整管節(jié)1.5m/節(jié)）通過法蘭連接組合而成。其中，在底部一節(jié)管節(jié)（至泥漿面距離與孔深之比的0.55-0.65來確定）處焊接2.5cm鍍鋅鋼管用于連接橡膠風管。每節(jié)管道均焊接2-3個吊裝孔方便吊裝。作用是作為導管排出孔底的沉渣、石渣、淤泥等沉淀物。

補水裝置：主要是潛水泵一臺向孔內注水，保持孔內水壓不變，防止孔內塌孔。

吊裝裝置：主要由25T吊車1臺、6米長鋼絲繩1根、管道卡口1套組成。吊車主要是起吊安裝和拆除排渣管道，清理沉渣不斷攪動，利于快速清理。管道卡口主要是安裝和拆除卡住管道。

2.3 氣壓清孔裝置工作原理

氣壓清孔是利用空壓機壓縮空氣通過安裝在導管外的風管送至導管內底段，持續(xù)通入壓縮空氣,形成比導管安放位置以下密度小的沉渣和氣體形成混合物，在導管底部內形成負壓，混合物（由高壓氣體、沉渣、石渣、淤泥等組成）因其比重小而上升，下面的沉渣、泥漿等在負壓作用下不斷上升，并在氣壓的聯合作用下不斷補漿，上升的混合物沉渣與氣體形成氣漿混合物后繼續(xù)上升。因為導管的內斷面積小于導管外壁與樁壁間的斷面積，因此導管內外出現壓強差,并形成了流速、流量極大的循環(huán)及流動，攜帶沉渣、淤泥從導管內反出，排出導管以外[1]。

2.4 氣壓清孔裝置安裝過程

安裝直徑16cm排渣管道每4米一節(jié)，接頭采用法蘭連接，并在管道上焊接吊裝孔，便于吊車吊裝。最上部為1.5m調整管節(jié)，彎頭處采用焊接或法蘭連接處理。導管下放深度以出漿管底距沉淤面300-400mm為宜，風管下放深度一般以氣漿混合器至泥漿面距離與孔深之比的0.55-0.65來確定。以本工程40m孔深為例，風管下放深度應為22m-26m。

為了保證導管暢通循環(huán)的順利進行，導管與風管應逐漸放入孔底，不能一次性直接放到孔底。

通過吊車將組合好的排渣管道下放至距沉渣面30-40cm為宜，風管下放深度為22-26m。

3 應用效果檢查

3.1 經濟效益

通過利用該裝置進行鉆孔灌注樁的二次清孔，相比傳統(tǒng)的清孔方法每根樁基（以直徑2.2m,樁長40m為例）可減少成樁時間約3小時。在張家界繞城公路（張桑高速聯絡線）A合同段工程項目澧水二橋鉆孔灌注樁施工時，其成樁總時間減少了144小時，折合縮短工期6天。

鉆孔灌注樁樁基采用氣壓二次清孔施工，其能耗為傳統(tǒng)模式清孔能耗的1/20。澧水二橋采用氣壓二次清孔裝置施工時，單根樁節(jié)約能耗約為95KW.h，澧水二橋共有48根樁，計算可得澧水橋可節(jié)約能耗約為4560KW.h。

本工藝取消了沉漿池，在減少場地使用面積的基礎上，減少泥漿排放量、減少環(huán)境污染、降低施工清運處理成本。

3.2 社會效益

該裝置具有廣泛的通用性和經濟性，能夠使樁基二次清孔技術達到較高水平，具有良好的社會效益和推廣應用價值。通過本課題的研究和應用，在公司類似施工項目推廣使用，不但能夠提高樁基質量、縮短工期，且能展現公司技術實力，提升公司形象。

該二次氣壓清孔裝置具有較好的推廣應用前景，填補了我國在房屋樁基及橋梁樁基中用于提高清孔質量，提高作業(yè)效率的空白，特別在公司大力發(fā)展創(chuàng)新技術的大背景下，為公司積累了寶貴的經驗，同時也為其它項目樁基施工二次清孔提供了借鑒，研究意義深遠。