旋挖钻孔灌注桩沉渣产生及处理方法对比.doc

旋挖钻孔灌注桩沉渣的产生及处理方法对比荆留杰 水俊峰 张冰（北京市三一重机有限公司，北京 102206）摘要 钻孔灌注桩沉渣过厚对桩基承载力和沉降量有很大的不良影响，旋挖施工成孔也存在此类问题。本文结合旋挖施工过程，分析了桩底沉渣产生来源和控制措施，最后介绍了三种清渣方法并进行对比，论述了不同清渣方法的特点和适用范围。关键词 旋挖钻机；沉渣；处理方法Cause of residue in concrete irrigation borehole bottom and solution comparisonJing Liujie Shui Junfeng Zhang Bing ( Sany Heavy Industry Co. , Ltd., Beijing 102206, China)Abstract：Over thick residue in concrete irrigation borehole have negative impact on foundation bearing capacity and sedimentation, borehole piled by rotary drilling rig is not an exception. This article provide the contrast of three bottom cleaning methods by analyzing the rotary drilling process and the cause of over-thick residue in borehole bottom, focus on the discussion of characteristic and application of each cleaning method.Keywords：rotary drilling；residue；cleaning methods 目前，旋挖钻机施工的各类桩基已超过钻孔灌注桩总量的30%。大量旋挖成桩的质量问题也随之产生，桩底沉渣过厚即是其一。众多学者所研究沉渣厚度的不良影响有：沉渣过厚严重制约了桩端承载力的发挥，沉渣过厚增大了桩的沉降位移。两者对桩基上层建筑整体结构安全都会造成巨大不良隐患。鉴于以上问题，现行桩基施工验收规范对钻孔灌注桩孔底沉渣厚度提出了明确要求。在JGJ94-2008建筑桩基技术规范中规定端承桩沉渣厚度50mm，摩擦桩沉渣厚度100 mm。许多地方性行业规范也出台明确规定对此进行约束。然而在施工中，由于施工设备或技术等原因造成桩底沉渣问题依然严峻。本文将结合旋挖施工流程，对沉渣产生的来源和控制，沉渣处理方法和其特点进行详细论述。1沉渣产生及过程控制桩底沉渣可能产生于旋挖钻机施工的作者简介荆留杰，北京市三一重机有限公司工法所副所长，硕士，高级工程师，电话箱：多个环节中，分析认为沉渣产生大致分为三类：1.1桩孔孔壁塌落桩孔孔口表土层不稳定塌落孔内；钻孔附近有重载车辆通行压垮孔壁；提、放钻时孔内泥浆液面波动过大冲刷孔壁；未及时补充泥浆；钻具提放刮蹭孔壁；下放钢筋笼刮蹭孔壁；成孔后没有及时灌注，孔壁浸泡时间过长。控制措施：下钢护筒保护孔口；调节泥浆参数进行护壁；保持泥浆液面高度，及时补浆；钻具提放时保持对中，做到慢提、慢放、慢钻，防止钻孔倾斜；下放钢筋笼保持对中、垂直等。1.2泥浆沉淀泥浆参数不合格，护壁效果不佳；灌注前等待时间过长，泥浆发生分层沉淀；泥浆含砂率高，却没有经过沉淀或者过滤反复使用。控制措施：配置合适参数的泥浆；及时检测、更新泥浆；设置泥浆沉淀池或者泥浆分离器将泥浆中泥砂沉淀分离；缩短灌注等待时间，避免泥浆沉淀。1.3钻孔残留钻具钻底变形或者磨损过大，渣土泄漏生成沉渣；钻底结构本身限制，如钻齿布置高度、间距等原因造成渣土残留过多生成沉渣。控制措施：选用合适钻具，经常检查钻底结构；减小旋转底和固定底间隙；及时补焊保径条，更换磨损严重的边齿；合理调整钻齿布置角度、间距；增加清渣次数，减少桩底残留。施工过程中应采取适当措施避免沉渣产生。对已经产生沉渣的桩孔，宜选用合适的清渣工艺进行沉渣处理。2 清渣方式特点及对比桩底沉渣处理方法可以分为以下三类：泥浆正循环清渣、气举反循环清渣和钻具清渣。2.1泥浆正循环清渣泥浆正循环清渣是将导管放至孔底沉渣位置附近，开启泥浆泵，快速运动的泥浆对桩底沉渣进行冲刷扰动，沉渣在泥浆中泛起，被上升循环的泥浆携带排出。图1. 泥浆正循环清渣1-泥浆泵 2-泥浆池 3-沉渣 4-桩孔 5-导管Fig.1 normal circulation cleaning-out泥浆正循环清渣运行时须注意以下事项：选择合适的泥浆泵；泥浆流量过大，对孔壁冲刷大，容易塌孔，泥浆流量小，沉渣上升速度慢，清渣效果差，耗费时间长。减少管道接口，避免管道直径剧烈变化、运行方向剧烈变化，减小泥浆循环系统中的沿程阻力和局部阻力消耗。根据清渣效果适时提放、移动导管，更快扰动沉渣，快速清渣。从孔内循环排出的泥浆含有大量钻渣，二次循环前宜经过除砂或者沉淀。流量、扬程作为选择泥浆泵的依据，可根据桩孔直径大小配置功率在12KW30KW之间的3PN泥浆泵。2.2气举反循环处理工法气举反循环清渣是将高压空气送入导管中下部，与导管内泥浆混合，形成密度较小的气液混合物，在密度差、压力差的作用下向上运动，并形成持续的泥浆流，抽吸导管下部的泥浆和桩底沉渣排出。图2. 气举反循环清渣1-泥浆泵 2-泥浆池 3-沉渣 4-桩孔5-导管6-空压机 7-进气管Fig.2 air lift reverse circulation cleaning-out气举反循环清渣工艺运行时，除减少阻力、移动导管、分离泥浆中泥砂等，还须注意：选取合适的空气压缩机、设置合适的进气管长度等；气举反循环会引起桩孔底部产生抽吸负压，在不稳定地层使用须防止塌孔。气举反循环设备配置较为复杂，在进行实际工作之前必须进行一定的调试和优化，尤其是空压机选型、气管位置等参数直接影响循环清渣效率。见下图3。图3. 气举反循环工作示意图Fig.3 sketch map of air lift reverse circulation 导管底部距孔底或者沉渣距离d保持在0.20.5米。当孔底泥浆密度、粘度较大，循环启动时可先适当增大d的距离，等循环顺畅时再下放至正常距离。为防止气体冲出导管。C长度不宜小于3米；b的长度决定了气液混合段的压力差（），为保证气液混合段有较大压力差，b的长度宜在（b+c）的1/22/3范围内，同时要小于空压机最大额定压力的水柱深度。当孔深较大时，b的长度在40米左右即可产生足够大的压力差。尽量减小a的高度，减小泥浆输送距离和压力损失。多次工程实践发现：导管直径2030cm时，空压机压力0.51.0MP，进气量812m3/h较为适宜。孔深孔径较大时，空压机压力和流量都应适当增大。2.3 钻具清渣清渣钻具可在干孔钻进或者不宜泥浆循环等情况下使用。清渣钻头清渣导板宜尽量短小，便于渣土进入筒体。清渣导板高度越小，清渣效果越理想。如图4。钻具清渣施工应注意以下事项：钻进至桩孔指定深度后，使用截齿捞砂斗在不加压的情况下空转数圈，使得桩底尽量平坦，便于清渣。清渣钻具钻底结构必须依据截齿斗底形状进行对应修改，尽量减小导板和中心锥高度。钻具清渣后，立刻下笼灌注。图4. 双底清渣钻头Fig.4 double buttom cleaning-out bucket3 沉渣处理方法对比从以下3个方面进行对比分析钻具清渣、正循环清渣和气举反循环清渣三种方法特点： 3.1适用范围正循环清渣适用于静浆护壁钻进工艺中直径和深度都较小的桩孔，便于泥浆携带沉渣上返，一般桩径在1.5m以下，深度40m以内。否则需要配置超大功率泥浆循环泵才能实施。气举反循环清渣工艺适用于几乎所有静浆护壁钻进工艺施工的桩孔，为使循环有足够的压力差，一般要求桩孔深度大于10m。特别适用于大直径大桩深钻孔。钻具清渣适用于所有旋挖钻进工艺，尤其适合干孔钻进、长护筒或者全护筒钻进及泥浆循环容易引起塌孔的情况。对比而言，正循环清渣适用范围较小，气举反循环适用范围较大，钻具清渣适用范围最广。3.2 设备配置正循环清渣工艺所需设备：泥浆泵、导管等。气举反循环所需设备：空压机、泥浆泵、导管、进气管、接头等。钻具清渣必需配置与桩径适应的清渣钻头。在三种清渣工法中，气举反循环系统所需设备最多，系统结构也最复杂。由于清渣钻具价格与普通钻具相近，大直径清渣钻具价格较为昂贵，旋挖施工中应用不多，并且孔径不同时需要配置不同直径的清渣钻具，高昂的初期投资是它与泥浆循环清渣相比存在的缺点。3.3 清渣效率在三种清渣工法中，以钻具清渣效率最高，通常经过35次提放清渣即可满足灌注要求，气举反循环次之，清渣耗时往往在12小时之间，而正循环清渣效率最低，往往耗时2小时以上。然而，实际清渣时间与设备配置、工程地质特征、泥浆质量等等因素密切相关，不能一概而论。4 结语旋挖成孔过程中多个环节都可能产生桩底沉渣，在施工过程中应尽量采取正确施工设备和方法，避免沉渣大量产生，为成孔后的清渣提供良好基础。与其他成孔方式一样，旋挖设备本身并不具备清渣功能，因此成孔可选用本文介绍的三种清渣方法进行二次清孔。三种清渣方法各有特点，优劣互补，在选择和使用时应遵循“因工程制宜”、“因环境制宜”等准则，使得所选用的清渣工法满足经济、安全的要求。参考文献：1 吴立春,王伟