浅谈气举反循环钻孔施工工艺

PAGEPAGE6浅谈气举反循环钻孔施工工艺[提要]介绍了气举反循环钻孔技术的原理及其特点，并根据xx特大桥施工实践,总结出了特定地质条件下，气举反循环钻孔施工的技术要点和参数。[关键词]深长桩钻孔技术气举反循环技术要点参数1工程概况xx特大桥位于宁波绕城公路跨越xx处，是连接镇海区和北仑区的重要桥梁，是宁波绕城公路东段的重要组成部分，主桥为双菱形双塔四索面钢箱梁斜拉桥，双菱形连体主塔高度（承台以上）为146.569m，主跨468m,主桥跨径组成为61+134+468+134+61m。索塔承台为73.6×33×6m的矩形整体式钢筋混凝土结构，承台下设有78根Φ2.2m的钻孔灌注桩，顺桥向6根，横桥向13根。钻孔深度119m，钻孔深度自原地面算起约122m,按设计要求入微风化岩深度不小于5m。2桥址区域的工程地质概况主桥基础均位于江堤两侧，属陆上桩，桩基距离江堤最短距离为20m左右，桥址区位于湖藻积、冲海积平原，区域地势平坦表层由灰黄色、灰褐色亚粘土构成的硬地壳，厚0.3～2.6m,软塑~硬塑,工程地质较差，水域部位缺失。其下分布厚层海积淤泥质土，流塑状，厚度14～28m。中部分布冲湖积亚砂土、粉砂层、含砾砂亚粘土层。底部揭露基岩,岩性为粉砂质泥岩、凝灰质粉砂岩等。基岩埋深一般为93.0～111.3m，工程地质良好，可作为持力层。3气举反循环的钻进原理气举反循环的作用原理是采用双壁管或钻杆侧壁上安装的风管。将压缩空气从供气管路送入孔内气水混合室,使钻杆内的冲洗液成为充气状态,在内外管环隙和内管形成液柱压差。高速气流与充气气泡群从孔内上升,产生动能,动能与压差产生气举反循环,排出岩屑、岩粉。4气举反循环的钻进特点其相对于正循环比具有如下特点：4.1成井周期短，相对消耗少，经济收益高。4.2钻孔保直好。尤其以及气举反循环牙轮钻进工艺的，“孔底加压，悬垂钻进”特点，使钻孔的垂直度较高。4.3技术含量高。这两项钻进工艺是靠精良的专用装备和精湛的操作技术作后盾。真正体现了当今市场竞争中以技术、人才、装备为竞争主体的客观规律。4.4摊销费用低。由于成井周期短，一些与时间成正比的消耗按比例摊消较少：比如，人员工资、油料消耗、电费消耗等。另外，由于成孔质量高，一些重复作业大幅度减少，比如常规工艺所成的钻孔，在下管前要进行多次修孔、验孔。从而减少了许多辅助作业而带来的消耗。4.5钻洗结合妙。在含水层钻进时能达到边钻进边洗井的目的。因其携带岩屑的流动方向与正循环相反，而且钻杆中的上返流速要远远大于外环流速，孔底十分干净，几乎不存在二次破碎现象，破碎下来的形状各异、大小不等的岩屑在第一时间就能被抽吸清除掉，对牙轮钻头轴承损害极小。另外，由于能在孔底形成抽吸负压，在有效携带新岩屑的同时，还能将原岩层裂隙中部分残留堵塞碎屑一同清除掉。4.6施工用水少。这两项工艺是以取之不尽，用之不竭的空气作为循环介质。在施工中，几乎无需生产用水，如果孔壁稳定不坍塌,可以直接利用地下水作为冲洗液。因此可以不必配置或简化泥浆系统,也简化了操作。4.7气举反循环配备的空压机，其动力系列柴油机。与当前我们所使用的钻机、泥浆泵配用的动力机相同，其零配件互换性强，现场的机组人员均能自行维护保养，无需专设维管人员。溪4.8镇纺气举反循环钻寺进工艺破岩效亚率高，孔底干解净，钻头寿命证长，沾肆则提钻间隔可差大大延长，不浙仅提高纯钻时朋间，还可降低就工人劳动强度测，减少辅助工慌作。县4.9狱渗气举反循环钻品进工艺岩屑上鹿返速度极快，粘分选混合不严锅重，迟到时间遍可忽略，可根珠据粗大的岩屑浅层序，准确地优进行地质判层塘，代替岩芯编眼录。这是无岩井芯钻进技术的凑发展方向。偏4.10匆开气举反循环钻被进时羊,闲岩屑从钻杆内拢上返到地面上窃来漏，侄它不和井壁发留生接触牲，亭因此吹，丈岩屑不会渗入秃含水层羞，家能保持地下含蒜水层的孔隙率自，智从而保护了地季下地层和地面阁环境。腐4.11慕部在浅孔时供气贿压力不易建立盛，钻杆内水流塔上升速度低，叹排渣能力差，坚如果孔的深度立小于吃7驴米蛋，则吸升是无刮效的；孔深增丹大后，只要相煎应地增加供气汁量和供气压力斤，就能获得理榴想的上升速度烦。孔深超过乡50m萄后，即能保持犹相对较高而稳舟定的钻进效率乡。致4怕．弄12付铅而对于深长桩舱而言，气举反懂循环相对泵吸格式和喷射式反籍循环在头雁5烟0降米抖范围内，其效强率不及后两者泰但超过收5衬0孙米零范围后其优势战则明显增加。杆5充大钻进方式的选框择习综合以上因素干根据本工程的骤特点，采用正逆循环钻进和反狂循环钻进相结法合的方式进行发钻进，即先都用慕GPS-3概0惑型正循环钻机酷钻进粪30m吩(骨到达细砂层牵时绩)糠位置，钻头采旗用单腰带四翼屿刮刀钻，钻头第直厦径处2纠.恳1读9马。然后再开始晚改用气举反循石环方式钻进，双钻头采用双腰窑带四翼式刮刀扁钻，钻头直照径呢2.1原9传。当进入风化眨岩层时，再提淘出钻杆换成滚围刀钻头进行钻淘进，钻头直径泳2.17m洽。在群桩基础历中，只要合理颜安排施工顺序彻，只需配备一臭台正循环钻机子变可以带动多困台反循环钻机颜的施工据，砍本工程气举反齿循环钻机采担用芦6放台乘ZJD-30休0厘型角和亮2岁台姜ZJD-35训0凳型，相关机械普主要技术参数匀指标见表恨1隔、保表茶2肉、扭表或3财。征孕郊秀莫凳决爷时碌吸醋钻机主要性能肾参数苍表伸秘单党揉味表手1郑钻机型号蛋GD-350板0探ZJD-30镜00/210运投入数量斩共兽2诚台椅共魂6票台腥最大钻孔口径闯（朗m候）秆≥被3.5哈≥院3.0点最大钻孔深度渣（站m疮）老150钉150堆输出扭矩缓（航kN·团m械）熔≥楼240载≥赴210桌最大提升能数力运(泼kN)乎1500便1500猪最大钻速植（撤rp历m低）磁18缎21绪钻杆内径（外辉径恼×暴壁厚）货（延m粥m度）律377×24沉377×22肠配哀重驻(塌kN)隔不小繁于弓300俘K对N煮不小描于裁300令K刘N私整机尺寸穗（栏m搂）据4.98×6毁.15×7.积30疏4.12×3杯.98×7.变30胳循环方式葵气举反循环著气举反循环笔破俘因腰泥浆净化器性颈能指蝶标浇枣展口霞秀程伶表奥2涛名郊墙忍称币型嗽缝鹅号量处理能力遮（炮m曲3报/挨h伪）向分率程度液（谋μ断m辞）险总功率（竿K唤W周）树经处理后泥浆哨含砂率俱（吃%染）筐重量析（站k展g犯）累泥浆净化器甚ZX-旧200炸200酬≥弟74颈48氧≤猪1键4000维泥浆净化器史ZX-民250瞒250顿≥狡7痰4仔48笑≤筹1尿4000共尖饱芽摸空压机主要性昂能参数表狐任量继表提3犯眯设备型号怪技术参数粥佳力士沉电机转容速孕r/min押2975桐冷冻风机巧2200×2袋接口管程径桥(叠mm)扭76.2锤总功率点（坏k经w敏）泄132辈重量称（蹲t宵）弦2.55盾排气蔬量唱m袖3示/min恭20随外形尺寸狠230×16偏0×200耀6病毅钻孔技术要点界及相关技术参夫数顿6.1携逮泥浆的性能指弱标食应根据工程地验质情况、钻机茂性能、泥浆材擦料条件等合理穿配置泥浆。弓帐本工程泥浆采燥用清水、膨润售土和纯碱配置毫聚丙烯酰胺锤(青PHP)控（所用外掺剂苍的掺量根据泥平浆性能进行动非态调整控过制况)被。设计泥浆密逃度为渴1.10g恢/cm截3催左衬右美,并粘度律在本23额～贪28工s置之进间档,顾加碱量为膨润膏土量和的敬5傲%新。钻进过程油中荒,典泥浆密度控制鼠在善1.10蔑～屿1趣.25g股/cm笑3阶,芹使泥浆具有一债定的液柱压乓力亮,泡以达到平衡孔垒壁外围地层压望力汁,掉稳定孔曲壁底,杂满足反循环施仙工工艺的要超求劣,晌粘度控制质在马20旋～渔25s趴,廉以满足钻进护考壁和二次清孔鞭的要斗求抽;P挑H迁值维持翁在碎8递～轻9毕左映右喜,开使泥浆处于碱毯性状稿态称,谅提高粘土的分皮散度。反循环告泥浆性能指标累见表尸4净。拢泥浆性能指益标答把旋横端傲爹乖拦表碗4丈地层情况诸相对密度唉粘度徐(怜Pa·s)挽含砂率挎%曲胶体率窃%镜失水率局mL/庆30mi钓泥皮厚冲mm/30m猛in占静切力受Pa徐酸碱度寸PH运一般地层喘1.02唯～离1.06紧16菜～斗20造≤徐4统≥浆95痛≤择20巡≤仗3道1文～均2.5妖8强～跑10毅易坍地层疲1.06茧～饼1.10爽18巩～秩28测≤熄4寺≥鄙95谋≤踢20鄙≤狱3屋1榆～补2.5醉8五～船10粪卵石土兼1.10糕～狠1.15件20技～肯35圾≤狡4格≥足95戚≤葱20地≤里3赵1仰～体2.5职8滔～栽10沸6.2兔颜泥浆循环系统赴的设置考应根据气举反耗循环钻孔技术闻特点和工艺要味求疯,框完善泥浆循环连系皇统屿,股保证供浆。本都工程泥浆循环暮系统见图挥。露抹6.3吼申钻进中所需空串气压力控制参消数集在钻进过程中欠，铸应根据钻进进盐尺及时倒换风影包晶，楼如过低则空压饼机所提供压力戏达不到钟，沸过高则压力小竿，保证钻进所使需压力，无法雁实现孔底排浆久。因空压机的吨额定压力领为段0.8MPa辣，师而钻孔深度为客122m汉，称在钻进过程中拴每进尺遇10m另需改0.1MP述a毙的压力栋，云故在钻进中要蛛换攻2嗽次风包凭。眠现场使用的钻肿机采袍用挺“垂接力式风坚包宽”芽的方法，无须他提出钻杆进舅行昼“弹倒风见包略”俱，节省了施工萌时间，接力式纵风包的方法是虎加重杆后接风粘包杆，用单风岸道送气，再间军隔烛21m安钻杆，再加一两节风包杆，此废时改用第二通华道送气，即从汁25m负至姐65莫m识换一次风包，反钻至朴106m猴左右时改用钻悠头，提钻重新碍下钻杆宗，重新锄加灿一次锦风包杆。群,社每次风包的起住始位置控制在恋距孔口互30m咳处砍，赵保证沉没比控博制愁在唉40印%伯时发挥最好作勿用奸。汽6.3险差排渣能力的控城制畏应准确把握泥申浆循环量与排乱渣能力的关系津，周根据施工平台假的高程、施工既水位、钻机钻索盘顶的高程配，迈计算出提升察1m撤3经泥浆需要的压处气台量考(蚂按终孔深度挡计谋)展。经过多次验盗证秆，专推导出计算公李式半q°=d没h耗η离log[(d劫H+h)/h协]/食23清Q=90虚0文π剖D壳p秒·2V违p金/(1+q°俱)净Q目风千=Qq°懂/60议式中邮覆q显°射为提升桂1m是3疗泥浆需要的压述气忘量混,m粗3素/m马3崭；连d昨为泥浆相对密攀度杀；帖h逗为护筒内泥浆劳面到排浆口的怪高度（即扬鼓程慌)降，灵m膀；毒H乱为护筒内泥浆塔面到气室的高据度崭(奸即吸疾程精)床，游m请；帽η联为压气提升有筒效系童数膏,诚由扬只程问h作和吸黑程坟H淹决定腊，斤即吸入系梯数饺α深=H/(H+妄h)肝，纯α灿与贫η足的关系见表他5似；址Q伤为泥浆循环量鲁，情m冷3蚀/h要；扮D堡P技为钻杆内径丑，闪m篮；柴V巩P吓为泥浆、岩屑崇、空气混合液推在水龙头处喷争出速度炮，建m/s糖,缎当扬派程撤h=酷10m某、吸率程六H=虽55m门、渴d=1.2榴5赔时逆，觉V芦P新=骡8m凝/s惧；伙Q帽风触为所需压风机克风量歪，诸m胶3山/岸h款。性α却与紧η迹的关耗系男弹篇照棍钥心明瞧表青5旧α绵0.30挺0.40版0.50布0.55恭0.60茅0.65锻0.70字0.75序0.80东0.90街η尚0.37达0.44土0.50是0.54蹦0.57住0.59境0.60恢0.62孟0.63注0.64怪本工程钻尸机配有捷20m怎3夫空压机霉，奴由于孔内水深霉超过空气反循聪环风包的吸程丑，火为使空气反循断环排渣功能正堪常发挥产，秒在钻杆中增加剩一个风包丑，溉即上风室栋，繁上风室至下风漂室税1迫8条～吉2会4槐m岭，铺吸深在第50m柏以内时使用下伍风室歌，咳当吸深超过凳50m薪时使用上风室桨，倘利用钻杆外的把风管一根通下毛风室鸣，谈一根通上风室衰。诚6.4途捏防止钻渣沉淀哲埋钻思空压机送风与猴钻锥回转同时绘进行。接钻杆胁时，须将钻杆桂稍提升侄30cm麻左右，先停止鲁钻锥回转，再内送风数分钟，震将孔底钻渣吸界尽，再放下钻叔锥，进行拆装雀钻杆工作，以筹免钻渣沉淀而醉发生埋钻事故围。妹随时注意孔口娱泥浆水面标高鸣，如果逐渐往隙下落时，须立纪即用水泵补水赏入护筒内，以恋免因水头不够包而发生坍孔事贵故。做