浅谈旋挖成孔桩基沉渣处理
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摘要：随着我国建筑行业的迅速发展，以往的桩基础施工机械及技术已不能满足需要，近些年出现的旋挖钻施工工艺，较冲击钻、循环钻等具有很大的优越性。旋挖钻成孔施工的桩基孔底沉渣较多，一般工程旋挖钻成孔施工多采取孔底捞渣、调节泥浆比重、正反循环清孔的方法来确保孔底沉渣厚度符合要求。
关键词：桩基础，旋挖钻，孔底沉渣，二次清孔，气举反循环。
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1．旋挖钻施工孔底沉渣的传统处理
旋挖钻机施工方法虽然具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保等优点，对于粉质黏土及强风化岩等地质成孔效率高，可钻至中风化岩层，但与冲击钻机对比，旋挖钻成孔施工的桩基孔底沉渣较多。
1.1沉渣过厚的危害
旋挖灌注桩因孔底沉渣过厚往往会导致承载力折减，根据以往工程对地下桩超声波检测结果分析，在桩基混凝土灌注正常情况下，桩基混凝土边缘部位有缺陷，多数是混凝土内局部有夹块造成的。
1.2沉渣处理方法
在一般的工程钻孔灌注桩的设计文件中，明确要求了沉渣厚度不得超过一定范围，因为从提钻到灌注砼，对于深桩来说通常需要24小时以上，在这个过程中，因为泥浆静置时间过长，会产生一部分的沉淀，钢筋笼下放过程中也会从井壁上挂落部分泥块，砂层的坍塌跌落，容易引发各种质量事故。确保孔底沉渣小于设计要求，具体方法如下：
1.2.1孔底捞渣
孔底捞渣是采用捞渣钻头下至孔底有效破碎大颗粒岩屑，捞除上部坍塌跌落的泥块。具体操作如下：
1.钻孔成孔后下捞渣钻头，捞渣钻头口径比孔径小两级为佳；
2.在捞渣过程中，钻头下至底部前不予旋转，减少对孔底沉渣的扰动而悬浮颗粒增加；
3.在钻头下至孔底后，应逐步调节转速加大水流对孔底四周沉渣的冲洗，避免孔底沉渣密实增加清孔难度；
4.捞渣钻头转动10分钟后停止10-20分钟等悬浮颗粒下落，增加出渣量；
5.捞渣4-5斗后停止捞渣1小时以上，待孔底沉渣相对稳定后继续捞渣。
1.2.2泥浆比重调节
在施工过程中回填上部采用钢护筒护壁，下部采用泥浆护壁，这样能有效的减少塌孔，保证成孔质量，减少和杜绝孔底沉渣，保证混泥土的充盈系数。需要泥浆土，火碱，纤维素，泥浆泵，泥浆管和配套的电线电箱，泥浆池，泥浆池防护等材料和设备（孔内有漏浆可能），两个承台共用一个长4米×4米×2米的泥浆池，制作泥浆所用的材料，必须购买膨润土或黄土，在泥浆池内制作成泥浆。
钻孔液配制配比为: 钻孔液制备配比：10kg固体聚丙烯酰胺，45m3水，50kg工业用碱（NaCO3）。
钻孔液配制后，性能指标满足：比重1.03～1.05，粘度：一般为17～20s，PH值为8-10，含砂率小于2％。
2．气举反循环清孔工艺
2.1传统桩基沉渣处理的弊端
在工程实践当中，旋挖成孔桩基施工采用孔底捞渣与泥浆比重调节的方法控制沉渣厚度效果并不理想，多数采用循环清孔的方法控制沉渣。
如果用正循环清孔，φ1.1m的孔的断面积为0.95m²,常用2PNL砂石泵额定排量为93.33m³/h,假定采用2台并联送水，泥浆携带钻渣后进入钻杆与孔壁形成的环闭空间后上返速度是很低的，满排量时浆液的上返速度仅达到0.05m/s，从而容易引发质量隐患。
2.2气举反循环的原理
气举反循环清孔是利用空压机的压缩空气，通过安装在导管内的风管送至桩孔内，高压气与泥浆混合，在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，浆气混合物因其比重小而上升，在导管内混合器底端形成负压，下面的泥浆在负压的作用下上升，并在气压动量的联合作用下，不断补浆，上升至混合器的泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升，从而形成流动，因为导管的内断面积大大小于导管外壁与桩壁间的环状断面积，便形成了流速、流量极大的反循环，携带沉渣从导管内反出，排出导管以外。
2.3适用范围
本工艺适用范围：孔深150m 以内的孔径、对沉渣厚度要求较高，水上（陆地）钻孔灌注桩的施工。
适用地层：粘土层、砂层、砾石层、卵石层、岩层等地层。
2.4机具设备
泵吸反循环清孔设备：排渣软管、4BS砂石泵。
气举反循环清孔设备：除了风管、排渣金属管、排渣软管、法兰盘接头外，现场只需要一台9～20m3/h空压机就可完成整套施工工艺
2.5气举反循环清孔工艺设备比较
反循环工艺较正循环工艺而言，增加空压机一台、风管一套。该风管在二次清孔时安装在导管内，故导管上部相应增加连接阀门，风管下部是气浆混合器。反循环工艺导致沉渣从导管内反出，导管上部增加三通一套，排至接渣篮。
因气举反循环工艺特点，钻孔灌注桩第一次清孔时并不适用气举反循环清孔工艺了。否则，须逐节拔出导管，再安装风管，待第一次清空完成后，再次拔出、拆除导管与风管，待钢筋笼就位后，再二次安装风管进行第二次清孔。
2.6气举反循环清孔工艺操作要领
导管下放深度以出浆管底距沉淤面300～400mm为宜，风管下放深度一般以气浆混合器至泥浆面距离与孔深之比的0.55～0.65来确定。
主要参数：空压机的风量6～9m3/min，导管出水管直径＞Φ200mm，送风管直径（水管）Φ25mm，浆气混合器用Φ25mm水管制作，在1m左右长度范围内打6排孔、每排4个Φ8mm孔即可。
开始送风时应先孔内送浆（补浆），停止清孔时应先关气后断浆。清孔过程中，特别要注意补浆量，严防因补浆不足（水头损失）而造成塌孔。
2.7气举反循环清孔速度
气举反循环与正循环在沉渣的冲洗、上返流速存在巨大差异。
气举反循环冲洗液携带钻渣后迅速进入过水断面较小的钻杆内腔，可以获得比正循环高出数倍的上返速度。
根据钻探水力学原理，冲洗液在钻孔内的上返速度是钻渣颗粒群悬浮速度的1.2-1.3倍，即Va=（1.2-1.3）Vs。反循环清孔至钻渣在导管内运动，使形态各异的钻渣群在有限的空间作悬浮运动，上升速度较快。由于返浆速度较大，以内径200mm的导管为例，粒径约100-150mm的石块也能清运出来。
而正循环清孔，冲洗液携带钻渣后进入钻杆与孔壁形成的环形空间上返，由于冲洗液上返断面面积大，上返速度较慢，因此可能部分比重较大渣层颗粒会回落，须反复循环清孔，耽搁时间。
2.8气举反循环清孔质量
气举反循环清孔由于返浆速度快，清渣效果较好，沉渣层较薄，而沉渣层厚度大小与单桩承载力高低密切相关。从另一角度，在桩基持力层为基岩的前提下，正循环为了有效的排渣，选用的泥浆（冲洗液）密度较高、浓度较大，势必造成孔内压力大，对孔壁四周作用力也大，孔壁四周泥皮较厚，降低了孔四周摩阻力，也降低了单桩承载力。
3．结论
通过以上分析，钻孔灌注桩气举反循环二次清孔施工工艺值得推广，其在桩基持力层为基岩的钻孔灌注桩施工中的优越性更是其他工艺无法比拟的。
钻孔过程中因泥浆浓度高、密度大所形成的孔底沉渣，很难从孔中完全清除，不仅形成孔底沉渣，影响桩基承载力，而且其中一部分在浇注过程中卷入泥浆中更加大混凝土抬升的阻力，这种阻力在灌注临近结束时更加明显。若处理不当，很容易使临近桩顶10m左右混凝土质量差、强度低，而该部分又是桩受力的关键位置。
气举反循环法二次清孔技术大大缩短了深桩的清孔时间，提高了成孔效率。通常，对于深桩而言，采用正循环法进行清孔，要达到沉渣厚度小于5cm的要求，大约需要4个小时的时间，而采用气举反循环法进行二次清孔，一般只要1个小时就可以达到浇注状态。
参考文献
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