气举反循环二次清孔工艺应用研究

付磊　陈璐

摘 要：通过武汉地区某工程实例，对气举反循环二次清孔与常规二次清孔的对比试验，得出了气举二次清孔技术的可行性，而且更经济，效果更理想。

关键词：气举反循环；二次清孔；桩基础；应用

1 国内行业现状

在现阶段桩基规范及设计文件中，高层建筑采用的嵌岩桩通常明确要求沉渣厚度小于5cm，从提钻到灌注砼，对于较深的工程桩来说通常需要1个小时，在这个过程中，泥浆由于较长的静置时间，在桩底部沉渣会沉淀，下放钢筋笼的过程中钢筋挂落桩孔泥块，都会造成桩底沉渣厚度可能会超过规范及设计要求，如果不采取有效措施就灌注，极容易引发各种质量事故。因此，需要在灌注前进行二次清孔，保证清空后的孔底沉渣量达到设计要求，确保工程质量。

2 传统工艺二次清孔弊端

清孔是利用流动的泥浆动能卷起桩身底部的固体沉渣，带动固体沉渣上升，随着泥浆的向上方循环流动，其中夹带的固体沉渣随着泥浆被带出桩孔，从而将沉渣清理干净。

传统二次清孔工艺是采用正循环清孔，过程是向导管注入泥浆夹带孔底沉渣后进入到导管与孔壁之间的空间向上流出，来达到孔底沉渣清理的效果。通俗地讲，正循环清孔工艺是沉渣从导管外排出的清孔方法。如果泥浆泵的功率不足，将出现较大体积的沉渣悬浮固定在一定高度的情况；如果想将这些大的沉渣排出到桩孔以外，方法一是加大泥浆的流度，其次是调大泥浆的粘度，现实情况是，因为泥浆泵排量有一定的限制，不可能答到提高泥浆的循环速度，而过大的泥浆比重也将增加抽排难度。此外因为靠近桩底外侧处泥浆比桩中心部位的流速要慢，也会导致泥浆中砂的不均匀，从而不能将泥浆中的大块沉渣完全排到桩孔以外去。而反循环清孔的方式就将沉渣从导管内抽排出来的方法，也是由于泥浆泵功率的上线，造成泥浆吸力有限，对于较长的桩身的清除沉渣中较大沉淀物的效果较差。

3 气举反循环清孔原理

气举反循环二次清孔的过程是通过空压机产生的压缩空气，通过风管沿着导管送至底部，泥浆受到高压气流的冲击，在导管底部混合成为一种浆气混合物，该浆气混合物因比重小于泥浆而向上流动，从而在导管内底端形成负压，桩身底部的沉渣随着负压强的作用也上升，随着两者混合的联合作用，底部孔外的泥浆不断补充进入导管内部，导管底部新进入的泥浆与高压气体形成浆气混合物后继续流动上升，因为导管的内圆周面积与导管外壁与桩壁间的环形面积差较大，从而形成了一股向上流速和流量极大的泥浆动能，从导管顶部携带沉渣排出导管以外。

4 项目简介及试验方案

武汉TCL康城房地产有限公司拟在洪山区武丰村兴建武汉TCL康城绿洲项目，本项目包括8栋11层住宅楼、1栋24层住宅楼、2栋27层公寓式办公楼、5栋29层住宅楼、2栋32层住宅楼、会所、商铺、集中商业及幼儿园等。据勘察深度内揭露，场区内覆盖层为一套达30-40米的第四系全新统冲积地层，具有典型的二元结构，下卧基岩为志留系泥质粉砂岩或泥岩地层，本工程基础采用泥浆护壁钻孔灌注桩后压浆施工工艺，混凝土强度级C45，工程桩压浆方式为桩端、侧压浆。

为进行本次科研项目成果对比及分析，选取TCL康城绿洲A地块共计4根试桩进行对比试验，对4根钻孔灌注桩工程采用反循环成孔施工，其中2根（1#、4#试桩）采用传统正循环清孔，另外2根（2#、3#试桩）采用气举反循环二次清孔的施工方案，通过实际孔底沉渣厚度与清孔时间的对比及试桩静载实验结果来分析气举反循环清孔工艺的特点及优势。

5 气举反循环二次清孔试验操作方法

①桩孔钻进到设计深度后，利用常规正循环泥浆泵进行第一次清孔。一清完毕后，即提起钻杆下放安装钢筋笼及导管。②在导管顶部安装一个三通接头，连接好气液混合器与风管，并检查混合器与风管的连接密封情况，打开三通接头将气液混合器下放入导管底部。风管之间采用接箍连接，在连接过程中丝扣应拧紧，在浆液混合器下入导管时要注意防止风管掉入到导管内部。③在异径三通接头的另一端连接排渣管口，排渣管的出口要设置在泥浆沉淀池旁边。开始气举反循环后，孔内泥浆快速排出，通过固定排渣管口后可使泥浆稳定排入到泥浆沉淀池。④开启孔口泥浆循环系统，保证泥浆池与孔口的倒流能顺畅地补给。⑤启动空压机前将导管提至桩底0.5-1m处，在检查空压机和整套风管连接系统安全无误之后，启动空压机送出高压空气。高压空气随风管被送至导管底部，通过气液混合器在导管内行程浆气混合液。进而携带沉渣向导管顶部快速上流，排入泥浆沉淀池。⑥在二次清孔的操作过程中通过调节高压空气的流入量来改变排浆量的大小。⑦在二次清孔操作过程中，还要注意需不停地调整导管底与桩底的距离，匀速地上下左右移动导管，使整个桩身孔底沉渣都能清除干净。⑧最后通过鉴别排渣孔口排出的泥浆满足设计要求后，关闭空压机，再次测量孔底沉渣厚度。若在设计规范要求范围内，拆除整套气管，进入桩身混凝土灌注工序。如沉渣厚度达不到设计要求，应继续二次清孔工序，直至合格为止。

6 试桩检测结果

试桩清孔时间及实际孔底沉渣清理及后期静载检测沉降量见表1：

由表1可知，在相同施工条件下的4根试桩，对桩身承载力影响最大的沉渣清理效果直接反映到最终试桩的桩身沉降量上面来，2#、3#两根采用气举反循环清孔的试桩，极限承载力均大于设计承载力的2.4倍，且沉降量均未超过20mm，相比较下来1#、4#试桩极限承载力，均达到设计承载力的2倍，满足设计要求，但未达到设计特征值的2.4倍，且在最终沉降量的控制上比采用气举反循环清孔的试桩有一定的差距。

7 气举反循环二次清孔工艺效益分析

7.1 质量安全 灌注混凝土是保证成桩质量的关键工序，“断桩”、“夹泥”、“堵管”等常见的灌注质量事故都与孔内混凝土上部压力过大有一定关系。正循环或常规反循环为了有效地排渣，选用的泥浆（泥浆）密度高、浓度大，则势必造成孔内上部压力大，这样混凝土导管排出的阻力增大，浇注困难；另外，正循环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，所以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（可以观察此时孔内排出的泥浆密度、浓度明显加大，流淌缓慢，偶尔有大块的絮状泥块出现），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，而桩头上部又是桩受力的关键位置。故气举反循环二次清孔技术的运用使钻渣清理较为彻底，因此灌注较为顺畅，桩顶沉渣少，桩身混凝土质量明显提高。

7.2 工期效率 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50m深桩而言，采用正循环或常规反循环法进行二次清孔，要达到沉渣厚度小于5cm的要求，大约需要半小时的时间，而采用气举反循环法进行二次清孔，一般只要5-10分钟就可以达到浇注状态，提高混凝土灌注效率。

7.3 经济效益 气举反循环法二次清孔技术大幅提高了工效，节约了成桩时间，同时较好的清孔质量，保证了桩身质量，避免后期因桩基承载力不合格导致的处理费用，同时采用气举反循环二次清孔工艺后，降低了泥浆施工清运处理成本，根据目前常规经验，泥浆排运费约占工程成本10%，每根桩排浆过程中减少1小时的处理时间，气举反循环法清孔渣分离十分彻底，泥浆排放成本相比常规清孔工艺明显减少。

7.4 环境影响 环境影响方面采用气举反循环二次清孔清渣速度快，泥浆排放量减少，减少环境污染，有利于桩基现场的文明施工标准的提升。

综上所述，气举反循环二次清孔本身所具有的特点，给提高成孔效率、成桩质量和综合经济效益等方面带来一系列的好处。

8 结论

总体来说，从质量效益、工效、经济环保、环境等多角度分析，气举反循环二次清孔施工工艺在钻孔灌注桩施工中值得推广，尤其是桩基持力层要求进入基岩，且桩径大小为Φ600-Φ1000mm钻孔灌注桩施工中的效果是传统清孔工艺无法达到的。通过本次科研的TCL康城绿洲A地块的试桩对比试验，气举反循环二次清孔具有施工工艺易操作，投入小等特点，为整个桩基施工过程带来了巨大的经济效益及质量保证。同时在试验过程中形成了初步的操作工艺及注意事项，为日后进一步研究试验及在工程中的推广应用打下了良好的基础。