旋挖灌注桩气举反循环在岩基地质沉渣的清孔应用

旋挖灌注桩气举反循环在岩基地质沉渣的清孔应用

第一作者：蔡少宏，通讯作者：郭杰锋，,胡海，尤烽，王文虎

上海建工四建集团有限公司，广东 广州 510000

【摘要】：随着建筑行业快速发展，高层建筑越来越多，工程桩基础应用越来越普遍，如何因地制宜地选择摩擦端承桩的清孔工艺尤为重要。结合广州天河区某项目摩擦端承桩施工过程中二次清孔应用气举反循环工艺，通过对不同桩径的端承桩清孔全过程的数据采集，证实气举反循环清孔工艺在中风化岩及微风化岩土质中能起到较好的清孔效果，为以后类似地质情况摩擦端承桩清孔工艺的选择提供参考。

关键词：气举反循环  清孔工艺  旋挖桩  二次清孔

引言

摩擦端承桩是指上部结构荷载主要由桩端阻力承受的工程桩，一般需要穿过软弱土层，打入中风化或微风化的基岩持力层中。端承桩清孔后沉渣厚度如果不能有效控制，会严重降低工程桩的竖向承载力，对建筑结构投入使用后存在安全隐患。

目前，工程施工中常用的清孔工艺均存在一定缺陷，例如正循环清孔工艺不适用于岩层地质，泵吸反循环工艺容易导致护壁泥浆流失，造成塌孔。本文介绍的气举反循环清孔工艺较常规清孔工艺具有一定的优势，尤其在基岩地质地质条件下，可以在提高施工效率的前提下取得更好的清孔效果，提高工程桩施工质量，有效保证建筑物的健康使用。

1 工程概况

该项目位于广州市天河区，项目规划用地面积为5231m2，总建筑面积26713m2，拟建建筑为一幢11层高的写字楼，其中地下室为二层结构（含

有一层夹层）。

工程桩采用旋挖成孔灌注桩设计形式，桩径为φ800、φ1000和φ1200mm共3种规格。根据设计要求，桩端持力层为中风化泥质粉砂岩层或微风化泥质粉砂层，混凝土为水下C40混凝土。

2 地质情况

根据地勘报告显示，本场区勘察深度范围内，

依其结构、性质特征、成因、时代和风化程度，将场地内岩土层从上至下分为4个工程地质层，地基土主要有：人工填土层（Qml）、第四系冲积层（Qal）、风化残土积层（Qel）、白垩系泥质粉砂岩（K）。其中白垩系泥质粉砂岩（K）从上至下又分为全风化层、强风化层、中风化层、微风化层泥质粉砂岩。根据场地工程地质条件及拟建建筑物的规模和性质，设计选择以连续完整中风化层或微风化层基岩作为桩端持力层。            

3 二次清孔工艺对比

清孔工艺主要是为了减少桩底沉渣，沉渣产生原因主要为：桩孔孔壁塌落；泥浆沉淀；钻孔过程渣土残留。

钻孔灌注桩的清孔工艺分为一次清孔和二次清孔，在完成灌注桩成孔之后，需要进行一次清孔，清孔完成后，再下钢筋笼，下笼过程中，由于泥浆沉淀以及钢筋笼与桩壁碰撞，会导致底下沉渣增多，因此需要进行二次清孔。钻孔灌注桩的沉渣厚度控制主要通过清孔解决，常规的二次清孔工艺主要包括正循环和反循环两种，其中反循环清孔又分为泵吸反循环清孔和气举反循环清孔。

3.1正循环清孔和泵吸反循环清孔对比

3.2 气举反循环工作原理及施工工艺

气举反循环是将风管置于导管中，通过空压机经风管向管内送风，高压气体与泥浆混合，密度小于孔径内泥浆，形成负压区。孔底泥浆在负压作用下不断上升，同时将循环池泥浆补充到孔内，由于导管断面面积小于导管外壁与桩壁间断面面积，形成流速较大的反循环系统，携带沉渣从导管内排出至沉淀池。【2】

气举反循环清孔工艺可以直接利用混凝土浇筑导管作为排渣管，工艺便捷；吸力大，能够更好应对岩基地质存在的较大沉渣，清孔效率高。               

4 气举反循环清孔工艺的验证过程

为了检验气举反循环清孔工艺的清孔效果，分别从800mm直径旋挖桩、1000mm直径旋挖桩和1200mm直径旋挖桩进行泥浆清孔实验。

该工程二次清孔采用气举反循环清孔工艺，清孔前，预先挖好循环池和沉淀池，并调配好泥浆，泥浆含砂率≤5%，泥浆比重为1.1-1.15，泥浆稠度17-20s。在钢筋笼吊装完成后，立即插入混凝土导管，作为排渣管使用。同时准备一台空压机，保持空压机压力≥0.7MPa，排气量取6-7m³/min，风管底位置设置在距离孔底1/3H位置处，以便在该位置形成负压区，最终使整个系统形成反循环系统（风管位置与风量大小、泥浆黏度、孔内上下泥浆比重差值有关，风量越大、泥浆黏度越大、上下泥浆比重差值越小，则风管下入深度越小。一般情况，风管下入深度取孔深的1/2-1/3）

【3】。

泥浆出来之后应该及时在排渣管端对排出来的泥浆进行取样检测，每三分钟取样一次。

为了更加直观反映气举反循环工艺的清孔效果，本文分别选取桩径为φ800、φ1000和φ1200mm旋挖桩实验数据各一组，通过含砂率、泥浆比重和泥浆稠度的实验数据评价气举反循环清孔工艺的效果。

其中，φ800旋挖桩桩长为20.2m，主要穿过粉质黏土层和泥质粉砂岩层，局部有砂层，持力层为微风化泥质粉砂岩层；φ1000旋挖桩桩长为16.4米，主要穿过粉质黏土层和泥质粉砂岩层，局部有砂层，持力层为微风化泥质粉砂岩层；φ1200mm旋挖桩桩长为22.9米，主要穿过粉质黏土层和泥质粉砂岩层，局部有砂层，持力层为中风化泥质粉砂岩层。

5 实际应用效果分析

根据《建筑桩基技术规范》JGJ94 2008中关于端承桩混凝土浇筑前要求：孔底500mm以内的泥浆比重应小于1.25；含砂率不得大于8%，泥浆稠度不得大于28s。【4】

通过以上图表可知，由于摩擦端承桩入岩，未清孔时泥浆含砂率、泥浆稠度以及泥浆比重较高，在清孔过程中，泥浆含砂率显著下降，泥浆比重和泥浆稠度也在清孔过程中呈下降趋势，最终取得较好的效果。因此，可以得出结论：三种桩径实验结果均满足规范要求，气举反循环清孔效果突出，且清孔时间短，施工简便，能够有效提高工程施工效率。

6 管控重点措施

（1）气举反循环的清孔效率高，泥浆循环速度快，必须严格控制循环池中泥浆的总量，与此同时，根据孔口液面下降情况，时时调整清孔速度。

（2）清孔完成后，应有效控制拆除风管、安装料斗、浇筑混凝土等动作的时效性。根据以往工程经验，如清孔完成后混凝土罐车未按时到达，可以先暂停清孔。待混凝土罐车到达后，复清3至5分钟，再进行混凝土浇筑。

（3）清孔时间应根据上返泥浆含渣的情况进行判定，一般旋挖钻进清孔时间控制在6-10min，根据实验结果，大桩径旋挖桩沉渣比小桩径旋挖桩多，二次清孔时间需要适当更长。

7 结论

该工程的旋挖灌注桩二次清孔采用气举反循环清孔的施工工艺，具有经济性和便捷性较高的优点，清孔时间短，空压机位置固定，排渣管可以作为混凝土浇筑导管使用，能够更好衔接下一步工作，可以有效提高施工效率，从准备清孔到完成清孔进行混凝土浇筑基本在30min内完成，能够避免清孔完成后,混凝土浇筑前这段时间过长导致再次出现沉渣，可以保证端承桩桩基施工质量，取得比较好的施工效果。

参考文献

[1]杨勇. 正循环钻机钻孔灌注桩施工工艺.

[2]黄金灿，余志文，郭盛. 气举反循环工艺在钻孔桩二次清渣工序中的应用.

[3]张军旗. 钻孔灌注桩气举反循环二次清孔工艺研究与应用.

[4] JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范.