鉆孔灌注樁反循環工藝
鉆孔灌注樁因孔底沉渣和孔壁泥皮過厚往往導致承載力折減,形成上述質量通病的原因是該工藝采取了高濃度、高密度泥漿介質(沖洗液)施工的結果。為解決這個難題工程技術人員經過總結、探索,積極研究推廣鉆孔反循環制樁工藝。
泵吸反循環是通過砂石泵的抽吸作用,在鉆桿內腔形成負壓,在孔內液柱和大氣壓的作用下,孔壁與環狀空間的沖洗液流向孔底,將鉆頭切削下來的鉆渣帶進鉆桿內腔,再經過砂石泵排至地面沉淀池內;沉淀鉆渣后,沖洗液流向孔內,形成反循環。反循環與正循環的本質區別在于沉渣的沖洗、上返流速存在巨大差異,反循環沖洗液攜帶鉆渣后迅速進入過水斷面較小的鉆桿內腔,可以獲得比正循環高出數十倍的上返速度。
根據鉆探水力學原理,沖洗液在鉆孔內的上返速度Va的1.2-1.3倍,即Va=(1.2-1.3)Vs。反循環鉆進鉆渣在鉆桿內運動,是形態各異的鉆渣群在有限的空間作懸浮運動,鉆渣顆粒要占據一定液體斷面,在這種特定條件下可以采用長春地質學院在利延哥爾公式基礎上進行實驗給出的公式計算顆粒懸浮速度Vs計算公式為:
Vs=3.1×k1×(ds×(rs-ra)/(k2×r2))的1/2次方
Vs-鉆渣顆粒群懸浮速度(m/s)
ds-顆粒群最大顆粒粒徑(m)
rs-鉆渣顆粒的密度(kg/dm3)
ra-沖洗液的密度(kg/dm3)
k1-巖屑濃度系數;k1=0.9-1.1,濃度越大,k1越小;
k2-巖屑顆粒系數,k2=1-1.1,球形顆粒為1,越不規則,k2的值越大。
目前,泵吸反循環鉆桿內徑大多數為150mm,用上述公式計算可知,塊狀為120mm,rs為2.1kg/dm3,ra為1.05kg/dm3,懸浮速度為1.02m/s,按照Va=(1.2-1.3)Vs計算,Va達到1.33m/s就可以把幾何尺寸小于鉆桿內徑的鉆渣排除。目前常用8BS砂石泵額定排量為180m3/h,滿負荷時沖洗液上返流速可以達到2.83m/s,可以看出該速度遠大于鉆渣上返所需流速1.33m/s的要求,因此進入鉆桿內的鉆渣能夠被有效的抽吸上來。
而正循環鉆進沖洗液攜帶鉆渣后進入鉆桿與孔壁形成的環閉空間后上返速度是很低的。試計算φ89mm鉆桿與φ0.8m鉆孔的環閉空間,斷面積為0.495m2,當采用兩臺600型水泵并聯送水,滿排量時沖洗液的上返速度僅達到0.04m/s,根據上述公式可見正循環鉆進只有依靠高濃度高密度泥漿來懸浮鉆渣。
綜上所述,反循環本身所具有的特點,給提高成孔效率、成樁質量和綜合經濟效益等方面帶來一系列的好處。
1鉆進速度與成樁效率有大幅度提高
鉆頭在工作時的最有利條件是被切割下來的巖土屑,立即能夠從孔底帶出并送到地面,這樣可以減少二次破碎,不會降低效率以及鉆頭的磨損。沖洗液攜帶鉆渣的能力正比例于介質的密度和其運動速度的平方,所以影響有效排渣的因素是沖洗液的上返速度。由于鉆孔樁施工的土層多為松散、顆粒差異又較大的土層,因此鉆進速度的高低主要取決于排渣的速度。
正、反循環兩種鉆進速度的差異,隨著鉆孔直徑以及土層顆粒的增大而增大,一般來說對于地層和技術要求相同的情況,反循環施工速度為正循環的2倍左右。
反循環鉆進過程就是清孔過程,不但節省了時間同時又可靠地保證孔底沉渣符合要求。機械鉆進速度的提高和清孔時間的縮短促進施工效率的提高、成樁周期縮短,有效地提高了勞動生產率。
2孔壁穩定、成孔質量好
反循環鉆孔樁孔壁的穩定,主要是利用靜水壓力來平衡地層壓力維持孔壁的穩定。根據土力學計算以及大量實踐證明,只要保持孔壁任何深度處壓力不小于0.2Mpa,即使是在粘聚力較差的流沙層,使用經過處理的泥漿(沖洗液)也可以保持鉆孔不坍塌、不縮頸、不擴頸;反循環鉆孔根據澆注混凝土記錄時澆注深度與混凝土用量關系,很容易反算孔徑。計算結果表明由于孔壁穩定,從上到下孔壁的直徑都是在有效控制范圍之內。這樣就可以有效的防止縮頸、擴頸不良現象出現并避免混凝土的浪費。
3混凝土澆注質量得到有效保證
灌注混凝土是保證成樁質量的關鍵工序,“斷樁”、“夾泥”、“堵管”等常見的灌注質量事故都與孔內混凝土上部壓力過大有一定關系。孔內壓力值與沖洗液的濃度、密度、粘度有直接的關系。正循環為了有效的排渣,選用的泥漿(沖洗液)密度高、濃度大,勢必造成孔內壓力大,這樣混凝土人導管排出的阻力增大,澆注困難;另外正循環鉆孔過程中因沖洗液濃度高、密度大所形成的過厚泥皮與孔底沉渣,很難從孔中完全清除,所以其中一部分在澆注過程中卷入沖洗液中更加大混凝土抬升的阻力,這種阻力在灌注臨近結束時更加明顯(筆者觀察此時孔內排出的泥漿密度、濃度明顯加大,流淌緩慢),若處理不當,很容易使臨近樁頂10m左右混凝土質量差、強度低,而該部分又是樁受力的關鍵位置。反循環成孔由于泥漿(沖洗液)密度、濃度、粘度都較低,形成泥皮較薄和鉆渣清理較為徹底,因此灌注較為順暢,樁頂泥漿少,樁身混凝土質量明顯提高。
4提高單樁承載力,降低工程造價
單樁承載力的大小,取決于樁周土的摩阻力與樁底端承力,反循環鉆孔過程中形成的泥皮較薄從而使摩阻力增大,樁底沉渣清除較為徹底,無軟弱層從而提高端承力。根據對比試驗,一般反循環比正循環提高承載力10%-20%,因此單位承載力造價必然降低。
5非運廢漿量減少,施工成本降低
根據定額,廢漿排運費約占工程成本8%-10%。反循環鉆頭切削的粘土土層成塊狀,隨即被吸入鉆桿內腔,也就是說鉆渣來不及水化就被排出孔外,廢漿量勢必減少;另液、渣分離較為簡單,這樣施工成本必然降低。
6適應性廣
反循環排渣的特點,使這種工藝方法對地層適應性廣,可順利鉆進各種粘土、砂土、卵礫石層以及基巖層,對于直徑500-1800mm鉆孔樁施工都很適應。
因反循環工藝對班組操作工人要求較高,實施起來有一定的難度,筆者建議加強班組操作工人的培訓,加以推廣。當然反循環鉆進也有自身的缺點如水泵故障多、純鉆進時間較正循環短、超徑卵石層鉆進困難以及循環系統復雜等,但這些問題會隨著研究和應用的深入逐步解決。
篇2:鉆孔灌注樁反循環工藝
隨著國家基本建設投入的增大以及高層建筑的發展,鉆孔灌注樁現在被廣泛地應用于高層建筑、公路橋梁等工程的基礎工程。但目前鉆孔灌注樁仍大量使用較為落后正循環鉆進、正循環清孔成孔工藝,本文的主旨是介紹反循環成孔工藝的運用對于工程質量以及經濟效率帶來的影響。
鉆孔灌注樁因孔底沉渣和孔壁泥皮過厚往往導致承載力折減,形成上述質量通病的原因是該工藝采取了高濃度、高密度泥漿介質(沖洗液)施工的結果。為解決這個難題工程技術人員經過總結、探索,積極研究推廣鉆孔反循環制樁工藝。
泵吸反循環是通過砂石泵的抽吸作用,在鉆桿內腔形成負壓,在孔內液柱和大氣壓的作用下,孔壁與環狀空間的沖洗液流向孔底,將鉆頭切削下來的鉆渣帶進鉆桿內腔,再經過砂石泵排至地面沉淀池內;沉淀鉆渣后,沖洗液流向孔內,形成反循環。反循環與正循環的本質區別在于沉渣的沖洗、上返流速存在巨大差異,反循環沖洗液攜帶鉆渣后迅速進入過水斷面較小的鉆桿內腔,可以獲得比正循環高出數十倍的上返速度。
根據鉆探水力學原理,沖洗液在鉆孔內的上返速度Va的1.2-1.3倍,即Va=(1.2-1.3)Vs。反循環鉆進鉆渣在鉆桿內運動,是形態各異的鉆渣群在有限的空間作懸浮運動,鉆渣顆粒要占據一定液體斷面,在這種特定條件下可以采用長春地質學院在利延哥爾公式基礎上進行實驗給出的公式計算顆粒懸浮速度Vs計算公式為:
Vs=3.1×k1×(ds×(rs-ra)/(k2×r2))的1/2次方
Vs-鉆渣顆粒群懸浮速度(m/s)
ds-顆粒群最大顆粒粒徑(m)
rs-鉆渣顆粒的密度(kg/dm3)
ra-沖洗液的密度(kg/dm3)
k1-巖屑濃度系數;k1=0.9-1.1,濃度越大,k1越小;
k2-巖屑顆粒系數,k2=1-1.1,球形顆粒為1,越不規則,k2的值越大。
目前,泵吸反循環鉆桿內徑大多數為150mm,用上述公式計算可知,塊狀為120mm,rs為2.1kg/dm3,ra為1.05kg/dm3,懸浮速度為1.02m/s,按照Va=(1.2-1.3)Vs計算,Va達到1.33m/s就可以把幾何尺寸小于鉆桿內徑的鉆渣排除。目前常用8BS砂石泵額定排量為180m3/h,滿負荷時沖洗液上返流速可以達到2.83m/s,可以看出該速度遠大于鉆渣上返所需流速1.33m/s的要求,因此進入鉆桿內的鉆渣能夠被有效的抽吸上來。
而正循環鉆進沖洗液攜帶鉆渣后進入鉆桿與孔壁形成的環閉空間后上返速度是很低的。試計算φ89mm鉆桿與φ0.8m鉆孔的環閉空間,斷面積為0.495m2,當采用兩臺600型水泵并聯送水,滿排量時沖洗液的上返速度僅達到0.04m/s,根據上述公式可見正循環鉆進只有依靠高濃度高密度泥漿來懸浮鉆渣。
綜上所述,反循環本身所具有的特點,給提高成孔效率、成樁質量和綜合經濟效益等方面帶來一系列的好處。
1鉆進速度與成樁效率有大幅度提高
鉆頭在工作時的最有利條件是被切割下來的巖土屑,立即能夠從孔底帶出并送到地面,這樣可以減少二次破碎,不會降低效率以及鉆頭的磨損。沖洗液攜帶鉆渣的能力正比例于介質的密度和其運動速度的平方,所以影響有效排渣的因素是沖洗液的上返速度。由于鉆孔樁施工的土層多為松散、顆粒差異又較大的土層,因此鉆進速度的高低主要取決于排渣的速度。
正、反循環兩種鉆進速度的差異,隨著鉆孔直徑以及土層顆粒的增大而增大,一般來說對于地層和技術要求相同的情況,反循環施工速度為正循環的2倍左右。
反循環鉆進過程就是清孔過程,不但節省了時間同時又可靠地保證孔底沉渣符合要求。機械鉆進速度的提高和清孔時間的縮短促進施工效率的提高、成樁周期縮短,有效地提高了勞動生產率。
2孔壁穩定、成孔質量好
反循環鉆孔樁孔壁的穩定,主要是利用靜水壓力來平衡地層壓力維持孔壁的穩定。根據土力學計算以及大量實踐證明,只要保持孔壁任何深度處壓力不小于0.2Mpa,即使是在粘聚力較差的流沙層,使用經過處理的泥漿(沖洗液)也可以保持鉆孔不坍塌、不縮頸、不擴頸;反循環鉆孔根據澆注混凝土記錄時澆注深度與混凝土用量關系,很容易反算孔徑。計算結果表明由于孔壁穩定,從上到下孔壁的直徑都是在有效控制范圍之內。這樣就可以有效的防止縮頸、擴頸不良現象出現并避免混凝土的浪費。
3混凝土澆注質量得到有效保證
灌注混凝土是保證成樁質量的關鍵工序,“斷樁”、“夾泥”、“堵管”等常見的灌注質量事故都與孔內混凝土上部壓力過大有一定關系。孔內壓力值與沖洗液的濃度、密度、粘度有直接的關系。正循環為了有效的排渣,選用的泥漿(沖洗液)密度高、濃度大,勢必造成孔內壓力大,這樣混凝土人導管排出的阻力增大,澆注困難;另外正循環鉆孔過程中因沖洗液濃度高、密度大所形成的過厚泥皮與孔底沉渣,很難從孔中完全清除,所以其中一部分在澆注過程中卷入沖洗液中更加大混凝土抬升的阻力,這種阻力在灌注臨近結束時更加明顯
篇3:鉆孔灌注樁（正反循環）施工工藝
泥漿循環護壁是用泥漿循環來保護孔壁,排除土碴而成孔。
1、施工設備鉆孔施工法分為反循環鉆孔施工法和正循環鉆孔施工法,地基基礎采用泥漿循環護壁,適用于各種土層和基巖施工灌注樁。正、反循環鉆進的主要機械包括鉆機、泵組、液壓系統及空壓機。
2、施工機具:
(1)鉆頭。正、反循環施工用鉆頭宜采用三翼或四翼刮刀、籠式鉆頭、牙輪或滾刀鉆頭等,鉆頭外徑比鉆孔直徑小20mm為宜。
(2)鉆桿。鉆桿規格的選擇,應依據不同的循環工藝,合理選擇確定。
1、測量定位使用檢驗、校準合格的經緯儀、水準儀、鋼尺。
2、護筒埋設埋設護筒之前應對其樁位用鋼尺進行復核,護筒埋設時,護簡中心軸線對正測定的樁位中心,其偏差小于等于20mm,并保持護筒的垂直,護筒的四周要用黏土搗實,以起到固定護筒和止水作用。護筒上口應高出地面200mm,護筒兩側設置吊環,以便吊放、起拔護筒。
3、設備安裝:
(1)樁機安裝時要做到三點一線,即天車、轉盤中心、樁孔中心在同一鉛垂線上,以保證鉆孔垂直度,轉盤中心同樁孔中心位置偏差小于等于10mm。鉆機安裝必須平穩、牢固,鉆進中不得有位移,底座應墊實,在鉆進中經常檢查。
(2)吊移設備,必須由持有專業執照的起重人員作業,嚴禁無證操作,吊移鉆機時由專人指揮。
(3)設備安裝就位之后,應精心調平,安裝牢固,作業之前應先試運轉,以防止成孔或灌注中途發生機械故障。
(4)所有的機電設備接線要安全可靠,位于運輸道路上的電纜應加外套或埋設管道保護。
(5)各項設備的安裝、使用、搬遷、拆卸和維護保養應按其使用說明書正確操作使用。
4、循環系統設置根據場地的實際情況,對循環系統的設置進行合理布局,并要求沖洗液循環暢通,易于清除鉆渣。循環池容量不宜小于12m3,沉淀池容量不宜小于8m3,以確保沖洗液正常循環,循環槽的坡度以1:100為宜。
5、鉆進成孔鉆進中應嚴格按規范操作,建立崗位責任制、交接班制度、質量檢查制度等。鉆進中若出現坍孔、涌砂、掉鉆等異常情況,應及時分析事故原因,作出判斷,立即處理。鉆進的技術參數應根據地層情況確定。采用牙輪或滾刀鉆頭鉆進硬巖時,要采用配重加壓,配重數量視不同口徑和地層情況而定。
6、清孔采用正循環或反循環清孔,端承樁孔底沉渣不宜大于50mm,摩擦樁孔底沉渣不宜大于300mm,摩擦端承樁、端承摩擦樁不宜大于100mm。
7、鋼筋籠吊放:
(1)鋼筋籠在運往樁位的過程中要保持水平,嚴禁拖拉以致鋼筋籠變形。
(2)吊放鋼筋籠入孔時,應對準孔位,輕放、慢放,不得左右旋轉,若遏阻應停止下放,查明原因進行處理。嚴禁高起猛落,強行下放。
(3)分節制作的鋼筋籠在孔口焊接時,上下兩節主筋位置應對正,使鋼筋籠的上下兩節軸線一致。
8、混凝土灌注:
(1)導管:根據樁孔直徑確定導管直徑,一般導管直徑200~350mm,導管使用前應進行密封試驗,導管連接光滑、可靠。安裝導管時,其導管底口距孔底以300~500mm為宜。
(2)宜用水泥隔水塞或插板隔水塞,隔水塞位置應在泥漿面以上400mm處。
(3)根據初灌量確定漏斗體積,初灌量確保導管埋深大于0.8m。
(4)灌注時,應先配制0.1~0.3m³水泥砂漿置于隔水塞上面,然后按混凝土配比灌注,并測定初灌量埋管深度,做好鉆孔灌注樁混凝土灌注記錄。
(5)測錘是檢測混凝土面的工具,采用普通鋼材,其重量以大于2.5kg為宜。
(6)初灌量正常后,應連續不斷地進行灌注,中間間斷時間不宜超過15min,灌注過程中,應經常用測錘測混凝土面的上升高度,保持導管埋深在2~6m。
9、樁頂控制:樁頂標高控制應比設計樁頂標高高出0.5~1.0m。拆卸導管時輕提、慢放,防止導管刮、提鋼筋籠。灌注完畢及時清洗導管。
10、做好各項記錄,原始記錄要求真實、準確、及時,客觀反映施工情況。
1、下擴底鉆頭前,檢查鉆頭動作的靈活性,與鉆桿或地面檢測系統的對應聯動準確、可靠。
2、擴底鉆頭入孔后,先空轉,然后逐漸撐開擴刀接觸孔壁,切土擴底。
3、擴孔鉆進速度不宜大于15cm/min。
4、擴底完畢,應繼續回轉鉆頭數圈,才能收攏擴刀,擴刀全部收攏后,才能提升鉆具,并及時清孔。
5、地基基礎應采用相對密度和黏度較大的泥漿護壁,確保擴孔孔段孔壁穩定。
6、灌注混凝土前要準確計算擴底部位的初灌量,選擇合適的坍落度,保證混凝土能流向擴孔部位,達到埋管深度要求
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