孟珂
（中铁二十五局集团第二工程有限公司 南京 210046 ）
摘要：以迎宾大道上跨郑万高铁等铁路立交工程的超长钻孔灌注桩施工为背景，通过与正循环、泵吸反循环清孔工艺比较，阐述气举反循环清孔工艺在超长桩基清孔中的速度快、清孔深度大、清渣彻底的优势。重点介绍气举反循环清孔工艺的施工原理、工程实际施工中的改良措施和质量控制要点，为以后类似桥梁建设施工提供借鉴。
关键词：气举反循环 超长 清孔工艺 桩基施工
一、引言
随着我国城市交通的发展，对桩基承载力的要求越来越高，桩长、桩径相应的增大。因泥浆所具有的护壁、携渣、冷却、润滑作用，故泥浆护壁成孔方式得到越来越广泛的运用。对于大直径超长钻孔灌注桩而言，泥浆护臂成孔本身的工艺缺陷即桩底沉渣过厚始终是影响桩基承载力和质量稳定性的重要因素。传统采用的正循环清孔法时间长、效果差，泵吸反循环清孔法系统复杂、效率低。因此，如何在浇筑混凝土之前的二次清孔工序中将沉渣厚度控制在设计范围内就成为超长桩基施工质量控制的重难点。本文主要探讨气举反循环二次清孔工艺在控制孔底沉渣厚度中的运用，并对工程实际中工艺的改进措施进行了介绍。
二、工程概况
迎宾大道上跨郑万高铁等铁路立交工程（K2+792.3～K3+289上跨郑万高铁和机南城际铁路），属于新建迎宾大道的一部分，是由东向西进入机场的快速连接通道。工程地处黄淮冲积平原中部，地层较复杂，桥址区岩土层主要为人工填土、粉土、粉质黏土、粉砂、细圆砾土、钙质胶结层等。孔深60m处为钙质胶结层和黏土夹层，含铁锰质结核，土质不均、局部夹姜石。工程主桩共计189根钢筋混凝土桩基，桩径有1.6m和1.2m，共计12585延米，均为钻孔灌注桩，其中T8和T5转体承台的主桩基各为25根，设计桩长78m和75m，实际桩基成孔时钻孔深度均达到90m，设计要求孔底沉渣不大于10cm。
三、清孔方案选择
（一）正循环清孔
正循环清孔过程中，泥浆由导管补给，从孔口排出。其优点是会对孔壁产生正压，因此护壁效果好；其缺点是清渣的效率较低，能把孔内悬浮的钻渣携带出，但对普通桩基孔底的沉渣携带效果不明显，对超长灌注桩的孔底沉渣携带效果更差。本工程桩基施工过程中，首先试用导管进行正循环清孔，但清孔后孔底沉渣超过150cm，不满足设计要求。
（二）泵吸反循环清孔
泵吸反循环清孔过程中，泥浆由孔口补给，从导管排出。其优点是用电功率小，在孔深较浅的桩基础施工中排渣效率较高；其缺点是：一方面会因泥浆的抽取而对孔壁产生负压，对孔壁稳定有不良影响；另一方面随着孔深的不断增加，而泥浆泵的总功率和导管管径固定不变，导致泥浆上返速度、携渣能力大幅度下降[1]。本工程现场试用“泥浆抽取车反循环清孔”，泥浆抽取车采用大功率水泵，直接从导管内抽取泥浆来清孔。前期清渣效果明显，但二次清孔后沉渣还有80cm厚，延长清孔时间也无明显变化，孔底沉渣依然不满足设计要求。
（三）气举反循环清孔
气举反循环清孔是采用压缩空气机向安装在导管内的进气钢管内注人压缩空气，使压缩空气与泥浆混合后上浮，从而引导孔内的泥浆陆续沿着导管上升。因其具有泥浆流动速度快、对孔底沉渣的携带能力强的优点，尤其适合孔深较大的超长桩基础施工。本工程因孔深达到90m,在钢筋笼下放的过程中刮壁，特别是距孔底30m范围内的土质不均，姜石、钙质胶结块堆积孔底形成沉渣。而采用正循环清孔和泵吸反循环清孔只能清理小粒径沉渣，粒径10cm以上的块状沉渣无法排出。要彻底解决沉渣问题，必须增加孔底泥浆流速，增加其带动沉渣的能力，将大粒径沉渣排出。
经现场方案比选，最终决定采取气举反循环清孔法来降低孔底沉渣厚度，使其达到设计要求。
四、气举反循环清孔的施工工艺
（一）气举反循环清孔的原理
气举反循环清孔是采用空气压缩机将压缩空气通过安装在导管内的进气管送到导管底部,压缩空气经风管底部排出时和泥浆形成浆气混合物。因浆气混合物密度小而沿着导管内部上升，在导管底端形成负压。导致桩基底部的泥浆在负压的作用下不断的携带沉渣沿着导管内部上升，直至从导管口翻出，流入泥浆池。沉渣在泥浆池中沉淀，通过泥浆池沉淀过滤的泥浆又重新回流进入桩孔内，由此反复循环直到孔内沉渣厚度达到设计要求。
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图1：“气举反循环清孔法”清孔示意图
（二）工程实际中的设备及改良措施
本工程原使用的“气举反循环清孔法”抽渣装置，包括进气钢管、导管、出水口弯管、沉渣过滤池、空气压缩机。经现场清孔施工表明：出水口弯管的设置，增加了压力损耗、增加了出浆阻力；泥浆池中泥浆循环流动，也使部分小粒径沉渣回流到孔内，降低了清孔效率。在本工程现场，该装置对粒径10cm以上的块状沉渣的清理未达到预期效果。
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图2：原工地施工设备 图3：原工地泥浆池
工地改良后的“气举反循环清孔法”抽渣装置，包括进气钢管、导管、缓冲桶、接渣篮、空气压缩机。带有沉渣的泥浆从导管口喷出，由缓冲桶缓冲后通过接渣篮将沉渣分离出来，泥浆重新流入桩孔内。依此循环，能在较短时间内将深桩基桩底大块沉渣清除干净。
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图4：改良后“气举反循环清孔法”清孔示意图
1.选取空压机
该工程选用LGDY-13/8型空压机（参数：额定排气压力0.8MP,送气量13m3/min）压入高压气流，增加导管内水流流速，增加其带动大块沉渣的能力。
2.延长进气钢管
进气钢管是由φ8cm的不锈钢管构成，套在导管内，在第1节导管侧面开孔接入，并保证孔口焊接密封。一般导管放入桩孔内的深度以导管底部距离沉渣面30～40cm为宜，进气钢管的下放深度一般达到孔深的2/3(本工程为60m)，并在钢管底部8m范围内钢管侧边开若干通气孔。
根据公式，内外压力差：ΔP=h1*(pw-pn)-h2*pn
式中 h1——泥浆面至进气管底高度；
h2——泥浆面至出水口高度；
pw——泥浆密度；
pn——浆气混合物密度；
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图5：“气举反循环清孔法”内外压差示意图
通过公式发现增加h1,减少h2，可增加内外压力差，增加流速及带渣能力。所以可将进气钢管延长，增加水头压力。需要注意的是进气钢管长度并非越大越好，因为压缩空气从进气钢管底部冲出时带有一定的初速度，为防止压缩空气冲出导管，进气钢管底部距导管底部出口距离不能过小，且应保证h1小于空压机最大额定压力水柱深度。
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图6：第1节导管进气装置 图7：定制进气钢管
3.改造出水口弯管
为减少压力损耗，降低出浆阻力，将出水口弯管改为直排，减少对沉渣的阻挡，最大限度的保证大块沉渣的排出。利用缓冲桶倒扣设置在导管口，带有沉渣的泥浆从导管口喷出后由缓冲桶缓冲后通过接渣篮，防止抽渣现场泥浆四散，污染现场。
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图8：改良前出水弯管 图9：改良后出水直排
4.增加沉渣过滤器
为了保证施工现场的整洁不混乱，在导管顶设置一个装置收集沉渣。泥浆通过导管直排后，形成水柱，需采取加盖子形式让其回落，同时设置过滤器（接渣篮）接住回落的沉渣，防止其二次沉淀。
接渣篮由角钢骨架钢丝网组成，带有沉渣的泥浆通过接渣篮后，接渣篮将沉渣分离出来，泥浆重新流入桩孔内，依此循环，达到清孔效果。
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图10：缓冲桶和接渣篮 图11：抽渣进行中
（三）工程实际中的清孔效果
利用此改良后的循环清孔抽渣设备，能将90m深孔底15cm左右的大块沉渣给排出，极大的提高了清孔的效果。对后续施工的桩基进行跟踪检查，发现清孔后沉渣不合格率由90%降低至13%，清孔时间由7~8小时缩短至1小时左右，极大的提高了清孔的效率，缩短了施工工期。
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图12：现场抽渣效果1 图13：现场抽渣效果2
五、气举反循环清孔质量控制要点
（1） 每次抽渣进行5分钟左右清理一次接渣篮，5～6个循环后对沉渣厚度进行一次检测。
（2） 二次清孔过程中，特别要注意补浆量。空压机开始送风时应先向孔内补浆，严禁未补浆时空压机送风，严防因补浆不足（水头损失）而造成塌孔。清孔完毕后应先关气压机后断浆。
（3） 当桩孔内沉渣较厚、粒径较大或沉渣板结时，可适当提升导管，并上下摇动，以利排渣。随着沉渣的排出，孔底沉渣厚度减小，导管应同步跟进，以保持导管底部与沉渣面的距离[2]。
（4） 二次清孔后，孔内泥浆比重应小于1.20，粘度控制在18～20s[3]，孔底沉渣厚度≤10cm。
六、结语
通过对本工程90m超长钻孔灌注桩应用气举反循环清孔进行分析,可以看出在超长桩施工中采用气举反循环清孔在质量控制和工期缩短方面都能带来较大保障,进而取得良好的经济和社会效益，有较强的推广应用价值。
参考文献：
[1]杨超.钻孔桩施工气举反循环工艺浅析[J].建材技术与应用，2015（02）：19-21.
[2]白超瑞.用气举反循环二次清孔和桩端及桩侧联合后注浆法在钻孔灌注桩工程中控制沉降的探讨[J].四川建材，2011（12）：59-60
[3]陈志平.浅谈海边冲孔灌注桩施工技术[J].江西建材,2014(03):87-88.