許方勇

1前言

目前由于國內(nèi)大量的嵌巖鉆孔樁多采用正循環(huán)沖擊鉆孔施工工藝，使用大比重、大粘度的泥漿鉆進(jìn)，使其泥漿上返速度小，形成孔底沉碴厚，大量的工程實(shí)踐證明，換漿清孔作業(yè)時(shí)間長，孔底沉碴清除難度大。

為保證客運(yùn)專線橋梁樁基對(duì)沉渣清除的要求，需對(duì)原工藝進(jìn)行改進(jìn)，其施工采用了高壓射風(fēng)輔助清孔工藝，在正施工的京廣改線鐵路大橋沖擊鉆孔施工中，多次進(jìn)行高壓射風(fēng)清孔工藝試驗(yàn)和研究，并做了取芯檢查驗(yàn)證，檢驗(yàn)表明，樁底巖芯完整，樁柱混凝土與基巖結(jié)合為完整的柱體，結(jié)合緊密，未見沉渣夾層。在此基礎(chǔ)上，將高壓射風(fēng)清孔工藝進(jìn)行總結(jié)和改進(jìn)，形成本工法，用于客運(yùn)專線鉆孔樁施工，以解決孔底沉渣不易清除的難題。

2特點(diǎn)

本工法在鉆孔樁施工中，采用高壓射風(fēng)輔助清孔，縮短了清孔時(shí)間，孔底沉渣減少，提高了清孔速度和成樁質(zhì)量。

本工法的主要特點(diǎn)是：

(1)對(duì)樁底沉渣施工控制較好，孔底沉渣大大減少，符合客運(yùn)專線樁基的設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

(2)相對(duì)于常規(guī)清孔施工縮短了清孔時(shí)間，提高了工效，節(jié)約了成本。

(3)此工法所需輔助施工機(jī)具較少、操作簡便、投入少、效果明顯，適用于客運(yùn)專線鉆孔樁施工時(shí)的輔助清孔。

3適用范圍

樁徑小于2m、樁長在50m左右的客運(yùn)專線的樁基施工時(shí)，采用本工法輔助清孔，效果明顯。對(duì)于較厚砂層等不良地質(zhì)的鉆孔樁及大直徑樁，進(jìn)行清孔時(shí)，須對(duì)射風(fēng)壓力進(jìn)行調(diào)整和控制管理。

4工藝原理

4.1原理

沖擊鉆進(jìn)成孔施工中，鉆頭反復(fù)沖砸基巖，使基巖變?yōu)槭己图?xì)微粉粒，其比較小的石屑和細(xì)微粉懸浮在泥漿中，被泥漿攜帶，排出孔外。較大的顆粒，則緩慢沉淀，沉積在樁孔底部，形成沉渣。導(dǎo)致?lián)Q漿清孔時(shí)間較長，影響清孔速度和成樁質(zhì)量。加之安裝鋼筋籠、導(dǎo)管、漏斗等工序歷時(shí)較長，懸浮于泥漿中的泥渣又沉淀于孔底，造成混凝土灌注前孔底沉渣超標(biāo)。因此，僅僅采用正循環(huán)清孔工藝，難以清除孔底沉渣。

高壓射風(fēng)輔助清孔的原理是：

將具有一定壓力的高壓風(fēng)經(jīng)噴風(fēng)口噴出后，直接射向孔底的沉渣，使其受到?jīng)_動(dòng)，泥漿在高壓風(fēng)的作用下形成紊流，從而將沉渣翻起，脫離孔底，懸浮于泥漿中，再立即灌注水下混凝土，達(dá)到混凝土與樁底基巖快速直接結(jié)合，以減少沉渣厚度。如圖1所示。

高壓射風(fēng)輔助清孔的施工工序?yàn)椋?/p>

終孔后進(jìn)行換漿清孔→檢查泥漿指標(biāo)，第一次射風(fēng)翻渣、安裝鋼筋籠→安裝導(dǎo)管，第二次換漿清孔，輔以間斷式射風(fēng)→泥漿指標(biāo)達(dá)標(biāo)→第二次射風(fēng)翻渣，立即灌注水下混凝土。

4.2操作方法

4.2.1鉆孔樁終孔后，首先進(jìn)行第一次換漿清孔，調(diào)整泥漿指標(biāo)為：含砂率<4％、比重≤1.25、粘度16～22s。

4.2.2泥漿達(dá)到上述指標(biāo)后，進(jìn)行第一次高壓射風(fēng)翻渣，滿足鋼筋籠正確就位的要求，立即安裝鋼筋籠。

4.2.3安裝導(dǎo)管，將泥漿管與導(dǎo)管連接，開啟泥漿泵，進(jìn)行第二次換漿清孔，輔以間斷式高壓射風(fēng)以利排渣，泥漿指標(biāo)調(diào)整為：含砂率<2％、比重≤1.1、粘度17～20s。

4.2.4停止泥漿循環(huán)，拆除泥漿管，安裝漏斗，裝入首盤混凝土。

4.2.5第二次高壓射風(fēng)翻渣3～5min，立即灌注首盤混凝土。

4.2.6在高壓風(fēng)清孔前，先檢查高壓風(fēng)管各部位的連接情況，噴風(fēng)口及配重與高壓風(fēng)管須可靠連接，以免噴風(fēng)口從高壓風(fēng)管脫落后掉人孔內(nèi)。

4.2.7風(fēng)壓的大小與風(fēng)管長度及鉆孔樁深度有關(guān)，其噴風(fēng)口的工作風(fēng)壓按下式計(jì)算：

P=γH+50～100

其中：γ——泥漿容重取11kN／m²

H——鉆孔樁泥漿面至孔底高度單位取m

P——噴風(fēng)口風(fēng)壓單位為KPa

空壓機(jī)風(fēng)壓尚應(yīng)考慮在風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)壓降。第一次翻渣時(shí)宜取高值，第二次翻渣時(shí)宜取中低值。

4.2.8將高壓風(fēng)管插入孔底，反提5～10cm，開啟空氣壓縮機(jī)，待空壓機(jī)風(fēng)包內(nèi)風(fēng)壓達(dá)到計(jì)算值后，緩緩開肩閥門，向孔內(nèi)送風(fēng)。當(dāng)孔口泥漿面發(fā)生“沸騰”現(xiàn)象后，再將閥門全部打開。

注意：送風(fēng)時(shí)不得將閥門猛然開肩，造成高壓風(fēng)快速壓入孔底，以防泥漿來不及補(bǔ)給，造成塌孔。

5工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1工藝流程

5.2操作要點(diǎn)

5.2.1高壓風(fēng)管送風(fēng)時(shí)注意緩緩開啟閥門向孔內(nèi)送風(fēng)，風(fēng)量由小到大，待孔口泥漿形成沸騰現(xiàn)象后，再將閥門全部打開，正常送風(fēng)。

5.2.2因高壓風(fēng)清孔使泥漿循環(huán)速度加快，對(duì)孔壁產(chǎn)生較大沖擊力，采用高壓風(fēng)清孔要嚴(yán)格控制射風(fēng)時(shí)間和送風(fēng)壓力，對(duì)于砂層較厚的地層，在成孔過程中應(yīng)注意采取措施加強(qiáng)護(hù)壁：

5.2.3橡膠風(fēng)管底端50cm范圍采用長50cm的ψ30mm鋼管作噴風(fēng)口。為防止噴風(fēng)口在高壓風(fēng)吹動(dòng)下擺動(dòng)不穩(wěn)，甚至插入鋼筋籠內(nèi)，在噴風(fēng)口鋼管上焊接鋼筋等材料用作配重，橡膠風(fēng)管距孔底5—10cm，導(dǎo)管距孔底40cm；

5.2.4在首盤混凝土灌注前，由于拆除泥漿管、安裝漏斗及灌注水下混凝土準(zhǔn)備期間，少量泥漿中的泥渣會(huì)沉入孔底，因此，第二高壓射風(fēng)翻渣3～5min，將少量沉渣懸浮翻起。高壓風(fēng)射孔時(shí)，噴風(fēng)口應(yīng)間隔式圍繞導(dǎo)管四周移動(dòng)，即在一個(gè)點(diǎn)位處送風(fēng)30sec后，再環(huán)向移動(dòng)50cm至下一個(gè)點(diǎn)繼續(xù)送風(fēng)，將孔底沉渣徹底懸浮起來。如圖3所示。

7勞動(dòng)組織及安全

7.1高壓射風(fēng)清孔時(shí)配備人員

鉆機(jī)操作手一人，清孔一人，監(jiān)控空壓機(jī)儀表盤一人，技術(shù)員一人，施工員一人，試驗(yàn)員一人。

7.2安全措施

7.2.1在高壓射風(fēng)清孔前，應(yīng)先檢查機(jī)械情況，保證橡膠管與射風(fēng)口及橡膠管與空壓機(jī)之間連接嚴(yán)密。

7.2.2空壓機(jī)需放置在施工安全平穩(wěn)處。在進(jìn)行高壓射風(fēng)清孔時(shí)，非作業(yè)人員不得進(jìn)入施工作業(yè)區(qū)。

7.2.3在清孔過程中需派專人監(jiān)控空壓機(jī)儀表盤，必須將出風(fēng)口壓力控制在計(jì)算值以內(nèi)，防止壓力過大造成爆管或塌孔。

7.2.4高壓射風(fēng)清孔時(shí)還應(yīng)提前備好裝載機(jī)、黏土及片石，若發(fā)現(xiàn)塌孔立即回填，避免發(fā)生意外。

8操作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《客專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》(鐵建設(shè)[2005]160號(hào))和《客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)[2005]160號(hào))，高壓射風(fēng)清孔應(yīng)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：

(1)高壓射風(fēng)壓力應(yīng)比孔底壓力大50—100KPa，風(fēng)壓根5.2.5在換漿清孔時(shí)，泥漿應(yīng)達(dá)到階段指標(biāo)要求。

6機(jī)具設(shè)備

本工法每套高壓射風(fēng)清孔的主要機(jī)具、設(shè)備如表1所示。

據(jù)計(jì)算確定，通過壓力表控制；

(2)射風(fēng)口距離孔底高度控制在5cm～10cm為宜：

(3)射風(fēng)時(shí)間以3—5min為宜，上下限值根據(jù)鉆孔樁孔徑、孔深及孔底沉渣厚度決定：

(4)泥漿指標(biāo)：第1次，比重不大于1.25，含砂率小于4％，黏度16～22s

第2次，比重不大于1.1，含砂率小于2％，黏度17～20s

(5)射風(fēng)結(jié)束后，應(yīng)立即灌注首盤混凝土。

9效益分析

實(shí)踐證明，采用高壓風(fēng)輔助清孔，減少孔底沉渣厚度，壓縮清孔時(shí)間，縮短了從成孔到成樁的間隔時(shí)間，施工進(jìn)度加快。

經(jīng)實(shí)測，比常規(guī)清孔工藝縮短清孔時(shí)間2～4小時(shí)以上。按此計(jì)算，每根樁可節(jié)約用電近70KW／h，使成本也有所降低。

高壓射風(fēng)輔助清孔，采用的均為常規(guī)機(jī)械設(shè)備，操作工藝簡單，效率較高，一臺(tái)清孔設(shè)備可供8臺(tái)左右鉆機(jī)作業(yè)，真正實(shí)現(xiàn)了投入小，見效快。