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        泵吸反循環(huán)成孔工藝在砂質(zhì)軟土地基中的應(yīng)用研究*

        2015-09-18 06:05:16
        建筑施工 2015年1期
        關(guān)鍵詞:孔底泥漿泵清孔

        上海建工集團股份有限公司 上海 200080

        1 工程背景

        昆山市中環(huán)快速化改造工程地處長三角太湖沖積平原地區(qū),地層中含砂率極高,自地面以下約15 m范圍內(nèi)為黏土層和粉質(zhì)黏土層,具有較好的自然造漿能力,但自15 m范圍以下,粒級在0.075~0.25 mm的細砂含砂率約為40%,黏粒含量僅為3%~5%,其余為粉細砂并局部夾有塊狀砂巖,須人造泥漿施工。

        根據(jù)工程的實際情況,可選擇旋挖鉆機、正循環(huán)成孔反循環(huán)清孔、反循環(huán)成孔的施工工藝,采用反循環(huán)成孔可有效地縮短成孔時間,確保泥漿的攜渣能力,減少對孔壁的擾動,保證成孔的質(zhì)量。

        2 工藝概述

        泵吸反循環(huán)是通過砂石泵的抽吸作用,在鉆桿內(nèi)腔形成負壓,在孔內(nèi)液柱和大氣壓的作用下,孔壁與環(huán)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(nèi)腔,再經(jīng)過砂石泵排至地面沉淀池內(nèi);沉淀鉆渣后,沖洗液流向孔內(nèi),形成反循環(huán)。

        試成孔設(shè)備選用GPS-20型回旋鉆機和4PL-B立式砂石泵(圖1),鉆頭采用單腰帶三翼鉆頭,直徑不小于設(shè)計樁徑。泥漿系統(tǒng)采用人工造漿和自然造漿相結(jié)合方法,含砂率不超過4%,膠體率95%以上,泥漿相對密度1.05~1.15,黏度18~24 s。

        圖1 反循環(huán)成孔設(shè)備

        采用反循環(huán)鉆進成孔施工工藝成孔時,嚴格按照操作規(guī)程減壓低速(最低擋)鉆進,保證開孔的垂直度,并減少對孔底的擾動。

        3 施工過程的控制[1-4]

        為有效利用淺層土的造漿能力,減少自拌泥漿量,在上部約10 m深度鉆進時,采用正循環(huán)自然造漿的方式成孔,利用泥漿開孔,并根據(jù)泥漿參數(shù)情況隨鉆進逐漸加水,將產(chǎn)生的泥漿經(jīng)除砂器除砂并三級沉淀后回抽至鉆孔,同時將部分自造泥漿抽至貯漿池。當鉆進深度達到約10 m時(根據(jù)鉆孔部位的地質(zhì)資料和泥漿參數(shù)確定,一般控制在3 節(jié)鉆桿),改用反循環(huán)成孔。

        反循環(huán)成孔的泥漿參數(shù)主要應(yīng)滿足泥漿護壁的要求,孔底沉渣靠鉆桿內(nèi)的高速流動的泥漿帶出,不必考慮泥漿的攜渣能力,相反,孔底的泥漿黏度有利于粉細砂在泥漿循環(huán)過程中的沉淀。根據(jù)地質(zhì)情況和試成孔的結(jié)果,在反循環(huán)成孔過程中,入孔泥漿黏度控制在18~19 s,含砂率控制在2%左右,相對密度控制在1.1左右。

        反循環(huán)開鉆前將鉆頭提高至距離孔底(反循環(huán)成孔深度)30~50 cm,將孔內(nèi)注滿泥漿,打開真空管路使氣水暢通,然后啟動真空泵產(chǎn)生負壓,待泥漿泵充滿水時關(guān)閉真空泵,立即啟動泥漿泵。當泥漿泵出口真空壓力達到0.2 MPa以上時,打開出水控制閥,把管路中的泥水混合物排到沉淀池(圖2),形成反循環(huán),啟動鉆機慢速開始鉆進。

        由于反循環(huán)成孔過程中,鉆頭只需將孔底土層擾動,孔底的渣土即隨泥漿流抽出,因此應(yīng)嚴格控制鉆進速度和鉆壓,防止鉆進后出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象。原則上全部采用吊鉆的方式以低擋鉆進,進尺速度控制在每節(jié)鉆桿鉆進約40 min,遇到含砂巖土層時,采用暫停進尺,充分排渣的方式減少巖塊堵鉆現(xiàn)象的發(fā)生(圖3)。

        圖2 成孔后沉淀池內(nèi)沉渣

        圖3 成孔過程中抽出的巖塊

        為確保成孔過程中的泥漿有效補給(此為反循環(huán)施工控制的重點之一),宜采用泥漿沉淀后自流回孔內(nèi),適時補充泥漿的方式進行成孔。

        在鉆進過程中,每5 m進尺應(yīng)對泥漿性能進行測試,并及時調(diào)整泥漿指標,確保成孔過程中的泥漿穩(wěn)定性。

        在成孔過程中,泥漿池循環(huán)溝應(yīng)經(jīng)常疏通,泥漿池應(yīng)定期清理沉渣,并及時外運。

        終孔后立即進行清孔,將鉆錐提起30~50 cm,并保持泥漿的正常循環(huán),將相對密度1.05~1.15的泥漿流入孔內(nèi),將鉆孔內(nèi)懸浮較多的泥漿換掉,清孔時間根據(jù)泥漿相對密度及清孔過程中測量沉淀厚度來定。清孔過程中必須設(shè)有專人撈取鉆渣,加快清孔的速度。清孔時間以換完孔內(nèi)原漿為準,并隨時作泥漿指標檢測,取樣宜從排漿口進行,泥漿指標同原漿。清孔時護筒中泥漿水位應(yīng)注意保持穩(wěn)定,以防止鉆孔的任何塌陷。清孔時孔內(nèi)水位要高出地下水位0.5 m以上。

        清孔完成后,及時提出鉆桿,并對成孔后的孔徑情況、泥漿參數(shù)等進行自檢,自檢合格后及時下放鋼筋籠。

        由于樁徑較大,孔口焊接時須保證至少有3 名焊工同時焊接,或采用直螺紋孔口連接的方式,減少鋼筋籠下放時間,同時,對樁長大的部位,采取2 節(jié)鋼筋籠地面拼接整體吊裝的方式大大減少下籠時間。對有超聲波檢測管的工程樁,須保證超聲波管的固定牢固和連接密閉性,并在安裝完成后注滿清水。對鋼筋籠的每節(jié)接頭,在連接完成后均須留下影像資料,以備檢查連接質(zhì)量。

        鋼筋籠下放完成后,應(yīng)立即下放導(dǎo)管,并利用導(dǎo)管進行二次清孔,二次清孔采用反循環(huán)工藝(泵吸或氣舉反循環(huán)),以出口泥漿參數(shù)達到設(shè)計要求為準。

        二次清孔后,在30 min內(nèi)開始澆筑混凝土,混凝土初灌量經(jīng)計算確定,并應(yīng)保證連續(xù)澆筑,在澆筑過程中,經(jīng)孔內(nèi)泥漿抽至儲漿池內(nèi)做后續(xù)施工使用。最后階段被混凝土污染的泥漿直接抽至廢漿池外運?;炷翝仓瓿珊螅皶r檢測超聲波管的完好性,發(fā)生堵管現(xiàn)象及時處理或在相鄰樁位重新布設(shè)。

        4 成孔質(zhì)量控制重點[5,6]

        開始鉆進時保持低擋慢速鉆進,剛開鉆時泥漿相對密度有一個相對穩(wěn)定的時期,每隔30 min檢測泥漿指標并及時調(diào)整;根據(jù)鉆桿進尺,當鉆頭接近護筒底部時,要特別注意將鉆進速度放至最慢擋位且調(diào)整泥漿相對密度,使護筒底部有足夠的泥漿護壁,防止護筒底部薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)坍孔。在鉆進過程中要控制進尺,輕壓、低擋慢速進行,施工中將鉆頭適當提起,防止出現(xiàn)鉆頭及鉆桿的質(zhì)量全部靠孔底承受,形成擴孔。接鉆桿前,待泥漿循環(huán)2~3 min后,并使反循環(huán)系統(tǒng)延續(xù)工作至孔底沉渣基本排凈,然后關(guān)閉泥漿泵,將鉆頭提離孔底,再加接鉆桿。此時需要仔細檢查鉆桿接頭的磨損及密封情況,以防止漏氣、漏水。

        鉆進中不得隨意提動鉆具,孔壁不穩(wěn)定地層提升作業(yè)時一定要采取回灌措施,保持水頭高度以防坍孔。鉆進過程中要經(jīng)常檢查鉆機的水平情況,以此保證鉆桿的垂直度,確保成孔質(zhì)量。

        保持孔內(nèi)水位并經(jīng)常檢查泥漿相對密度。在鉆進過程中,始終保持孔內(nèi)水位高于地下水位0.5 m以上。并控制鉆進,及時排渣、排漿,現(xiàn)場采用泥漿泵排漿,多余泥漿采用泥漿泵抽至泥漿池中循環(huán)利用,防止污染河水。

        接換鉆桿或因其他原因短時停鉆再次開鉆時,應(yīng)按開孔時處理。若因特殊原因長時間停鉆時,應(yīng)提出鉆頭。接換鉆桿或提升鉆頭應(yīng)平穩(wěn),防止沖撞護筒和護壁。

        鉆孔作業(yè)應(yīng)分班連續(xù)進行,并詳細填寫施工記錄,交接班時應(yīng)交待鉆進情況及下一班注意事項。

        經(jīng)常對鉆孔泥漿進行檢測和試驗,不合要求時應(yīng)隨時改正。要經(jīng)常注意地層情況,在地層變化處均應(yīng)撈取渣樣,判斷后記入記錄表中并與地質(zhì)剖面圖核對。

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