摘要：本文结合蒙华铁路三门峡黄河公铁两用大桥工程，通过对深水大径超长桩基、陆上大径超长桩基，陆上中长桩基清孔方法及效果比较，详细介绍了气举式反循环清孔法、泵吸式反循环清孔法及正循环清孔法的施工工艺、优缺点及适用范围。
关键词：气举式反循环清孔法；正循环清孔；深水大径超长桩基清孔
1工程概况
蒙华铁路建成通车后将成为我国最长的运煤专线，是继大秦线之后国内又一条超长距离的运煤大通道。蒙华铁路三门峡黄河公铁两用大桥是蒙华铁路的控制性工程之一，全桥长5658.576m。整个桥梁范围内分布有深水大径超长桩基、陆上大径超长桩基和陆上中长桩基，全桥桩基总计2441根，合计167422延米。
2设计地质
2.1深水大径超长桩基地质
主桥1#～9#墩处于黄河河道之内地质变化复杂，主要地质层有：粉土、粉砂、粉质粘土和圆砾土，曾为黄河主槽道的7#、8#墩位处有淤泥质土，8#墩位处有一层厚度为2m左右的“砂岩”地层。整个施工范围内砂质地层所占比例较大，成孔一清施工尤为重要；气举式反循环钻机成孔，提钻及钢筋笼下放时间较长形成沉渣较厚，二清施工是保障成桩质量的关键因素。
2.2陆上大径超长桩基地质
主桥0#、10#和11#墩以及北引桥N01—N25墩桩基为陆上大径超长桩基，其主要地质有砂质黄土、粉土、粉砂、粉质粘土、粗圆砾土、细圆砾土，其中粉砂与砂质黄土占全桩地质的1/3，清孔施工在整个桩基施工过程中显得尤为重要。
2.2陆上中长桩基地质
南北引桥剩余桩基分布区黄河南北岸堤之上，主要地层有砂质黄土、粉土、粉砂、粉质粘土、粗圆砾土、细圆砾土。其中砂质黄土位于表层，层厚5m左右，采用旋挖钻机干钻法钻进，砂质部分未进入泥浆，对清孔不造成影响；粉砂地层占全桩地质的1/2，并且采用旋挖钻机成孔，成孔一清对于清砂效果不明显，二清成为桩基施工过程中极为重要环节。
3 现场施工及清孔
3.1现场施工工艺介绍
三门峡黄河公铁两用大桥桩基施工工艺分为三种，不同施工工艺配选不同清孔方法。主桥1#～9#墩深水变径超长桩基础采用气举式反循环钻机成孔，一清及二清采用气举式反循环清孔法清孔；陆上大径超长桩基础采用泵吸式反循环钻机成孔，一清采用泵吸式反循环法清孔，二清采用气举式反循环法清孔；其余桩基采用旋挖钻机成孔，一清采用钻斗掏渣，二清采用正循环清孔法清孔。
3.2一清、二清
按照清孔作业所在桩基施工工序中的位置，可以分为一清和二清。一清指钻机钻至设计标高便开始清孔作业的操作工序，一清的主要目的是降低泥浆中的含砂率和泥浆比重，缩短二清时间，在孔壁被破坏的情况下，减少二清时间有助于降低塌孔风险，提高成桩质量；二清指导管下放完成之后，以导管为辅助，对桩底沉渣进行清除的操作工序，二清的目的是保证桩底沉渣厚度符合设计要求，保证成桩质量。
4 清孔工艺
根据泥浆的循环方向可将清孔方法分为正循环清孔法和反循环清孔法，根据清孔动力不同可将清孔方法分为气举式清孔法和泵吸式清孔法，根据施工工艺的区别可将清孔方法分为掏渣法和泥浆置换法。
4.1气举式反循环清孔法
4.1.1工作原理
气举式反循环清孔法工作原理（见右图）是通过空压机产生压缩空气，压缩空气通过风管沿着导管（钻杆）送至气液混合器，高压气流经气液混合器扩散与泥浆充分接触，泥浆受到高压气流冲击在导管（钻杆）内形成浆气混合物，该浆气混合物的比重小于泥浆而上浮，浆气混合物下方形成负压，下部泥浆受大气压及导管（钻杆）外水头压力而上升，新泥浆又受到高压气流冲击形成浆气混合物，以此循环形成稳定流速，泥浆携带泥砂经导管（钻杆）通过泥浆分离器流入泥浆池，分离后的泥浆经管道流入孔内保证孔内水头高度，以此形成循环，达到清孔目的。
4.1.2优缺点及适用范围
（1）优点
本方法所需设备简单，易于满足；清孔动力充足，清孔效果好、效率高。
（2）缺点
由于电力配置及大型空压机移动不易，本方法的施工可移动性较差。
（3）适用范围
本方用于气举式反循环钻机成孔一清，多用于大径超长钻孔灌注桩二清施工。
4.1.3工程应用经验公式参数
（1）气举式反循环清孔动力分析
取混合器下方单位长度导管内泥浆为研究对象，由受力分析
（1）
4.2泵吸式反循环清孔法
4.2.1工作原理
泵吸式反循环清孔法工作原理是通过真空泵把泥浆吸出，在导管（钻杆）顶部形成真空，真空下方的泥浆在大气压作用下向上流动，泥浆携带泥砂经导管（钻杆）流入沉淀池，经沉淀之后的泥浆经管道流入孔内保证孔内水头高度，以此形成循环，达到清孔目的。
4.2.2优缺点及适用范围
（1）优点
本方法清孔速度快、效率高。
（2）缺点
由于电力配置及大型真空泵设备，本方法的施工可移动性较差；对导管及钻杆的通长气密性要求较高；超长桩基清孔困难；快速抽离泥浆，对孔壁影响较大，容易造成缩径，严重时引起塌孔。
（3）适用范围
泵吸式反循环清孔法适用于泵吸式反循环钻机成孔一清，可于中短钻孔灌注桩二清。由于此清孔法需要大功率真空泵，在本工程中，该方法只用于泵吸式反循环钻机成孔一清。
5 结论
深水超长大直径桩基施采用举式反循环钻机成孔，气举式反循环清孔法进行一、二清施工，清孔效果明显，成桩质量良好；
陆上超长大直径桩基采用泵吸式反循环钻机成孔，泵吸式反循环法进行一清，气举式反循环清孔法进行二清施工，清孔效果明显，成桩质量良好；
陆上中长桩基采用旋挖钻机成孔，掏渣法进行一清，正循环法进行二清，清孔效果明显，成桩质量良好；
三门峡黄河公铁两用大桥施工过程中，根据桩基及地质特点选用合适的施工机械及清孔方法，清孔效果明显、成桩质量良好，施工工艺值得推广。
参考文献
[1]朱晓建.气举反循环在钻孔灌注桩二次清孔中的应用[J].考试周刊，2010，21：238-239.
[2]董文渊.气举式吸泥机在混凝土灌注桩清孔中的应用[J].科技情报开发与经济，2003，8：151-152.
论文作者:黄群广
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/6
标签：桩基论文; 泥浆论文; 钻机论文; 陆上论文; 导管论文; 钻杆论文; 地质论文; 《建筑学研究前沿》2017年第29期论文;