反循環(huán)泥漿

基礎(chǔ)工程施工中，大口徑鉆孔樁通常用泥漿作為排碴循環(huán)液和穩(wěn)定液，深基礎(chǔ)中的槽壁式地下連續(xù)墻在施工時(shí)使用鉆掘機(jī)械形成深度較大、開挖長(zhǎng)度較大的槽，槽壁的穩(wěn)定也要通過泥漿對(duì)墻壁施加液壓力來支承開挖。泥漿具有一定重度，對(duì)鉆挖形成的新鮮面產(chǎn)生一定靜液柱壓力，可抵抗作用在孔、槽壁上的側(cè)土壓力和水壓力，相當(dāng)于一種液體支撐，可防止孔、槽壁坍塌和剝落，所以，在某種程度上泥漿主要起著穩(wěn)定孔壁的作用，更多時(shí)候泥漿被稱為穩(wěn)定液。隨著對(duì)地下施工的要求越來越高，較大斷面的孔、槽施工也逐年增多，較大斷面孔、槽的穩(wěn)定問題引起了工程人員的重視，巖土穩(wěn)定液技術(shù)正是適應(yīng)市場(chǎng)需求而形成的一種技術(shù)。2100433B

反循環(huán)鉆進(jìn)法在大口徑（一般大于 Φ 600 ）鉆孔灌注樁中應(yīng)用廣泛，特別是泵吸反循環(huán)以功率消耗最小和方便實(shí)現(xiàn)得到廣大工程界的青睞。它與正循環(huán)工法相比體現(xiàn)出來的優(yōu)越性正在于泥漿的問題上：

（ 1 ）在大口徑鉆孔樁的施工中，由于存在較大的環(huán)狀空間，如果采用正循環(huán)就要求有較強(qiáng)的浮碴能力。浮碴能力與泥漿流速和泥漿濃度有直接關(guān)系，大口徑正循環(huán)中泵量一定的情況下提高流速是不現(xiàn)實(shí)的，只有靠提高泥漿濃度、比重等指標(biāo)來增強(qiáng)浮碴能力，而這些指標(biāo)的提高，鉆速就會(huì)下降，泥皮會(huì)增厚，在澆灌混凝土?xí)r，這層泥皮是不會(huì)去掉的，因此在混凝土樁與原始結(jié)構(gòu)的孔壁間就加了一層如潤(rùn)滑劑一樣的滑動(dòng)層。另外，成孔后要花比較長(zhǎng)的時(shí)間清孔，由于泥漿的濃度大，孔底是很難清理干凈的，這將造成樁的承載力下降。而反循環(huán)浮碴能力依賴于鉆桿內(nèi)腔大的泥漿流速，大的沉碴和巖屑會(huì)從鉆桿內(nèi)腔返回地表，避免了重復(fù)破碎，時(shí)效大大提高，而且增加了鉆頭的壽命，這正是反循環(huán)的優(yōu)勢(shì)。

（ 2 ）反循環(huán)護(hù)壁效果好，泥皮薄。在一般地質(zhì)條件下，只用清水護(hù)壁，自然造漿，只有在地層極不穩(wěn)定時(shí)，才用優(yōu)質(zhì)泥漿，但比重一般不超過 1.05 ～ 1.07 。正循環(huán)需要很大的泵壓力才能推動(dòng)泥漿返流，同時(shí)泥漿在大的壓力下失水造壁，泥皮增厚。另外，正循環(huán)需要的泥漿濃度大，鉆具起下鉆的抽吸作用大，也不利于保護(hù)孔壁。相反，反循環(huán)的泥皮薄，清孔容易，樁的承載力提高。泥漿與基本工法對(duì)應(yīng)的基本指標(biāo)如表 10-2 所示。

泥漿一定要注意以下幾點(diǎn)

（ 1 ）保持一定的水頭高度。特別是地下水位較高時(shí)，護(hù)筒內(nèi)水頭高度保持 2m 以上來保護(hù)孔壁的穩(wěn)定性。

（ 2 ）一般采用清水護(hù)壁，自然造漿，只有在地層極不穩(wěn)定時(shí)，才采用泥漿護(hù)壁， 設(shè)計(jì)泥漿時(shí)，要以最容易發(fā)生坍塌的土層為對(duì)象。 推薦采用如表 10-3 所示泥漿。

（ 3 ）使地層穩(wěn)定的泥漿，最經(jīng)濟(jì)的是膨潤(rùn)土 增粘劑（一般為 CMC ），膨潤(rùn)土粒子可充填孔壁間隙， CMC 是一種纖維素，起膠體保護(hù)和隔水作用。推薦如表 10-4 所示。

（ 4 ）泥漿池的容積一般為單樁樁孔容積的 1 ～ 1.2 倍，以用磚塊砌筑為好，沉淀池的容積一般為 6 ～ 20m 3 ，其數(shù)量依場(chǎng)地大小設(shè)置 2 ～ 3 個(gè)，以輪換使用。

它與正循環(huán)工法相比體現(xiàn)出來的優(yōu)越性正在于泥漿的問題上： （ 1 ）在大口徑鉆孔樁的施工中，由于存在較大的環(huán)狀空間，如果采用正循環(huán)就要求有較強(qiáng)的浮碴能力。浮碴能力與泥漿流速和泥漿濃度有直接關(guān)系，大口徑正循環(huán)中泵量一定的情況下提高流速是不現(xiàn)實(shí)的，只有靠提高泥漿濃度、比重等指標(biāo)來增強(qiáng)浮碴能力，而這些指標(biāo)的提高，鉆速就會(huì)下降，泥皮會(huì)增厚，在澆灌混凝土?xí)r，這層泥皮是不會(huì)去掉的，因此在混凝土樁與原始結(jié)構(gòu)的孔壁間就加了一層如潤(rùn)滑劑一樣的滑動(dòng)層。另外，成孔后要花比較長(zhǎng)的時(shí)間清孔，由于泥漿的濃度大，孔底是很難清理干凈的，這將造成樁的承載力下降。而反循環(huán)浮碴能力依賴于鉆桿內(nèi)腔大的泥漿流速，大的沉碴和巖屑會(huì)從鉆桿內(nèi)腔返回地表，避免了重復(fù)破碎，時(shí)效大大提高，而且增加了鉆頭的壽命，這正是反循環(huán)的優(yōu)勢(shì)。

（ 2 ）反循環(huán)護(hù)壁效果好，泥皮薄。在一般地質(zhì)條件下，只用清水護(hù)壁，自然造漿，只有在地層極不穩(wěn)定時(shí)，才用優(yōu)質(zhì)泥漿，但比重一般不超過 1.05 ～ 1.07 。正循環(huán)需要很大的泵壓力才能推動(dòng)泥漿返流，同時(shí)泥漿在大的壓力下失水造壁，泥皮增厚。另外，正循環(huán)需要的泥漿濃度大，鉆具起下鉆的抽吸作用大，也不利于保護(hù)孔壁。相反，反循環(huán)的泥皮薄，清孔容易，樁的承載力提高。泥漿與基本工法對(duì)應(yīng)的基本指標(biāo)如表 10-2 所示。

泵吸反循環(huán)施工中泥漿一定要注意以下幾點(diǎn)：

（ 1 ）保持一定的水頭高度。特別是地下水位較高時(shí)，護(hù)筒內(nèi)水頭高度保持 2m 以上來保護(hù)孔壁的穩(wěn)定性。

（ 2 ）一般采用清水護(hù)壁，自然造漿，只有在地層極不穩(wěn)定時(shí)，才采用泥漿護(hù)壁， 設(shè)計(jì)泥漿時(shí)，要以最容易發(fā)生坍塌的土層為對(duì)象。 推薦采用如表 10-3 所示泥漿。

（ 3 ）使地層穩(wěn)定的泥漿，最經(jīng)濟(jì)的是膨潤(rùn)土 增粘劑（一般為 CMC ），膨潤(rùn)土粒子可充填孔壁間隙， CMC 是一種纖維素，起膠體保護(hù)和隔水作用。推薦如表 10-4 所示。

（ 4 ）泥漿池的容積一般為單樁樁孔容積的 1 ～ 1.2 倍，以用磚塊砌筑為好，沉淀池的容積一般為 6 ～ 20m 3 ，其數(shù)量依場(chǎng)地大小設(shè)置 2 ～ 3 個(gè)，以輪換使用。2100433B

鉆井機(jī)（drill）泥漿或水從鉆桿進(jìn)入，從井口流出，為正循環(huán)鉆井機(jī)。泥漿或水從鉆桿吸出，從井口流入，為反循環(huán)鉆井機(jī)。正反循環(huán)是指鉆井液（泥漿或水）在鉆井機(jī)中的循環(huán)方式說的，鉆井機(jī)鉆頭在鉆進(jìn)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生渣土、渣石等，通過正反循環(huán)可以由泥漿這些渣子帶到地面，再經(jīng)過沉淀池沉淀以后泥漿再回到鉆孔，這樣不停的循環(huán)，最后成孔。反循環(huán)可以帶出直徑較大的渣。我們的專利產(chǎn)品為潛水反循環(huán)深井鉆井機(jī)。

反循環(huán)鉆探泵吸反循環(huán)鉆探

利用砂石泵（離心泵的一種）的抽吸作用，在鉆桿內(nèi)形成負(fù)壓，在大氣壓力作用下，循環(huán)液從泥漿池流入井口，經(jīng)循環(huán)間隙流向井底，與井底破碎的巖粉混合在一起，被吸入鉆桿內(nèi)腔，上升至地面，經(jīng)排出管、砂石泵進(jìn)入沉淀池，沉淀后的循環(huán)液繼續(xù)進(jìn)入井內(nèi)，形成反循環(huán)鉆進(jìn)。

泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)之前，井內(nèi)水位以上的鉆桿內(nèi)沒有循環(huán)液，因此在啟動(dòng)砂石泵之前，必須設(shè)法使井內(nèi)水位以上的鉆桿、管內(nèi)充滿循環(huán)液。一種方法是在上部管內(nèi)安裝一真空泵，使砂石泵吸水口至井內(nèi)水位以上的鉆桿、管路內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，從而使鉆桿內(nèi)的水位提高，最后使循環(huán)液充滿整個(gè)砂石泵的吸水管路。另一種方法是安裝一臺(tái)注水泵（離心泵），向砂石泵吸水管路注水，吸水管路充滿循環(huán)液后再啟動(dòng)砂石泵。泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)所用循環(huán)液一般為清水，在易坍塌地層亦可用泥漿。為防止井壁坍塌，井內(nèi)液面要高于地下靜水位2m。泵吸反循環(huán)所用的砂石泵，其流量為240~500m³/h,有效吸水壓力為6x10⁴~7x10⁴Pa。

泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)效率隨孔深的增加而下降，在井深50m以內(nèi)，效率較高，稱高效工作區(qū)段。當(dāng)井深超過70m后，雖也能工作，但效率已很低，因此50~70m稱為經(jīng)濟(jì)工作區(qū)段。

泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)中，一個(gè)重要的問題是選擇和確定鉆桿內(nèi)循環(huán)液的上升速度。影響循環(huán)液上升速度的因素主要由以下幾點(diǎn)：循環(huán)液中巖屑的含量，一般推薦循環(huán)液中巖屑含量不超過8%~10%；鉆桿內(nèi)壁表面應(yīng)光滑、平整，不應(yīng)有收縮、臺(tái)階等情況，避免循環(huán)液流動(dòng)過程過大的摩擦損失和渦流損失；井壁與鉆桿之間的環(huán)狀間隙的循環(huán)液下降流速不能過大，以防止循環(huán)液沖垮井壁，推薦循環(huán)液下降流速為0.01~0.03m/s。鉆桿內(nèi)腔斷面與井孔斷面之比推薦1/100。

反循環(huán)鉆探氣舉反循環(huán)鉆探

氣舉反循環(huán)的工作原理是將壓縮空氣通過供氣管路送至井下的氣水混合室，并使壓縮空氣與鉆桿內(nèi)的循環(huán)液混合，從而形成密度比鉆桿外液體密度小的混合液柱?；旌弦涸诠軆?nèi)外壓差的作用下，沿鉆桿內(nèi)腔上升經(jīng)排渣管排至沉淀池，經(jīng)沉淀后的循環(huán)液以自流方式連續(xù)不斷地流入井內(nèi)環(huán)狀間隙，形成反循環(huán)。

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，可用如下公式：

（L_w H）γ_h=hγ_x L_wγ_xy

其中

H--混合室下入井內(nèi)的深度；

h--混合室至排渣管中心的高度；

L_w--尾管長(zhǎng)度；

γ_h--沖洗液重度；

γ_x---雙壁鉆桿內(nèi)腔固、氣、水三相平均重度；

γ_xy--尾管內(nèi)固、液兩相平均重度。

若不考慮各種阻力、慣性力，要使整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，則必須是：

（L_w H）γ_{h >}hγ_x L_wγ_xy。