正循環(huán)鉆孔與反循環(huán)鉆孔區(qū)別及適用范圍
正循環(huán)鉆孔是把造漿池制作好的泥漿通過泵壓注入孔內(nèi),進行置換,排除孔內(nèi)的浮渣,并且根據(jù)地質(zhì)情況(如軟土層)和鉆孔深度不斷調(diào)整泥漿比重,以確保孔壓,防止坍孔,“二清”時同時滿足規(guī)范要求的1:1.15的泥漿比重和孔底沉渣厚度。所區(qū)別的是反循環(huán)鉆孔一般采用“氣舉法”清孔,達到同時滿足規(guī)范要求的1:1.15的泥漿比重和孔底沉渣厚度。反循環(huán)清孔操作不當(dāng)容易造成坍孔,在軟土地區(qū)謹(jǐn)慎使用。
正循環(huán)是用水泵壓送沖洗液由鉆桿柱中心進入孔底并經(jīng)鉆頭水口返出,經(jīng)鉆桿與孔壁環(huán)狀間隙上返至孔口,通過地面循環(huán)槽流入泥漿池,不需要孔口密封器等附加裝置,適用于各種鉆進方法。
噴射式反循環(huán),沖洗液由鉆桿柱中心下去,從噴反接頭處流出,在管內(nèi)形成負(fù)壓抽吸力,從而形成孔底局部反循環(huán)。
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(fù)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)。反循環(huán)與正循環(huán)的本質(zhì)區(qū)別在于沉渣的沖洗、上返流速存在巨大差異,反循環(huán)沖洗液攜帶鉆渣后迅速進入過水?dāng)嗝孑^小的鉆桿內(nèi)腔,可以獲得比正循環(huán)高出數(shù)十倍的上返速度。
根據(jù)鉆探水力學(xué)原理,沖洗液在鉆孔內(nèi)的上返速度Va的1.2-1.3倍,即Va=(1.2-1.3)Vs。反循環(huán)鉆進鉆渣在鉆桿內(nèi)運動,是形態(tài)各異的鉆渣群在有限的空間作懸浮運動,鉆渣顆粒要占據(jù)一定液體斷面,在這種特定條件下可以采用長春地質(zhì)學(xué)院在利延哥爾公式基礎(chǔ)上進行實驗給出的公式計算顆粒懸浮速度Vs計算公式為:
Vs=3.1×k1×(ds×(rs-ra)/(k2×r2))的1/2次方
Vs-鉆渣顆粒群懸浮速度(m/s)
ds-顆粒群最大顆粒粒徑(m)
rs-鉆渣顆粒的密度(kg/dm3)
ra-沖洗液的密度(kg/dm3)
k1-巖屑濃度系數(shù);k1=0.9-1.1,濃度越大,k1越??;
k2-巖屑顆粒系數(shù),k2=1-1.1,球形顆粒為1,越不規(guī)則,k2的值越大。
目前,泵吸反循環(huán)鉆桿內(nèi)徑大多數(shù)為150mm,用上述公式計算可知,塊狀為120mm,rs為2.1kg/dm3,ra為1.05kg/dm3,懸浮速度為1.02m/s,按照Va=(1.2-1.3)Vs計算,Va達到1.33m/s
就可以把幾何尺寸小于鉆桿內(nèi)徑的鉆渣排除。目前常用8BS砂石泵額定排量為180m3/h,滿負(fù)荷時沖洗液上返流速可以達到2.83m/s,可以看出該速度遠大于鉆渣上返所需流速1.33m/s的要求,因此進入鉆桿內(nèi)的鉆渣能夠被有效的抽吸上來。
而正循環(huán)鉆進沖洗液攜帶鉆渣后進入鉆桿與孔壁形成的環(huán)閉空間后上返速度是很低的。試計算φ89mm鉆桿與φ0.8m鉆孔的環(huán)閉空間,斷面積為0.495m2,當(dāng)采用兩臺600型水泵并聯(lián)送水,滿排量時沖洗液的上返速度僅達到0.04m/s,根據(jù)上述公式可見正循環(huán)鉆進只有依靠高濃度高密度泥漿來懸浮鉆渣。
綜上所述,反循環(huán)本身所具有的特點,給提高成孔效率、成樁質(zhì)量和綜合經(jīng)濟效益等方面帶來一系列的好處。
1鉆進速度與成樁效率有大幅度提高
鉆頭在工作時的最有利條件是被切割下來的巖土屑,立即能夠從孔底帶出并送到地面,這樣可以減少二次破碎,不會降低效率以及鉆頭的磨損。沖洗液攜帶鉆渣的能力正比例于介質(zhì)的密度和其運動速度的平方,所以影響有效排渣的因素是沖洗液的上返速度。由于鉆孔樁施工的土層多為松散、顆粒差異又較大的土層,因此鉆進速度的高低主要取決于排渣的速度。
正、反循環(huán)兩種鉆進速度的差異,隨著鉆孔直徑以及土層顆粒的增大而增大,一般來說對于地層和技術(shù)要求相同的情況,反循環(huán)施工速度為正循環(huán)的2倍左右。
反循環(huán)鉆進過程就是清孔過程,不但節(jié)省了時間同時又可靠地保證孔底沉渣符合要求。機械鉆進速度的提高和清孔時間的縮短促進施工效率的提高、成樁周期縮短,有效地提高了勞動生產(chǎn)率。
2孔壁穩(wěn)定、成孔質(zhì)量好
反循環(huán)鉆孔樁孔壁的穩(wěn)定,主要是利用靜水壓力來平衡地層壓力維持孔壁的穩(wěn)定。

正循環(huán)

正循環(huán)

正循環(huán)

泥漿泵

正循環(huán)

混凝土輸送導(dǎo)管

自制運鋼筋籠小車

反循環(huán)就位

鋼筋籠

反循環(huán)鉆機就位