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1、导管气举反循环工法成槽施工技术摘要：本文重点介绍导管气举反循环成槽工法、质量控制及常见问题的处理。关键词：成槽；气举反循环；质量控制；问题处理1、概述成槽是地下连续墙施工的关键工序，成槽的垂直度、宽度、槽壁平整度将直接影响墙体的垂直 度及外形尺寸。此外，成槽工序几乎占地连墙施工时间的左右，如何提高成槽功效也是我们关心 的问题。目前我公司曹妃甸港区和在唐山港京唐港区已建成万吨级以上地下连续墙深水泊位二十多 座，最大吨级已达十万吨。根据多年来从事地下连续墙板桩码头施工实践，对曹妃甸港区首钢京唐 公司板桩码头采用导管气举反循环工法成槽总结出了一套成熟的经验。2、土层分布与地下水位2.1 土层分布：曹
2、妃甸港区原始海底面以下以粉细砂和砂性土为主，原始海底面以上为吹填粉细砂 和回填土。2.2、地下水位：地下水稳定水位在2.5m左右，水质接近海水。3、成槽工法的确定3.1成槽工法的选择：曹妃甸港区的土层以粉细砂为主，透水性大、属于易渗漏、易坍塌土层。在该种土层中进行成 槽施工应选择对土体扰动小，精度高、工效快、设备简单的工法来完成。在曹妃甸港区地下连续墙 板桩码头成槽施工中，主要采用导管气举反循环成槽和索式液压抓斗成槽两种工法。根据我公司多 年来的施工实践，对两种工法存在的优缺点进行比较如下：3.1.1导管气举反循环成槽1）成槽时经钻头切削掉的土体落入槽底后，从喷导管的下口吸入，由上口排出槽外，
3、对槽壁的 扰动很小。2）钻头尺寸可根据墙体厚度制作，加工简单便捷，投入低。3）反循环工法能有效将沉在槽底的粉细砂全部喷出，而且成槽与清槽设备合一，简便高效。4）由于采用了具有一定刚度的喷导管，可垂直导向，定位准确，成槽偏差可得到有效控制。5）可有效控制成槽轴线，减小相邻槽段之间的错位。6）单机作业效率较抓斗成槽低，泥浆消耗量较高。由于成槽泥浆在地面循环，如管理不善容易 外溢，影响作业环境。3.1.2索式液压抓斗成槽1）、由于液压抓斗成槽靠斗体和斗头自重对槽内土体进行冲击进尺，且反复上下升降，对槽壁扰 动较大，易造成槽壁坍塌。2）、抓斗开斗尺寸和斗体宽度经常出现与设计尺寸不相符的情况，需另行采购
4、或加工制做斗体， 增加经济投入。3）、由于液压抓斗斗体闭合不严，在粉细砂层中成槽会导致斗体内抓上的砂土回流到槽体内，影 响进度并增加清槽工程作量。4）、液压抓斗虽然有自动纠偏功能，但在实际成槽过程中很难完全控制挖槽的垂直度，一旦出现 偏差，纠正起来十分困难。况且在纠偏过程中导向板需对槽壁一侧进行挤压，易造成槽壁坍塌。5）、相邻槽段抓斗就位控制不准，容易造成相邻槽段错位。6）、单机作业效率较高、泥浆消耗量较少。抓出的渣土可直接装车外运，施工场地可保持干净整 洁。3.1.3通过上述比较可以看出：在曹妃甸港区这种特定的土层中采用导管气举反循环和抓斗两种工 法成槽各有利弊。但考虑到采用导管气举反循工法
5、对槽壁的扰动很小，能有效地防止槽壁坍塌；成 槽精度高，垂直度、平整度及轴线位置等可得到有效控制；清渣换浆简便高效等优点，我公司在该 地区进行板桩码头地连墙特别是技术要求较高的前墙成槽施工时，首选导管气举反循环工法。对其 不足之处，可同时投入多台设备弥补其在工效上的差距，加强管理便可有效控制泥浆外溢，保持施 工场地干净整洁。4、导管气举反循环工法4.1基本原理导管气举反循环成槽工法的基本原理是：将钢管制成的喷导管（其长度大于槽深2米左右）插入 先导孔内，其下端固定在槽底土石中，上端固定在成槽台车上。该导管下端为土、石的入口，上端 为露出地面的喷出口。钻机沿喷导管钻进过程中对土体进行切削，切削掉的
6、土体直接落到槽底，利 用空气压缩机向管底输送高压空气，使喷导管管底入口与上部出口间产生巨大压差，将落到槽底的 土、石喷出地面。此工法系我公司开发的获国家发明专利的成槽技术。4.2设备组成导管气举反循环所用主要设备有：成槽台车、喷导管及以该管为导向滑道的组合潜水钻机、扩孔 修槽修槽设备。辅助设备为：空压机、吊车、渣斗等。4.3工艺流程采用导管气举反循环工法成槽时，其工艺流程如下图工艺流程如图4.4施工方法：施工前首先在导槽内注入泥浆，首段施工前应打设一个与墙等深的先导孔。成槽机架安装调试 完成后，将喷导管插入先导孔内，即可进行成槽作业。成槽时可采用逐步向前推移钻进的方法进行 （见下图）。当完成一
7、个单元槽段后，将钻机改换为修槽设备进行修槽，在修槽作业的同时即可进行 清槽换浆。至此，一个单元槽段的成槽即告完成。下一槽段可利用接头管拔出后形成的圆孔作为先 导孔，按上述步骤进行。组合钻成槽施工正面示意图气举反循环工法成槽示意图4.4.1成槽施工1）先导孔完成后，将成槽机就位，并将喷导管插入先导孔中，采用双钻抱管反循环工法钻孔 成槽。钻孔成槽时，在成槽架头放置一个泥渣斗，启动反循环系统和钻机，让钻机沿喷导管向下钻， 钻进过程中钻头切削的泥块掉到槽底，利用气举反循环气压，将渣土随泥浆通过喷导管排到渣斗里。 渣土沉淀后，分流的泥浆流回槽内，泥浆可重复利用，但应随时检测泥浆的性能，保证满足泥浆质 量
8、标准。在成槽过程中，渣斗充满后应及时更换空斗。当成槽架在施工过程中移动后，喷导管距离 渣斗太远时，可在喷导管与渣斗之间搭设溜槽，使喷出的泥浆和渣土流入斗内。2）当用双钻抱管成槽完一钻时，应将钻机提升，使钻头高过未钻的土面。同时将喷导管提升 至离槽底面50cm100cm,而后移动成槽架，准备下一钻的施工。前后两钻位置重叠三分之一钻头 直径，根据地层特点，每钻水平进尺应控制在20cm内，从单元槽段的一头往另一头移动着钻进，直 至整个单元槽段钻孔完毕。3）成槽过程中，应随时用线锤对吊钻机的钢丝绳和喷导管进行检测，垂直度应符合规范和有 关文件要求，如不能保证时，应调整成槽架水平偏差和喷导管的垂直度，以
9、保证地连墙的垂直度。4）成槽施工过程中仔细复核钻头、钻具磨损情况，如磨损严重应及时更换。5）由于成槽施工需穿越较厚砂层，为防止槽体出现塌孔现象，因此在成槽过程中应加强对泥 浆的控制，注入槽内的泥浆比重控制在（1.051.10）g/cm3且严禁向槽内注入清水，同时还要严格控 制槽内的泥浆液面高度不得低于导墙顶面30cm，当遇渗透系数较大砂层造成槽内泥浆漏失时应及时 补充泥浆以确保液面高度，必要时可向槽内直接投放粘土或膨润土以提高泥浆比重和粘度确保槽壁 稳定，施工过程中如遇严重塌槽现象应回填掺有15%水泥的粘土，待静置5天后方可重新成槽施工。4.4.2修槽1）当单元槽段成槽完毕后，拆下钻机，换上与
10、地连墙等宽度的修槽设备。启动反循环系统，用卷 扬机来回提升修槽设备沿喷导管滑动，靠修槽设备自重冲击、切削槽壁上钻孔过程中没有削掉的泥块， 使槽壁平整。每一次冲击必须到达地连墙设计深度。冲击切削掉的泥块掉入槽底后，从喷导管喷出存 于渣斗内。2）每一次冲击到设计深度后，提升修槽设备出槽，并提升喷导管离槽底10cm，然后移动成槽架， 继续向前扩捣。前后两捣位置必须相交10cm以上，整个修槽过程必须连续，绝不能漏捣。3）每个槽段重复修槽两次。修槽过程中，泥浆比重应控制在1.2以下，在冲击修槽过程中同时进 行泥浆置换。4.4.3清槽换浆1）槽段修理完毕后，启动反循环系统，用喷导管对槽底沉渣进行清理。清槽
11、从槽段的一头往另 一头移动进行，每次移动30cm40cm，每个位置停留一定时间，以使槽底的沉渣从喷导管中充分排 出。2）对槽底沉渣清理至少二遍，使沉渣厚度符合规范与设计要求为止。3）在对槽底清理的同时，根据槽内的泥浆情况，进行泥浆置换，置换后的泥浆比重控制在1.05 1.20。根据地层特点，穿越砂层施工时，为防止砂子沉淀过快，甚至有可能塌方，砼浇注前的泥浆比 重可以适当增大。4）清槽换浆完毕后，用测绳对槽底深度进行测量，其沉渣厚度应符合规范与设计要求，并经监理 验收合格后方可进入下一道工序施工。5、质量控制5.1垂直度控制5.1.1、导墙表面应平整，其上预埋的轨道预埋铁板必须经过抄平，误差不大
12、于3mm,成槽台车轨道 焊接时必须抄平，误差不大于1mm，以保证成槽台车在施工过程中不倾斜。5.1.2、成槽台车组装时要用经纬仪对台车的垂直度进行双向控制，使成槽台车提升喷导管的钢丝绳 和提升组合钻具的钢丝绳在同一垂线上并与地面保持垂直状态。5.1.3、喷导管应选用具有足够刚度的大直径厚壁无缝钢管制作，确保在成槽过程中起到导向作用。5.1.4、为保证地连墙先导孔的垂直度，施工中选用精度较高的旋挖钻机成孔，在成孔 过程中采用电脑实时监控，对成孔的垂直度、深度等进行控制。5.1.5、采用“双钻抱管”工艺进行成槽，即在组合钻具上设置两台潜水钻机，钻机钻进过程中一为 正转，一为反转，使钻机在钻进过程中
13、产生的不平衡力矩相互抵消，避免在钻进过程中因导管受力 不均造成的槽体偏斜。在京唐港建港初期，曾经使用过“单钻抱管”工艺进行成槽施工，结果造成 槽体偏移，不得不进行二次修槽，费时费工。5.1.6、成槽过程中，施工技术员应随时用线锤对钻机的钢丝绳和喷导管进行双向检测，如发现有偏 差，应调整成槽架水平偏差和喷导管的垂直度，保证成槽的垂直度。5.2成槽宽度及平整度的控制5.2.1、成槽应采用与墙等厚的钻具进行。成槽施工过程中应经常检查钻头、钻具的磨损情况，如磨 损严重应及时更换。5.2.2当单元槽段成槽完毕后，拆下钻机，换上与地连墙等宽度的冲击修槽修槽设备，并启动反循环 系统，用卷扬机上下提升修槽设备
14、沿喷导管滑动，靠修槽设备自重冲击切削槽壁上钻进过程中没有削 掉的泥块，使槽壁平整。每一次冲击修槽必须到达设计深度。5.2.3每一次冲击到达设计深度后，提升修槽设备出槽，并提升喷导管离槽底10cm，然后移动成槽架， 继续向前扩捣。前后两捣位置必须相交10cm以上，整个修槽过程必须连续，不能漏捣。5.2.4、每个槽段修槽工序宜重复两次。在冲击修槽过程中同时进行泥浆置换，泥浆比重应控制在1.2g/cm3 以下，5.3清槽换浆控制5.3.1清槽换浆仍用成槽时所采用的导管气举反循环工艺进行。传统的清槽换浆是在修槽的同时启动 反循环系统，对槽底沉渣进行清理并进行泥浆置换。清槽从槽段的一端往另一端移动进行，
15、每次移动 30cm40cm，每个位置停留一定时间，使槽底的沉渣随泥浆一起从喷导管中充分排出，渣土进入渣斗， 泥浆经循环后回流到槽内。为了保证清渣后的泥浆满足要求，应向槽内补充部分新鲜泥浆。修槽结束， 静槽1小时后，重复以上步骤二次清槽，直至沉渣厚度、泥浆重度符合要求为止。该方法最大缺点是 泥浆在循环回流过程中会将部分沉渣重新带入槽内，换浆时间长、效率低且质量不易得到保证。在工 程实践中我们总结出了“封闭式换浆”的新工艺。具体作法是：静槽后启动空压机将泥浆排入盛浆槽 内，当盛浆槽内泥浆快溢出时立即关闭空压机，利用泥浆泵将盛浆槽内的泥浆全部排入沉淀池，同时 往槽内注入新鲜泥浆，并保持液面高度。按以
16、上程序周而复始地进行换浆，直至喷导管排出的泥浆达 到与新鲜泥浆性能一致时，换浆方可结束。这种方法换浆彻底，整个槽（孔）内充满了新鲜的泥浆。 在混凝土浇注过程中可对排出的泥浆进行回收利用，既减少了泥浆的排放，又节约了成本。换浆工作 结束后即可进行槽底清渣，具体方法为：以每30cm的间距缓缓移动成槽台车，利用喷导管将换浆后 沉淀在槽底的渣土排出，同时继续向槽内补充新鲜泥浆，直到槽体内全部成为置换后的新鲜泥浆，沉 渣厚度满足要求后，即可结束清槽换浆工作。该方法清槽换浆彻底，效率较高。封闭式清槽换浆原理和清槽换浆作业现场如下图。图7清槽换浆作业现场5.3.2清槽换浆完毕后，技术人员应会同监理工程师对成槽各项性能指标进行验收，
