鉆孔灌注樁成孔作業(yè)根據(jù)出渣方式的不同,可分為正循環(huán)鉆進(jìn)成孔和反循環(huán)鉆進(jìn)成孔。
正循環(huán)鉆進(jìn)即在鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆具回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的同時(shí),利用泥漿泵通過(guò)鉆桿內(nèi)腔向孔底注入一定壓力的泥漿水(孔壁穩(wěn)定液),泥漿水沖洗孔底并與鉆孔產(chǎn)生的泥渣混合后,攜帶泥渣沿鉆桿與孔壁之間的外環(huán)空腔上升,從孔口流向泥漿池,形成正循環(huán)排渣系統(tǒng)(圖75)。
正循環(huán)鉆進(jìn)具有以下特點(diǎn)∶
(1)多采用泥漿循環(huán),孔壁比較穩(wěn)定。
(2)循環(huán)系統(tǒng)有少量泄漏,循環(huán)也不會(huì)中斷。
(3)當(dāng)孔深不太深、孔徑小于800mm時(shí)鉆進(jìn)效果較好;當(dāng)孔徑較大時(shí),泥漿循環(huán)上返流速低,排渣能力弱。
(4)操作簡(jiǎn)單,工藝成熟,技術(shù)易掌握。
反循環(huán)鉆進(jìn)即將鉆孔時(shí)孔底混有大量泥渣的泥漿通過(guò)鉆桿的內(nèi)腔抽吸到地面排入泥漿沉淀池,新鮮泥漿則由地面直接注入樁孔。按鉆桿內(nèi)泥漿上升流動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源、工作方式和工作原理的不同,分為泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)、氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)和射流反循環(huán)鉆進(jìn)三種。
泵吸反循環(huán)是直接利用砂石泵的抽吸作用使鉆桿內(nèi)泥漿上升而形成反循環(huán),如圖 76所示。泵的吸水口通過(guò)吸水軟管與水龍頭、鉆桿相連接,當(dāng)泵工作時(shí),泵在其進(jìn)水口處形成負(fù)壓,井口的液體在大氣壓的作用下,經(jīng)鉆頭處吸口攜帶鉆削下來(lái)的泥渣由中空的鉆桿內(nèi)腔而上升,通過(guò)水龍頭、膠管從泵中排至沉淀池中,經(jīng)沉淀處理后的流體,以自流的方式。
自井口流至井底,形成泥漿循環(huán)。
泵吸反循環(huán)具有以下特點(diǎn);
(1)反循環(huán)的泥漿循環(huán)上升速度快<2~4m/s),排渣能力強(qiáng),鉆進(jìn)速度快、效率高。
(2)由于排渣能力強(qiáng),當(dāng)鉆頭切入地層在回轉(zhuǎn)扭矩作用下一經(jīng)松動(dòng),就很快被泥漿攜帶出來(lái),不必重復(fù)破碎,所以鉆頭壽命明顯延長(zhǎng)。
(3)由于泥漿下流速度低(一般小于0.3m/s),對(duì)孔壁的沖刷作用小3同時(shí)也由于有新泥漿不斷地向孔內(nèi)補(bǔ)充,使孔內(nèi)水頭與孔外地下水始終保持差2m 以上的壓差,所以孔壁
—般不易坍塌。對(duì)多數(shù)地層,只要能保持2m以上的水壓力,可用清水鉆進(jìn),而清水鉆進(jìn)時(shí),不用專(zhuān)門(mén)制備泥漿,孔壁泥皮薄,孔底沉渣少,成孔質(zhì)量好。
氣舉反循環(huán)又稱(chēng)壓氣反循環(huán),其基本原理是將壓縮空氣通過(guò)供氣管路送至井內(nèi)的氣水混合室,使壓縮空氣與鉆桿內(nèi)腔的泥漿混合,形成重度小于工的三相混合液,在鉆桿外環(huán)空間水柱壓力作用下,使鉆桿內(nèi)三相混合液上開(kāi)涌出地面,將鉆渣排出孔外,形成反循環(huán)。圖77所示為氣舉反循
環(huán)鉆進(jìn)示意圖。
氣舉反循環(huán)具有以下特點(diǎn);
<1)在保證供氣量和供氣壓力的條件下,尤其適應(yīng)于鉆深孔。氣舉反循環(huán)鉆桿內(nèi)三相混合液的上升流速與鉆桿內(nèi)外液柱的重度差有關(guān),因此孔淺時(shí)壓力不足,三相混合液上升速度低,排渣能力弱;當(dāng)孔深增大時(shí),只要有高壓空壓機(jī)不斷增加供氣量和供氣壓力,鉆桿內(nèi)的三相混合液就能獲得理想的上升速度。由于液流上返速度快,能排出大粒徑巖屑,重復(fù)破碎少,其鉆進(jìn)效率也較高。
(2)氣舉反循環(huán)的管路平直,加上有較大的驅(qū)動(dòng)壓力,故管路不易堵塞,即使堵塞了,也易于排除。
(3)帶有鉆渣的三相混合液不流經(jīng)任何工作機(jī)械,設(shè)備磨損小,壽命長(zhǎng)。
(4)在氣舉反循環(huán)的管路中,特別是地面上的管路,各處的壓力都大于一個(gè)大氣壓,故不會(huì)因管路局部密封不嚴(yán)、漏氣而使泥漿循環(huán)中斷或不正常,因此工作可靠。
(5)氣舉反循環(huán)的主要缺陷就是鉆淺孔段時(shí)鉆進(jìn)效率低。孔深在10m以?xún)?nèi)時(shí)鉆進(jìn)效率很低,孔深超過(guò)50m后,即能保證較高的鉆進(jìn)效率。
射流反循環(huán)又稱(chēng)噴射反循環(huán),它是利用射流泵射出的高速液流產(chǎn)生負(fù)壓,使鉆桿內(nèi)的泥漿上升而形成反循環(huán)。射流泵的工作流體可以是泥漿,也可以是水,由高揚(yáng)程的離心泵或往復(fù)泵向射流泵內(nèi)輸入,從射流泵噴嘴噴出形成負(fù)壓,將井底的流體(帶有鉆渣的泥水混合物) 自鉆桿中空引出地面流入沉淀池,經(jīng)處理后再以自流的方式由井口經(jīng)鉆桿與孔壁間環(huán)狀空間流入井底。射流反循環(huán)鉆進(jìn)工作示意圖如圖78所示,圖79所示是 B3A型鉆機(jī)所配用的射流泵結(jié)構(gòu)圖,該射流泵內(nèi)有四個(gè)直徑15mm 的圓柱形噴嘴,射流泵由鉆機(jī)上帶的離心泵驅(qū)動(dòng)工作,工作泵量為 144~150m³/h,泵壓在0.6MPa 左右。
射流反循環(huán)鉆進(jìn)與泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)相比,泵工作條件較好,但增加了一個(gè)射流泵。射流泵較砂石泵優(yōu)點(diǎn)較多,它磨損小、無(wú)運(yùn)動(dòng)件,能自吸,但它受效率的影響,其驅(qū)動(dòng)力仍然不大,適用于鉆淺孔。