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【摘 要】 在科举博物馆地下连续墙施工中，对沉渣厚度和混凝土浇筑要求高，传统正循环清孔很难满足要求，为解决这一施工难题，采用气举反循环清孔工艺，清孔速度快,效果好，降低施工成本，本文介绍了气举反循环原理、空压机参数计算以及施工注意事项。
【关键词】 地下连续墙；气举反循环；清孔；沉渣厚度；空压机参数；质量保障
【中图分类号】 TU721+.3 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2014）01-022-01工程概述
科举博物馆地位于南京市秦淮区贡院街以北、贡院西街以东、健康路以南、平江府路以西。科举博物馆主馆为地下4层，基坑开挖深度20.5m，围护结构要求高，难度大，本工程采用1000mm厚“两墙合一”地下连续墙作为围护体，深度39.8m，进入第④-2泥质砂岩层（中风化）不小于2m，地下连续墙既作为基坑开挖阶段的挡土止水围护体，同时作为地下室结构外墙，地下连续墙槽段接头采用圆形锁口管接头，北侧邻近明远楼区域采用1000mmT型地墙。基坑北侧靠近明远楼区域及西侧需清除地下障碍物区域地墙两侧设置Φ850@600三轴水泥土搅拌桩槽壁加固，其余区域地墙外侧槽段接缝处采用Φ1000@700高压旋喷桩止水。
2 气举反循环清孔
本工程地下连续墙成孔尺寸长度5000～6000mm，宽度1000mm，深度39.8m，规范要求沉渣厚度≤10cm，孔底沉渣过厚会影响承载力及墙身完整性，沉渣过厚，地下连续墙端沉降越大，过大的沉渣厚度可能使其墙端阻力还未完全发挥就已经达到了极限沉降量，使其承载能力显著降低。混凝土浇筑正常情况下，混凝土内局部可能有夹块，夹块主要由两部分组成，即泥浆中的砂砾沉淀物以及钢筋笼下放过程中从井壁上刮落的粘泥块过厚，在砼浇筑时，沉淀物随着混凝土上升，因有钢筋笼或井壁阻隔，使沉淀物停滞在局部范围内，并最终造成地连墙局部缺陷。合理控制孔底沉渣厚度是保证地下连续墙质量的关键。
传统正循环清孔工艺，清孔时间长，如果泥浆泵流量偏小，将出现大颗粒砂砾悬浮在一定高度以下，另外因为井壁处泥浆比井中心部位流速慢，造成泥浆含砂率不均匀，最终不能将泥浆中砂砾完全置换到井外去，清渣不彻底。为解决孔内沉渣这一施工难题，我们采用了气举反循环清孔工艺。工程实践证明不仅有效地清理孔底沉渣，承载力得到保证，而且加快施工进度，效率较高。
3 气举反循环原理
气举反循环又称压气反循环，其工艺原理：在地墙成孔后、混凝土浇灌前，先将进风管放入导管内一定深度位置，再将压缩空气通过进风管送至端部气液混合器，使压缩空气与导管内的泥浆混合，形成密度比导管外泥浆密度小的泥浆、空气、沉渣三相混合浆液。混合浆液在管内外压差的作用下，流沿导管向上流动进入排浆管，被排出孔口，流进泥浆池沉淀过滤，同时使用泥浆进浆管向孔内注入泥浆，保持孔内泥浆水位不变，直至孔底沉渣厚度达到规范要求。
气举反循环示意图（h1导管顶到浆液顶距离；h2浆液顶到混合器距离；h3混合器到导管底距离；h4导管底到沉渣面距离）
4 气举反循环工作参数的选择
空压机风压及风量计算：
选定水液混合器的埋深后，可以确定空压机的初始最小风压 P0(MPa)，计算公式（1）可用：
P0=?酌s·g·h2×10-6+△P （1）
γs泥浆比重（kN/m3），一般取1.15～1.18；g—重力加速度（N/kg），取9.8；h2—水液混合器沉没深度（m），一般取0.6倍孔深；△P—供气管道压力损失，一般取0.05～0.1MPa
P0=1180kN/m3×9.8N/kg×23.7m×10-6+0.1MPa=0.37 MPa
由于地下连续墙槽段沉渣厚度大，泥浆比重大，确保泥浆循环系统的顺利启动，初始压力使用0.5MPa。
空压机风量Q（m3/min）是根据导管内混合浆液上返速度及导管内径来计算的，计算公式（2）可用：
Q=β·d2·v （2）
β为经验系数，一般取2～2.4；d为导管内直径（m）；v 为导管内混合浆液上返流速（m/min），一般取90～120。
Q=2.4×0.15m×0.15m×120m/min=6.48m3/min
5 施工过程的注意事项及工艺评价
开始送风时应先孔内送浆（补浆），清孔结束后，应先关气
后断浆。清孔过程中，特别要注意补浆量，严防因补浆不足而造成塌孔。孔内泥浆面必须高于地下水位1.0m以上，并且不低于导墙顶面0.5米，泥浆面也不能过高，避免溢出槽孔，造成施工场地污染，槽内泥浆液面处于导墙面下30cm为宜。导管下放深度以导管底距沉渣面300～400mm为宜，如果沉渣过厚，可适当减少离沉渣面的距离，增大通风量，提高吸浆速度，以利排渣。
气举反循环的初始压力比较大，大于理论计算值，形成正常循环系统后，压力就稳定在0.2MPa左右，小于理论计算值。笔者认为这主要是由于形成循环之初，孔底泥浆密度较大，并且孔底的沉渣较厚，使反循环系统的启动较难，循环后，导管内气、泥浆、沉渣三相混合液比重比小于原浆液比重，P=γs1·g·h。空压机的风量在循环初始阶段需要较小，一旦形成循环后，就可以根据排渣口的返渣情况，调节送风量来控制浆液的流动速度，一般风量控制在6～8m3/min之间就能够满足清底和循环浆液的需要。
气举反循环工艺设备少、工艺方便、易于操作、性能可靠，其主要设备空气压缩机、压力容器储气罐、导管、进气管及接头法兰等。气举反循环清渣速度快，有利于缩短工期，清孔返浆速度快，携渣能力强，清孔过程中形成的泥皮较薄从而使摩阻力增大，地连墙墙底沉渣清除较为彻底，经钻孔取芯及超声波检测完整性检测，沉渣少，满足地下连续墙规范及设计要求，墙体混凝土完整性好。
6 结语
实践表明，气举反循环清渣速度快，且效果良好，其工艺清孔一般在20～30min内即可完成，沉渣厚度达到2～5cm，孔底沉渣厚度均能满足规范要求，解决了地下连续墙施工中的沉渣控制的难题。由于清孔时间短，泥浆消耗量少，降低了施工成本。槽孔底浆液比重较大，大量孔底浆液排到泥浆池沉淀过滤，使浆液循环比较彻底，容易保证浆液比重控制在合理范围，孔内浆液上、中、下浆液比重差值不大，清孔过程中形成的泥皮较薄，为混凝土浇筑提供良好环境，气举反循环工艺是地下连续墙施工质量的重要技术保障。
参考文献
1 郭垦.江苏省建筑安装工程施工技术操作规程（第二分册）地基与基础工程[M].北京：中国城市出版社，2006：191
2 周曙春.正循环钻进、气举反循环清孔工艺施工应用[J].岩土工程学报，2011，33（增刊2）：166-168
3 贾兆兵.气举反循环二次清孔技术在百米深桩施工中的应用[J].交通科技，2007（5）：22-23，26
4 唱伟.气举反循环技术在上海长春藤名品商厦地下连续墙施工中的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2004（3）：17-19