第三節(jié)

反循環(huán)成孔技術(shù)一、反循環(huán)的特點(diǎn)及類型反循環(huán)鉆進(jìn)是指循環(huán)介質(zhì)從鉆桿與孔壁的環(huán)狀間隙進(jìn)入鉆孔，再?gòu)你@桿內(nèi)返回孔口的一種鉆井工藝。在大口徑正循環(huán)鉆進(jìn)中，由于鉆具與孔壁的環(huán)狀空間斷面尺寸大，泥漿泵的泵量有限，泥漿上返速度很低，因此，鉆屑在孔底必須充分破碎后才能被排出。第三節(jié)反循環(huán)成孔技術(shù)1這會(huì)帶來(lái)三個(gè)問(wèn)題，一是充分破碎鉆屑要消耗較多的能量和時(shí)間，影響鉆進(jìn)效率并加快了鉆頭磨損；二是細(xì)小鉆屑很難通過(guò)振動(dòng)篩或泥漿沉淀池加以清除，泥漿處理難度大，目前在城市施工大部分是將濃漿用槽車外運(yùn)，拉至郊外場(chǎng)地排放，在市區(qū)施工往往離排放場(chǎng)地幾十公里，白天市內(nèi)交通繁忙，很難外運(yùn)，只有夜間運(yùn)輸；三是在泥漿上返速度不大的情況下，只有增大泥漿粘度和密度才有利于上返鉆屑，這也會(huì)在井壁形成厚的泥皮，增大清孔工作量，影響樁的承載力。這會(huì)帶來(lái)三個(gè)問(wèn)題，一是充分破碎鉆屑要消耗較多的能量和時(shí)間，影2采用反循環(huán)鉆進(jìn)，泥漿上返速度一般可達(dá)2－3.5m/s,所以，可以排出粒徑很大的鉆屑，而且排出速度很高。在一般正循環(huán)鉆進(jìn)比較困難的卵礫石層，只要卵礫石能從鉆桿內(nèi)順利通過(guò)，就可不經(jīng)破碎而直接排出孔口。實(shí)現(xiàn)反循環(huán)的方法可分為兩大類：一是直接壓送法，二是抽吸法。直接壓送法有兩種實(shí)施方案：其一封閉孔口處鉆桿與護(hù)筒之間的環(huán)狀間隙，從孔口向這個(gè)環(huán)狀間隙中壓送循環(huán)液，循環(huán)液到達(dá)孔底后從鉆桿內(nèi)上返。采用反循環(huán)鉆進(jìn)，泥漿上返速度一般可達(dá)2－3.5m/s,所以，3這種方法所用設(shè)備簡(jiǎn)單，但它只適用于非漏失層或漏失量很少的地層，或用于套管有效封閉漏失層之后。其二，使用雙壁鉆桿，從地面沿雙壁鉆桿之間的環(huán)狀間隙壓入沖洗介質(zhì)，沖洗介質(zhì)到達(dá)孔底后從內(nèi)管中上返。后一種方法，要使用專用鉆具，但對(duì)地層的適應(yīng)性較好，也不需封閉孔口，故已在地質(zhì)勘探工作中用于水力反循環(huán)連續(xù)取芯鉆進(jìn)，在砂礦勘探中用于空氣反循環(huán)中心取樣鉆進(jìn)。這種方法所用設(shè)備簡(jiǎn)單，但它只適用于非漏失層或漏失量很少的地層4不過(guò)，由于大直徑的雙壁鉆桿較笨重，因而這種方法在樁孔施工中很少應(yīng)用。抽吸法，是利用離心泵、氣舉泵或射流泵從循環(huán)管路的終端（出口）或中段某處，形成負(fù)壓和反向壓差，并由此產(chǎn)生抽吸力，從鉆桿中心通孔抽吸循環(huán)介質(zhì)，形成沖洗介質(zhì)的連續(xù)反循環(huán)。依形成負(fù)壓方法、設(shè)備的不同，通常把抽吸法反循環(huán)分為泵吸反循環(huán)、氣舉反循環(huán)和射流反循環(huán)三種類型。這些反循環(huán)方法，由于工藝和設(shè)備均較簡(jiǎn)單，已在大口徑鉆孔施工中得到廣泛應(yīng)用。不過(guò)，由于大直徑的雙壁鉆桿較笨重，因而這種方法在樁孔施工中很5二、反循環(huán)鉆進(jìn)的流體力學(xué)基礎(chǔ)要深入了解研究反循環(huán)鉆進(jìn)，正確地進(jìn)行參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，掌握好鉆井工藝，就必須對(duì)反循環(huán)鉆進(jìn)中涉及的流體力學(xué)基本問(wèn)題有一個(gè)了解。這個(gè)問(wèn)題日益受到人們的重視，研究工作亦有不少進(jìn)展，但由于反循環(huán)系統(tǒng)涉及的問(wèn)題比較復(fù)雜。例如，氣舉反循環(huán)就是一個(gè)氣、固、液三相流問(wèn)題，而且因素多變，目前雖有一些理論解釋與計(jì)算公式，但還不能說(shuō)這一問(wèn)題已較好解決，還有待于進(jìn)一步的研究與探索。二、反循環(huán)鉆進(jìn)的流體力學(xué)基礎(chǔ)6三、泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)1.泵吸反循環(huán)工作原理泵吸反循環(huán)的關(guān)鍵設(shè)備是砂石泵，砂石泵的吸入口與膠管、水籠頭上面彎管及整個(gè)鉆桿柱相連，砂石泵的排出管口對(duì)著沉淀池。泵吸反循環(huán)就是利用砂石泵將鉆桿柱內(nèi)帶有鉆屑的泥漿抽到沉淀池，沉淀后的泥漿經(jīng)泥漿槽以自流的方式或經(jīng)循環(huán)箱或以其他方式再流回鉆孔，從而實(shí)現(xiàn)泥漿的反循環(huán)。如圖6-19所示。三、泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)7

圖6-19泵吸反循環(huán)示意圖1－轉(zhuǎn)盤；2－鉆桿；3－鉆頭；4－沉淀池；5－水龍頭排硫管；6－砂石泵。圖6-19泵吸反循環(huán)示意圖8砂石泵一般為離心式泵。一般說(shuō)來(lái)，離心泵葉片數(shù)目越多，泵效率越高，但通道直徑越小。砂石泵為了增大通道直徑，一般為二個(gè)葉片，效率在50－60％左右。表示砂石泵性能的主要參數(shù)有：流量Q、全揚(yáng)程H,吸程Hs,自由通道直徑d。鉆孔工作對(duì)砂石泵的要求是吸程要足夠大，一般吸程要保證在7m以上，因?yàn)闆](méi)有足夠的吸程，就不能打比較深的孔，同時(shí)工效也會(huì)較低．對(duì)揚(yáng)程要求不高，因?yàn)槌恋沓鼐啾煤芙Ｉ笆靡话銥殡x心式泵。一般說(shuō)來(lái)，離心泵葉片數(shù)目越多，泵效率越92．砂石泵的啟動(dòng)方式由于砂石泵一般為離心式泵，且安裝在地表，在泥漿還沒(méi)有開始反循環(huán)之前，砂石泵吸入管路中的膠管、水籠頭及彎管、主動(dòng)鉆桿均為空氣所充滿，離心泵抽吸空氣的能力非常有限，要啟動(dòng)砂石泵形成反循環(huán)，就必須先排除砂石泵吸入管路中的空氣，有兩種排氣方法：真空泵排氣和灌注泵排氣。(1)真空泵啟動(dòng)砂石泵。我國(guó)生產(chǎn)的QZ－3型、QZ－200型鉆機(jī)采用了真空泵啟動(dòng)砂石泵的方法。QZ－200型鉆機(jī)泵吸反循環(huán)系統(tǒng)如圖6-20所示。2．砂石泵的啟動(dòng)方式10圖6-20QZ-200型鉆機(jī)泵吸反循環(huán)系統(tǒng)1－砂石泵；2－沉淀池；3－真空包；4－真空泵；5－氣水分離器，6－吸氣管線；7－轉(zhuǎn)盤；8－鉆具。圖6-20QZ-200型鉆機(jī)泵吸反循環(huán)系統(tǒng)11真空泵的吸氣管與真空包相連，真空包的吸氣管經(jīng)過(guò)一段透明塑料管后分別接到砂石泵泵殼最上端和水龍頭彎管頂部。用真空泵啟動(dòng)砂石泵的過(guò)程：砂石泵出口處安裝一蝶形閥，關(guān)閉蝶形閥即封住砂石泵的出口。啟動(dòng)真空泵，打開吸氣管線上所有閥門，將砂石泵吸入管路中的空氣抽出。隨著空氣被抽出，砂石泵吸入管路中的真空度增大，在外界大氣壓的作用下，泥漿在主動(dòng)鉆桿內(nèi)不斷上升。真空泵的吸氣管與真空包相連，真空包的吸氣管經(jīng)過(guò)一段透明塑料管12當(dāng)泥漿注滿泵體時(shí)，塑料透明管中就有泥漿通過(guò)，馬上關(guān)閉小閥門A；當(dāng)塑料透明管中再次有泥漿通過(guò)時(shí)，說(shuō)明泵體及整個(gè)吸入管路中的空氣已全部排除，應(yīng)迅速關(guān)閉閥門B，立即啟動(dòng)砂石泵。砂石泵轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，打開砂石泵出口蝶形閥，實(shí)現(xiàn)反循環(huán)，然后再關(guān)閉真空泵。利用真空泵抽真空啟動(dòng)砂石泵，要求砂石泵及其吸入管線系統(tǒng)密封可靠，否則往往啟動(dòng)無(wú)效．當(dāng)泥漿注滿泵體時(shí)，塑料透明管中就有泥漿通過(guò)，馬上關(guān)閉小閥門A13(2)灌注泵啟動(dòng)砂石泵。上海探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的GPS－15型鉆機(jī)的砂石泵就是利用3PN泥漿泵作為灌注泵來(lái)啟動(dòng)的。圖6-21為GPS-15型鉆機(jī)使用的灌注泵啟動(dòng)砂石泵的三泵反循環(huán)系統(tǒng)，它是目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的泵吸反循環(huán)裝置。所謂三泵，即砂石泵(6吋）、泥漿泵(3PN型）和清水泵（1BA-6型）。(2)灌注泵啟動(dòng)砂石泵。上海探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的GPS－15型鉆14

圖6-21GPS-15型鉆機(jī)“三泵”反循環(huán)系統(tǒng)1-電動(dòng)機(jī)；2-聯(lián)軸器；3-傳動(dòng)軸；4-離合器；5-清水泵；6-泥漿泵；7-砂石泵；8-彎管；9-彎管閥門；10-排碴閥門；11-吸碴管；12-吸水管；13-排碴管如圖所示，電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)軸（3）、離合器（4）(兩個(gè)聯(lián)動(dòng)）以及三角皮帶分別帶動(dòng)上述三個(gè)泵。泥漿泵(6）與砂石泵(7)之間用彎管(8)連接，打開閥門(9)，兩泵即互相連通。啟動(dòng)砂石泵之前，利用清水泵(5)向泥漿泵內(nèi)灌水，灌滿后立即啟動(dòng)泥漿泵，并打開彎管閥門(9)，關(guān)閉排碴閥門(10)，泥漿泵向砂右泵及其吸水管線灌注泥漿。

15灌注泵的流量較大，強(qiáng)大的泥漿流將砂石泵吸入管路中的空氣從孔底排出。灌注泵工作一段時(shí)間后，啟動(dòng)砂石泵，待其運(yùn)轉(zhuǎn)正常后打開排碴閥門，關(guān)閉彎管閥門即可實(shí)現(xiàn)反循環(huán)。清水泵排出的清水除灌注泥漿泵外，還以膠管引向泥漿泵和砂石泵軸端密封盒內(nèi)，起強(qiáng)制潤(rùn)滑和密封作用（利用壓力清水阻止泥漿向外滲漏和空氣進(jìn)入泵內(nèi)）。砂石泵的結(jié)構(gòu)如圖6-22所示。灌注泵的流量較大，強(qiáng)大的泥漿流將砂石泵吸入管路中的空氣從孔底16

圖6-22砂石泵1－吸入管；2－泵殼；3－葉輪；4－密封壓蓋；5－軸；6－軸承座；7－皮帶輪；8－底座。圖6-22砂石泵17灌注樁施工反循環(huán)課件18當(dāng)只開動(dòng)灌注泵且關(guān)閉排碴閥門時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正循環(huán)。由此可見該系統(tǒng)正、反循環(huán)的轉(zhuǎn)換非常方便，若反循環(huán)管路堵塞了，可用正循環(huán)沖堵。利用灌注泵注水啟動(dòng)，當(dāng)孔較深時(shí)，滯留在鉆桿中的空氣不易沖凈，對(duì)砂石泵的啟動(dòng)有些不利，常需要增長(zhǎng)灌注時(shí)間．灌注樁施工反循環(huán)課件193．泵吸反循環(huán)有關(guān)參數(shù)選擇（1）鉆桿長(zhǎng)度。在泵吸反循環(huán)管路中，壓力最低點(diǎn)在水籠頭上的彎管頂部，為使該處的壓力不小于泥漿的汽化壓力，泵吸反循環(huán)一般采用較短的鉆桿和主動(dòng)鉆桿（一般為3m）；當(dāng)孔較深時(shí)至少還要配備一節(jié)1.5m長(zhǎng)的短鉆桿。（2）鉆桿內(nèi)泥漿上返流速。鉆桿內(nèi)泥漿上返流速必須大于鉆屑在鉆桿內(nèi)的沉降速度。鉆孔直徑大，鉆桿內(nèi)徑大，上升的鉆屑顆粒亦大，則流速ua宜選大一些，反之，則應(yīng)小一點(diǎn)。流速ua高，則鉆進(jìn)速度可以提高，鉆桿柱內(nèi)外重度差所形成的壓差hl減小，但沿程及局部阻力損失增大。3．泵吸反循環(huán)有關(guān)參數(shù)選擇20總結(jié)國(guó)內(nèi)外施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為，鉆桿內(nèi)泥漿上返流速以2-4m/s為宜，最低可采用1.5m/s。(3）鉆桿內(nèi)徑。鉆桿內(nèi)徑大，鉆進(jìn)過(guò)程中的各種壓力損失都可減小，可增大反循環(huán)鉆進(jìn)所能達(dá)到的鉆孔深度；同時(shí)鉆桿內(nèi)徑大，上返的鉆屑顆粒也大，且不易產(chǎn)生管道堵塞，從而鉆進(jìn)速度也可提高。但鉆桿直徑太大，當(dāng)鉆桿內(nèi)泥漿上返流速一定時(shí)，增大了泥漿的泵量和鉆桿外環(huán)隙中的泥漿流速，對(duì)孔壁沖刷作用也大?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為，鉆桿內(nèi)泥漿上返流速以2-421一般可選d≥D/10，且d>100mm，具體選擇時(shí)要保證鉆桿外環(huán)隙中的泥漿流速在0.02～0.04m/s,最大不超過(guò)0.16m/s。（4）砂石泵流量Q式中：d－鉆桿內(nèi)徑（m）；ua－鉆桿內(nèi)泥漿上返流速(m/s)。一般可選d≥D/10，且d>100mm，具體選擇時(shí)要保證鉆22砂石泵出廠時(shí)標(biāo)定的流量是指抽吸清水的流量。實(shí)際施工時(shí)，砂石泵抽吸的是含有大量鉆屑的泥漿，故實(shí)際流量小于其標(biāo)定的額定流量。因此，按上式選擇砂石泵時(shí)，要視沖洗液類型乘以一個(gè)大于1的系數(shù)，其泵量才能滿足實(shí)際施工需要。4.泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝(1)砂石泵啟動(dòng)后，應(yīng)待形成正常反循環(huán)，才能開動(dòng)鉆機(jī)慢速回轉(zhuǎn)，下放鉆頭至孔底。開始鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)先輕壓慢轉(zhuǎn)至鉆頭正常工作后，逐漸增大轉(zhuǎn)速，調(diào)整鉆壓，以不造成鉆頭吸水口堵塞為限度。砂石泵出廠時(shí)標(biāo)定的流量是指抽吸清水的流量。實(shí)際施工時(shí)，砂石泵23(2)鉆進(jìn)中應(yīng)認(rèn)真細(xì)心觀察進(jìn)尺情況和砂石泵的排水出碴情況；排量減小或出水中含鉆碴量太多時(shí)，應(yīng)控制給進(jìn)速度，防止因循環(huán)液密度太大或管道堵塞而中斷反循環(huán)。(3)鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)根據(jù)不同的地層情況、樁孔直徑，并獲得砂石泵的合理排量和經(jīng)濟(jì)鉆速來(lái)加以選擇和調(diào)整。鉆進(jìn)參數(shù)和鉆速的選擇可參考表5-8,(4)在砂礫、砂卵、卵礫石層中鉆進(jìn)時(shí)，為防止鉆碴過(guò)多，卵礫石堵塞管道，可采用間斷給進(jìn)，間斷回轉(zhuǎn)的方法來(lái)控制鉆速。(2)鉆進(jìn)中應(yīng)認(rèn)真細(xì)心觀察進(jìn)尺情況和砂石泵的排水出碴情況；排24(5)加接鉆桿時(shí)，應(yīng)先停止進(jìn)尺，將鉆具提離孔底lOOmm左右，維持沖洗液循環(huán)1～2min，以清洗孔底，并將管道內(nèi)的鉆碴攜出排凈，然后停泵加接鉆桿。(6)鉆進(jìn)時(shí)如孔內(nèi)出現(xiàn)坍孔、涌砂等異常情況，應(yīng)立即將鉆具提離孔底控制泵量，保持沖洗液循環(huán)，吸除坍落物和涌砂，同時(shí)，向孔內(nèi)輸送性能符合要求的泥漿，保持水頭壓力以抑制繼續(xù)涌砂和垮孔；(5)加接鉆桿時(shí)，應(yīng)先停止進(jìn)尺，將鉆具提離孔底lOOmm左右25恢復(fù)鉆進(jìn)后，控制泵排量不宜過(guò)大，避免吸垮孔壁。(7)鉆孔達(dá)到要求孔深停鉆后，鉆具提離孔底50－80mm，維護(hù)沖洗液正常反循環(huán)清孔，直到符合清孔標(biāo)準(zhǔn)為止。起鉆時(shí)應(yīng)注意操作輕穩(wěn)，防止鉆頭拖刮孔壁，并向孔內(nèi)補(bǔ)入適量沖洗液，穩(wěn)定孔內(nèi)水頭高度，防止坍孔。(8)施工中常見的故障的處理方法可參考表6-9?；謴?fù)鉆進(jìn)后，控制泵排量不宜過(guò)大，避免吸垮孔壁。26地層

鉆進(jìn)參數(shù)和鉆速鉆壓(kN)轉(zhuǎn)速(t/min)砂石泵排量(ml/h)鉆速(m/h)粘土層、硬土層10-2530-501804-6砂土層5-1520-40160-1806-10砂層、砂礫層、砂卵石層3-1020-40160-1808-12中硬以下基巖、風(fēng)化基巖20-4010-30140-1600.5-1表6-8泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)推薦參數(shù)和鉆速地層鉆進(jìn)參數(shù)和鉆速鉆壓轉(zhuǎn)速砂石泵排量鉆速粘土層、27注①本表鉆進(jìn)參數(shù)以GPS-15型鉆機(jī)為例；砂石層排量要考慮孔徑大小和地層情況靈活選擇調(diào)整，要保證沖洗液在鉆桿內(nèi)和外環(huán)間隙中的流速符合規(guī)定要求。②樁孔直徑較大時(shí)，鉆壓宜選用上限，轉(zhuǎn)速宜選下限，獲得下限鉆速；樁孔直徑較小時(shí)，鉆壓宜選用下限，轉(zhuǎn)速宜選用上限，獲得上限鉆速。灌注樁施工反循環(huán)課件28灌注樁施工反循環(huán)課件29表6－9泵吸反循環(huán)常見故障的處理方法序號(hào)故障現(xiàn)象故障原因處理（排除）方法1真空泵啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)真空度達(dá)不到要求1.啟動(dòng)時(shí)間不夠2.氣水分離器中未

加足清水3.管路系統(tǒng)漏，密

封不好4.真空泵機(jī)械故障5.操作方法不當(dāng)1.適當(dāng)延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間但不宜超過(guò)10分鐘2.向氣水分離器中加足清水3.檢修管路系統(tǒng)．尤其是砂石泵塞線和水龍頭處4.檢修或更換真空泵5.按正確操作方法操作2真空泵啟動(dòng)時(shí)，真空度達(dá)到要求．但不吸水，或吸水而啟動(dòng)砂石泵時(shí)不上水1.真空管路或循環(huán)管路被堵2.鉆頭水口被堵住3.水籠頭彎管最高點(diǎn)過(guò)高1.檢修管路，注意檢查真空管路上的閥是否打開2.將鉆頭提離孔底，并沖堵3.水籠頭彎管最高點(diǎn)離鉆孔液面之間的距離降到6.5m以下表6－9泵吸反循環(huán)常見故障的處理方法序號(hào)故障現(xiàn)象故障原因303灌注泵啟動(dòng)時(shí)管道阻力,孔口不返水1.管路系統(tǒng)被堵塞物堵死2.鉆頭水口被埋住1.清理管路系統(tǒng)堵塞物2.把鉆具提離孔底，用正循環(huán)沖堵4砂石泵啟動(dòng)正常循環(huán)后,循環(huán)突然中斷或逐漸中斷1.管路系統(tǒng)漏氣2.管路突然被堵3.鉆頭水口被堵4.吸水膠管內(nèi)層脫膠損壞1.檢修管路,緊固砂石泵塞線壓蓋或水龍頭壓蓋2.沖堵管路3.清除鉆頭水口堵塞物4.更換吸水膠管續(xù)表6-93灌注泵啟動(dòng)時(shí)管道阻力,孔口不返水1.管路系統(tǒng)被堵塞物堵死131續(xù)表6-95在粘土層中鉆進(jìn)時(shí),進(jìn)尺緩慢，甚至不進(jìn)尺1.鉆頭有缺陷2.鉆頭泥包或糊鉆3.鉆進(jìn)參數(shù)不合理1.檢修鉆頭,必要時(shí)重新設(shè)計(jì)鉆頭（更換鉆頭）2.清除泥包,調(diào)整沖洗液的密度、粘度,適當(dāng)增大泵量或向孔內(nèi)投入適量砂石,解除泥包糊鉆3.調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)6在基巖中鉆進(jìn)時(shí)，進(jìn)尺很慢甚至不進(jìn)尺1.巖石較硬．鉆壓不夠2.鉆頭切削具崩落、鉆頭有缺陷或損壞1.加大鉆壓（可用加重塊）調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)2.修復(fù)鉆頭或更換鉆頭續(xù)表6-95在粘土層中鉆進(jìn)時(shí),進(jìn)尺緩慢，甚至不進(jìn)尺1.鉆頭有32續(xù)表6-97在砂層、砂礫層或卵石層中鉆進(jìn)時(shí)，有時(shí)循環(huán)突然中斷或流量突然減小，鉆頭在孔內(nèi)跳動(dòng)厲害1.進(jìn)尺過(guò)快，管路被砂石堵死2.沖洗液的密度過(guò)大3.管路被石頭堵死4.沖洗液中鉆碴含量過(guò)大5.孔底有較大的活動(dòng)卵礫石1.控制鉆進(jìn)速度2.立即稍提升鉆具，調(diào)整沖洗液密度至符合要求3.起閉砂石泵出水閥，以造成管路內(nèi)較大的瞬間力波動(dòng)，或用正循環(huán)沖堵。如無(wú)效則應(yīng)起鉆予以清除4.降低鉆速，加大排量，及時(shí)清碴5.起鉆、用專用工具清除大塊卵礫石續(xù)表6-97在砂層、砂礫層或卵石層中鉆進(jìn)時(shí)，有時(shí)循環(huán)突然中斷33續(xù)表6-98塌孔1.地層松，水頭壓力不夠2.孔內(nèi)漏失，水位下降3.操作不當(dāng)4.泵量過(guò)大（松散層）1.向孔內(nèi)補(bǔ)充足夠泥漿，加大泥漿密度或抬高水頭高度或下長(zhǎng)護(hù)筒2.向漏水層投泥球堵漏3.注意操作，升降鉆具應(yīng)平穩(wěn)4.調(diào)整泵量，減少抽吸續(xù)表6-98塌孔1.地層松，水頭壓力不夠1.向孔內(nèi)補(bǔ)充足夠泥34四、射流反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)1．工作原理射流反循環(huán)是用射流泵來(lái)驅(qū)動(dòng)循環(huán)液流動(dòng)的，因此，在了解射流反循環(huán)之前有必要先了解一下射流泵的構(gòu)造及工作原理。射流泵的構(gòu)造如圖5-25所示。在泵吸反循環(huán)中，可用射流泵作為真空泵來(lái)啟動(dòng)砂石泵；當(dāng)用泥漿泵作動(dòng)力源進(jìn)行抽吸射流反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，射流泵能抽吸空氣，不象砂石泵那樣需要啟動(dòng)裝置。四、射流反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)35圖6-23中心射流泵示意圖1－噴嘴；2－吸入室；3－喉管4一擴(kuò)壓管；5－供水管；6－吸入管口；7－排出管。射流泵工作時(shí)，由供水管來(lái)的高壓工作流體經(jīng)過(guò)噴嘴（1)進(jìn)入吸入室（2)后，速度增高，壓力降低，形成高速射流。高速射流對(duì)其周圍的介質(zhì)有卷吸作用，可帶著其周圍的介質(zhì)一起向前運(yùn)動(dòng)；吸入室（2)中的流體介質(zhì)被高速射流帶走后，吸入室中的壓力減小形成一定的真空度，從而使引射流體通過(guò)吸入管（6)不斷地被吸入吸入室，又不斷地被高速射流帶走，形成一個(gè)連續(xù)的抽吸過(guò)程。工作流體和引射流體在喉管（3)內(nèi)進(jìn)行動(dòng)量和能量交換達(dá)到充分混合。混合流體經(jīng)擴(kuò)壓管（4），速度降低，壓力增大，把大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能通過(guò)排出管（7）排出。圖6-23中心射流泵示意圖射流泵工作時(shí)，由供水管來(lái)的高壓工作36射流泵在反循環(huán)系統(tǒng)中，有三種常見的安裝形式，如圖5-27。裝置a靠射流泵的揚(yáng)程來(lái)驅(qū)動(dòng)泥漿循環(huán)，驅(qū)動(dòng)壓力可超過(guò)一個(gè)大氣壓，但管路比較復(fù)雜，高壓水流經(jīng)路程長(zhǎng)，沿程壓力損失大。裝置b和c是靠射流泵的吸程工作。射流泵的吸程一般比砂石泵高，但不可能超過(guò)一個(gè)大氣壓；在同樣的條件下，裝置b中的射流泵吸入壓力比裝置c中的高，對(duì)射流泵較為有利。對(duì)于大口徑工程基樁孔鉆進(jìn)，鉆孔一般不太深，三種裝置中選擇裝置b較好。射流反循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，射流泵無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，工作可靠，作業(yè)率高，機(jī)件磨損后易于更換，整個(gè)系統(tǒng)中鉆屑所經(jīng)的管路通暢。缺點(diǎn)是射流泵的機(jī)械效率在25％以下，消耗功率較大。射流泵在反循環(huán)系統(tǒng)中，有三種常見的安裝形式，如圖5-27。裝37裝置a是把射流泵放在井底鉆頭上部，裝置b是把射流泵放在地表，裝置c是把射流泵放在水龍頭旁。裝置a是把射流泵放在井底鉆頭上部，裝置b是把射流泵放在地表，382．用6SPS正反循環(huán)兩用射流泵進(jìn)行射流反循環(huán)鉆進(jìn)6SPS射流泵是中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）研制的專利產(chǎn)品，它采用的是射流泵安裝在地表，（圖6-24b)的射流反循環(huán)鉆進(jìn)工藝。射流泵的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6-25。(1)射流泵的主要特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)。6SPS射流泵的主要特點(diǎn)：體積小、質(zhì)量小、抽吸力強(qiáng)，并集正、反、無(wú)循環(huán)三種功能于一身，且三種功能的轉(zhuǎn)換只需操作兩個(gè)閥，極為方便。2．用6SPS正反循環(huán)兩用射流泵進(jìn)行射流反循環(huán)鉆進(jìn)3912345678910當(dāng)閘閥(9)開啟，蝶閥(8)關(guān)閉時(shí)，工作泵Ⅲ的高壓液流經(jīng)噴嘴(4)高速噴出，吸入室（5)中產(chǎn)生負(fù)壓，經(jīng)引射管（2)和連接到鉆桿水籠頭上的膠管（1)抽吸孔底流體和鉆碴，此時(shí)為射流反循環(huán)。當(dāng)同時(shí)打開蝶閥及閘閥，則由工作泵來(lái)的工作液流經(jīng)擴(kuò)壓管(10）和排出管排入泥漿池或泥漿凈化設(shè)備，此時(shí)孔內(nèi)泥漿不循環(huán)。如打開蝶閥，關(guān)閉閘閥，由工作泵來(lái)的工作流體絕大部分經(jīng)蝶閥進(jìn)入喉管、引射管、射流泵吸水膠管、水籠頭及鉆桿流至井底，然后由鉆桿與井壁間環(huán)狀空間返回井口．此時(shí)則形成正循環(huán)。Ⅰ-射流泵;Ⅱ-軸封潤(rùn)滑油缸；Ⅲ-工作泵；Ⅳ-吸水膠管；Ⅴ－吸水籠頭。1-射流泵吸水膠管;2-引射管;3-泵體；4-噴嘴；5-吸入室；6-三通；7-喉管；8-蝶閥；9-閘閥;10-擴(kuò)壓管12345640正循環(huán)在大口徑反循環(huán)鉆進(jìn)中常用于排除鉆桿吸入口的堵卡，或鉆進(jìn)一些易于坍塌不適宜用反循環(huán)鉆進(jìn)的地層，如流砂層。6SPS射流泵主要技術(shù)參數(shù)：用于反循環(huán)時(shí)：真空度9.5m水柱；引射流量225-100m3/h，配用鉆桿內(nèi)徑150mm。用于正循環(huán)時(shí)：最大泵壓0.6MPa(60m水柱）；最大泵量180m3/h。外形尺寸1885X1332X860（長(zhǎng)X寬X高）mm（不包括排出管）；質(zhì)量1100kg；功率37-45kW,正循環(huán)在大口徑反循環(huán)鉆進(jìn)中常用于排除鉆桿吸入口的堵卡，或鉆進(jìn)41(2)射流反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝。射流泵安裝在地表的射流反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的施工工藝與泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)基本相同。因此，這里著重介紹射流泵的使用及注意事項(xiàng)，其他問(wèn)題不再重復(fù)。泵的安裝高度應(yīng)盡可能低，泵軸線距泥漿池液面高度不大于0.5m為宜。如射流泵組長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)轉(zhuǎn)，工作泵（離心泵）內(nèi)無(wú)水，啟動(dòng)前打開閘閥及蝶閥，通過(guò)排出管向泵內(nèi)灌水，同時(shí)打開工作泵泵體上的小閘閥放氣，待工作泵及其吸水膠管空氣排凈后，關(guān)閉小閘閥，啟動(dòng)工作泵。(2)射流反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝。射流泵安裝在地表的射流反循環(huán)回42如工作泵供水不正常，原因可能是：①工作泵內(nèi)滯留空氣未排凈；②吸水籠頭被雜物堵塞或被沉淀下來(lái)的鉆碴埋沒(méi)；③吸水籠頭沉入深度淺，吸水時(shí)產(chǎn)生漩渦，吸入了空氣。應(yīng)針對(duì)不同情況設(shè)法排除。工作泵正常供水是射流泵正常工作的必要條件。如工作泵供水正常，可先試用一下正循環(huán)：打開蝶閥，將閘閥逐步關(guān)閉，當(dāng)孔口返水時(shí)，說(shuō)明循環(huán)管路無(wú)堵塞或堵塞已被沖開。在循環(huán)管路無(wú)堵塞的情況下，再打開閘閥關(guān)閉蝶形閥，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)反循環(huán)。如工作泵供水不正常，原因可能是：①工作泵內(nèi)滯留空氣未排凈；②43反循環(huán)正常后，開動(dòng)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)并給進(jìn)。當(dāng)大量鉆碴涌進(jìn)鉆桿內(nèi)上升時(shí)，射流泵吸入阻力增加，水量會(huì)減小。因此，司鉆要隨時(shí)注意水量變化，如發(fā)現(xiàn)水量明顯減小，應(yīng)減緩進(jìn)尺速度或停止進(jìn)尺，必要時(shí)稍提升鉆具，等水量恢復(fù)正常后再進(jìn)尺。隨著孔深的增加，循環(huán)系統(tǒng)的各項(xiàng)阻力隨之增加，水量會(huì)逐步減小一些，這是正?，F(xiàn)象。反循環(huán)正常后，開動(dòng)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)并給進(jìn)。44射流反循環(huán)特有的固障:一是工作泵吸水籠頭被雜物堵塞，二是噴嘴被堵塞。這兩個(gè)固障是密切聯(lián)系的。之所以要在工作泵的吸水管端裝上吸水籠頭，是為了防止比噴嘴出口直徑大的鉆屑或雜物進(jìn)入射流泵而堵塞噴嘴。而裝上吸水籠頭后，吸水籠頭又易被雜物堵塞，影響射流泵的正常工作。因此，及時(shí)清除泥漿池里雜物，增大沉淀池容積；吸水籠頭附近及時(shí)清砂清泥是保證射流泵正常工作的關(guān)鍵。射流反循環(huán)特有的固障:一是工作泵吸水籠頭被雜物堵塞，二是噴嘴45五、氣舉反循環(huán)1、工作原理氣舉反循環(huán)是利用氣舉泵的工作原理實(shí)現(xiàn)沖洗液反循環(huán)的，如圖6-26。壓縮空氣通過(guò)供氣管路（可以是專門的風(fēng)管，也可以是雙壁鉆桿的外環(huán)空間，圖示為后者)送至孔內(nèi)氣水混合室，在這里壓氣膨脹、液氣混合，形成一種密度小于液體的液氣混合物，并在鉆桿內(nèi)外重度差和壓氣動(dòng)量的聯(lián)合作用下，沿鉆桿內(nèi)孔上升，帶動(dòng)孔內(nèi)的沖洗液和巖屑一起向上流動(dòng)，形成空氣、沖洗液和巖屑混和的三相流.五、氣舉反循環(huán)46圖6-26氣舉反循環(huán)工作原理示意圖1-鉆頭；2-鉆桿；3-混合器；4-雙壁鉆桿；5-轉(zhuǎn)盤；6-氣水龍頭；7-風(fēng)管;8-空氣壓機(jī)；9-沉淀池圖6-26氣舉反循環(huán)工作原理47三相流流往地面沉淀池，空氣逸散，鉆碴沉淀，沖洗液流回鉆孔。由上述氣舉反循環(huán)的原理可知，氣舉反循環(huán)形成的前提條件是：混合器沉入水下一定深度，在鉆桿內(nèi)外形成足夠大的反向壓力差。如圖6-26所示，設(shè)孔內(nèi)沖洗液面與孔口持平，混合器沉入水下深度為ho，鉆桿內(nèi)三相流的重度為γm，鉆桿外液柱重度為γa，作用于混合器液面上的內(nèi)外液柱壓力差△P為（不考慮排碴膠管的虹吸作用）：三相流流往地面沉淀池，空氣逸散，鉆碴沉淀，沖洗液流回鉆孔。48△P=r0h0-γm(h0+h1)=(γa-γm)h0-γmh1正是這個(gè)壓力差，再加上高速噴出并迅速膨脹的壓氣動(dòng)量的作用，驅(qū)動(dòng)鉆孔內(nèi)的液體，沿外環(huán)空間向下流動(dòng)，尾管內(nèi)的巖屑和沖洗液、混合器以上的三相混合物沿鉆桿內(nèi)孔上升，并克服循環(huán)過(guò)程中的各種阻力損失，形成連續(xù)的反循環(huán)。這些阻力損失包括：①?zèng)_洗液沿外環(huán)空間流動(dòng)的沿程阻力損失；②兩相流、三相流沿鉆桿內(nèi)流動(dòng)的沿程阻力損失；

△P=r0h0-γm(h0+h1)=(γa-γm)h49③沖洗液、鉆屑流經(jīng)鉆頭底部并進(jìn)入鉆頭吸碴口的局部阻力損失；④尾管部分即混合器以下部分由于內(nèi)外重度不同而引起的壓差；⑤液體和混合流的動(dòng)能增量。從壓差公式可以看出：在沖洗液重度γ0和升液高度h1一定的情況下，增大混合器的沉沒(méi)深度，降低三相流的重度（通過(guò)增大壓風(fēng)量），將會(huì)提高驅(qū)動(dòng)氣舉反循環(huán)的壓力差。因此，混合器的沉沒(méi)深度，送往孔內(nèi)的空氣流量和壓力，是影響氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)能力和鉆進(jìn)效率的重要參數(shù)。③沖洗液、鉆屑流經(jīng)鉆頭底部并進(jìn)入鉆頭吸碴口的局部阻力損失；502．氣舉反循環(huán)參數(shù)的選擇與計(jì)算(1)混合器的沉沒(méi)深度。通常使用沉沒(méi)系數(shù)的概念，用ε表示：

式中：h1—升液高度（m);h0—混合器沉沒(méi)深度（m),2．氣舉反循環(huán)參數(shù)的選擇與計(jì)算51沉沒(méi)系數(shù)0<ε<1，沉沒(méi)系數(shù)越大，則表示相對(duì)于升液高度來(lái)說(shuō)，氣水混合器沉入鉆孔深度愈大，驅(qū)動(dòng)氣舉反循環(huán)的壓差就越大。當(dāng)△P>0時(shí)才有可能形成反循環(huán)，若泥漿相對(duì)密度為1.1，氣液混合物的相對(duì)密度為0.4-0.6(氣舉反循環(huán)按0.6計(jì)算），要使△P>0，則必須ho>l.2h1，也就是ε>0.55時(shí)氣舉反循環(huán)才能工作。若水籠頭彎管最高點(diǎn)距鉆孔液面的高度為6m，則混合器必須沉沒(méi)7.2m以上才能開始?xì)馀e反循環(huán)，因此必須用其他方法開孔。沉沒(méi)系數(shù)0<ε<1，沉沒(méi)系數(shù)越大，則表示相對(duì)于升液高度來(lái)說(shuō)52(2)空氣壓力。考慮到供氣管道的壓力損失，空氣壓力P應(yīng)按下式計(jì)算：式中：γa—孔內(nèi)泥漿重度(kN/m3);ho—混合器沉沒(méi)深度（m);△P—供氣管道壓力損失，一般取0.05-0.1MPa.當(dāng)空壓機(jī)的空氣壓力P已定，也可由上式反算混合器的最大允許沉沒(méi)深度。(2)空氣壓力。考慮到供氣管道的壓力損失，空氣壓力P應(yīng)按下式53(3)壓氣量。壓氣量指的是空壓機(jī)的供氣能力（m3/min)。壓氣量的大小影響桿內(nèi)三相流的重度γm，從而影響驅(qū)動(dòng)氣舉反循環(huán)的壓力差。壓氣量與泥漿上返量有關(guān)，泥漿上返速度一定時(shí)，泥漿上返量又與鉆桿內(nèi)徑有關(guān)。因此，可根據(jù)鉆桿內(nèi)徑按表5-10選擇空壓機(jī)風(fēng)量。(3)壓氣量。54(4)尾管長(zhǎng)度L。從混合器至鉆頭吸水口處的長(zhǎng)度稱為尾管長(zhǎng)度，鉆桿內(nèi)外重度差引起的壓力損失，以及泥漿和鉆碴兩相流的沿程阻力損失都與尾管長(zhǎng)度L成正比。因此，尾管長(zhǎng)度是影響氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)的一個(gè)重要參數(shù)，尾管過(guò)長(zhǎng)將會(huì)降低排碴效率甚至破壞氣舉反循環(huán)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，尾管長(zhǎng)度應(yīng)與混合器沉沒(méi)深度保持適當(dāng)關(guān)系，并以L≤(2-3)h。為宜，其極限值為L(zhǎng)max=4h0。(4)尾管長(zhǎng)度L。從混合器至鉆頭吸水口處的長(zhǎng)度稱為尾管長(zhǎng)度，55這樣，空壓機(jī)的額定壓力確定后，混合器容許的最大沉沒(méi)深度和使用該空壓機(jī)所能鉆進(jìn)的極限孔深Hmax也就可大致確定，即：Hmax＝h0+4ho=5ho由此可見，要提高鉆進(jìn)深度，就必須增大混合器的沉沒(méi)深度，空壓機(jī)的壓力也要相應(yīng)增大。灌注樁施工反循環(huán)課件563．氣舉反循環(huán)的送風(fēng)方式氣舉反循環(huán)的供氣方式有如圖5-30三種，即并列式、環(huán)隙式和中心式。3．氣舉反循環(huán)的送風(fēng)方式57灌注樁施工反循環(huán)課件58(1)并列式（外供風(fēng)式），即通過(guò)與鉆桿并列的輸氣管供氣，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但鉆桿之間一般用法蘭盤聯(lián)接，裝拆較費(fèi)事。目前樁孔施工氣舉反循環(huán)大多采用這種供風(fēng)方式。圖6-29是江蘇沛縣農(nóng)機(jī)廠生產(chǎn)的JH-300,FX-360型鉆機(jī)采用的外供風(fēng)式鉆桿，比較典型。鉆桿用A10號(hào)鋼Φ273-12～16無(wú)縫鋼管制成，其外壁設(shè)1-2根風(fēng)管，風(fēng)管及鉆桿均焊在兩端的法蘭盤上。兩根鉆桿之間用法蘭盤聯(lián)接，中間須用橡皮墊圈密封，防止漏氣漏水，如圖6-30。在一側(cè)的法蘭盤上有凹槽，以環(huán)氧樹脂粘合，另一側(cè)法蘭盤上無(wú)凹槽也無(wú)橡膠圈。橡膠圈粘合后凸出法蘭盤頂面2-3mm。(1)并列式（外供風(fēng)式），即通過(guò)與鉆桿并列的輸氣管供氣，結(jié)構(gòu)59

圖6-29外供風(fēng)式鉆桿1-外風(fēng)管;2-鉆桿圖6-30法蘭盤膠墊圈示意1-鉆桿；2-法蘭盤；3-螺拴孔；4-風(fēng)管；5-橡膠圈圖6-29外供風(fēng)式鉆桿圖6-30法蘭盤膠墊圈示意60（2）環(huán)隙式即使用雙壁鉆桿（參考前圖），沿雙壁鉆桿內(nèi)外管之間的環(huán)狀間隙供氣，鉆桿使用錐形螺紋連接，拆裝方便，輔助時(shí)間少。但雙壁鉆桿的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高，非常重。因此，為降低鉆桿質(zhì)量和成本，雙壁鉆桿直徑不宜太大，限制了它在大口徑樁孔施工中的應(yīng)用。目前勘探技術(shù)研究所與上海探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的SHB-Φ114/70和SHB-Φ127/87兩套氣舉反循環(huán)雙壁桿鉆桿，主要用于水井的氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)。（2）環(huán)隙式即使用雙壁鉆桿（參考前圖），沿雙壁鉆桿內(nèi)外管之間61上述兩種供氣方式在施工深孔時(shí)的一個(gè)共同缺點(diǎn)是：隨著鉆孔深度的不斷延深，混合器的沉沒(méi)深度增加，空壓機(jī)的壓力也相應(yīng)升高。當(dāng)壓力接近空壓機(jī)的額定壓力時(shí)，必須將混合器提出孔口，增加尾管長(zhǎng)度以減小混合器的沉沒(méi)深度。這一操作稱為“倒風(fēng)管”，為此要升降數(shù)十米鉆具，增加輔助時(shí)間。且倒一次風(fēng)管后，混合器的沉沒(méi)比大大減小，也降低了反循環(huán)的排碴效率。但對(duì)于樁孔施工而言，由于孔深相對(duì)較淺，一般的鉆孔在選用常用的空壓機(jī)時(shí)，不用“倒風(fēng)管”空壓機(jī)的額定壓力就能適用孔深的要求，即使要“倒風(fēng)管”工作量也很小。上述兩種供氣方式在施工深孔時(shí)的一個(gè)共同缺點(diǎn)是：隨著鉆孔深度的62（3）中心式（宜稱為懸掛風(fēng)管式），供氣的中心管通過(guò)水籠頭懸置于鉆桿中心，不隨鉆桿回轉(zhuǎn)。這樣，管路簡(jiǎn)單，也便于向上提起，以保持適當(dāng)?shù)某翛](méi)深度。但中心風(fēng)管，占據(jù)鉆桿一定截面積，大直徑鉆碴無(wú)法排出，還容易造成堵塞故障，故目前只應(yīng)用于小顆粒地層鉆進(jìn)。（3）中心式（宜稱為懸掛風(fēng)管式），供氣的中心管通過(guò)水籠頭懸置634．氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)特點(diǎn)氣舉反循環(huán)與回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相結(jié)合，即為氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，其鉆進(jìn)工藝基本上與泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)類似。這種鉆進(jìn)方法的突出優(yōu)點(diǎn)是：只要由高壓空壓機(jī)提供高壓空氣，就能鉆進(jìn)較深的孔,此外，氣舉反循環(huán)的管路平直，加上較大的驅(qū)動(dòng)壓力，故管路不易堵塞，即使堵塞了，也易于排除。帶有巖屑的三相流不流經(jīng)任何工作機(jī)械,設(shè)備磨損小。4．氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)特點(diǎn)64在循環(huán)管路、特別是地面上的管路，各處壓力都大于一個(gè)大氣壓，故不會(huì)像泵吸和射流泵安在地表的射流反循環(huán)那樣，因管路局部密封不嚴(yán)、漏氣而使沖洗液循環(huán)中斷或不正常，也不會(huì)發(fā)生氣蝕。由于以上原因，氣舉反循環(huán)工作比較可靠、故障較小、純鉆時(shí)間利用率較高；而且液流上返速度高，能排出大粒徑巖屑，重復(fù)破碎少：其鉆進(jìn)效率也較高。氣舉反循環(huán)的缺點(diǎn)是：不能用它來(lái)開孔鉆進(jìn)，淺孔段時(shí)效率較低，因此只有較深的樁孔施工才用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)。在循環(huán)管路、特別是地面上的管路，各處壓力都大于一個(gè)大氣壓，故65六、反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)常用鉆頭1．錐形三翼鉆頭

圖6-31錐形三翼鉆頭I.芯管;2.翼板;3.齒板;4.超前小鉆頭鉆頭的三個(gè)翼板底邊呈錐形，便于鉆碴向中心吸碴口運(yùn)動(dòng)，開有較大吸碴口的雙翼超前小鉆頭，不僅可減小主翼片的切削阻力，又為孔底聚碴創(chuàng)造有利條件，同時(shí)，吸碴口上邊高出主翼板邊，使吸碴口不易被堵塞。六、反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)常用鉆頭圖6-366吸碴口直徑一般稍小于鉆桿內(nèi)徑，以免大鉆屑堵塞鉆桿；也可將吸碴口開大一些，然后用Φ20以上的鋼筋焊成網(wǎng)格狀，限制特大顆粒進(jìn)入鉆桿，同時(shí)，吸碴口更不容易被堵。翼板上沿一定角度布置切削齒板（即刀體），不同翼板上齒板交錯(cuò)排列，齒板上鑲焊硬質(zhì)合金片，為直接切削碎巖刀具。齒板可以焊接在翼板上，也可用螺栓固定在翼板上。吸碴口直徑一般稍小于鉆桿內(nèi)徑，以免大鉆屑堵塞鉆桿；也可將吸碴67錐形三翼鉆頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、回轉(zhuǎn)穩(wěn)定、聚碴作用好，適用于土層、砂層、砂礫層，是大口徑反循環(huán)樁孔施工中最廣泛采用的一種鉆頭。國(guó)內(nèi)大多數(shù)施工單位多自己設(shè)計(jì)加工鉆頭，其結(jié)構(gòu)大致相同：僅結(jié)構(gòu)參數(shù)上有區(qū)別。為增加鉆頭剛度，常在翼板之前加焊輻板或拉筋。表6-11列出了這種鉆頭的基本尺寸和齒數(shù)，供參考。錐形三翼鉆頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、回轉(zhuǎn)穩(wěn)定、聚碴作用好，適用于土層、砂層68鉆頭直徑D(mm)鉆頭高度H(mm)齒數(shù)（個(gè)）6107629001000101612001270150016001800200022002400250026002800300032008501000110016001600165017001730176018201價(jià)019301990202020502150219022806810111114161718212427303233363942

表6-11錐形三翼鉆頭規(guī)格鉆頭直徑D(mm)鉆頭高度H(mm)齒數(shù)（個(gè)）6108569還有一種可調(diào)式三翼鉆頭，如圖6-32，在三個(gè)主翼板上各裝置一個(gè)活動(dòng)的副翼板。工作時(shí)，可根據(jù)需要，沿主翼板滑動(dòng)槽作徑向滑移，以調(diào)節(jié)鉆頭直徑．這種鉆頭用在有多種孔徑的工地可以減小鉆頭數(shù)，降低鉆頭成本。表6-12列舉了這種可調(diào)式三翼鉆頭的規(guī)格．國(guó)內(nèi)一些施工單位常在一般的三翼鉆頭上加焊一圈鋼板環(huán)帶，即為單環(huán)式錐形三翼鉆頭（又稱單腰帶式錐形三翼鉆頭），見圖6-33，圓壞的下端面及其外側(cè)面還可以嵌焊若干組硬質(zhì)合金切削具。圓環(huán)的作用有三：連接各冀板，增加鉆頭的整體性和剛度；導(dǎo)向，提高鉆頭工作穩(wěn)定性；修圓鉆孔。還有一種可調(diào)式三翼鉆頭，如圖6-32，在三個(gè)主翼板上各裝置一70

圖6－32可調(diào)式三翼鉆頭

1.固定翼板;2.可調(diào)翼板;3-芯管

A－A

圖6-33單環(huán)式三翼鉆頭

1.小兩翼鉆頭；2.硬合金片;3.翼板.4.導(dǎo)向板；5.鉆桿14圖6－32可調(diào)式三翼鉆頭A－A圖6-33單環(huán)式三翼鉆71鉆頭最大直徑Dl(mm)鉆頭最小直徑DZ(mm)鉆頭高度H(mm)齒數(shù)（個(gè)）130015002000260030003200100012001500200036002800165017301870205021902280172027364245

表6-12可調(diào)式三翼鉆頭規(guī)格鉆頭最大直徑Dl(mm)鉆頭最小直徑DZ(mm)鉆頭高度H(722．筒式撈石鉆頭圖6-34為一種適用于砂礫、卵石層反循環(huán)鉆進(jìn)的鉆頭。

圖6-34筒式撈石鉆頭1.法蘭盤；2.鉆桿；3.擋石棚；4.筒體；5.活動(dòng)棚；6.銷軸；7.固定棚2．筒式撈石鉆頭圖6-34筒式撈石鉆頭73鉆頭呈筒形，底唇面切制呈鋸齒狀，（齒刃部還可噴敷碳化鎢粉末）?？拷矫妫劂@筒內(nèi)壁鑲焊固定棚，在上面以銷軸裝置動(dòng)棚，活動(dòng)棚只能繞銷軸向上擺動(dòng)，而不能向下擺動(dòng)。鉆進(jìn)時(shí)，被鉆頭齒刃松動(dòng)的小砂礫將在沖洗液抽吸力和鉆頭壓力作用下，沿活動(dòng)棚間隙進(jìn)入筒內(nèi)上升，進(jìn)入鉆桿下吸碴口而排往地面；大塊卵礫石則推開活動(dòng)棚進(jìn)入筒內(nèi)。其后為活動(dòng)棚所阻擋，不會(huì)掉落。在鉆碴口下面加焊一個(gè)擋石棚，將超徑卵石擋在筒內(nèi)而不致堵塞鉆桿吸碴口。積存在筒內(nèi)的卵礫石最后隨鉆頭一起提至地面。鉆頭呈筒形，底唇面切制呈鋸齒狀，（齒刃部還可噴敷碳化鎢粉末）743．牙輪鉆頭對(duì)于硬巖層及非均質(zhì)地層，宜用牙輪鉆頭鉆進(jìn)。圖5－37為某生產(chǎn)單位配備泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)用的雙吸口牙輪鉆頭，該鉆頭使用國(guó)內(nèi)HP9系列牙輪鉆頭拼裝。本體為Φ168×Φ150mm的無(wú)縫鋼管，與Φ850×30mm圓形刀盤焊成一體，刀盤中心焊接一個(gè)整體的9三牙輪鉆頭，刀盤外側(cè)焊接6個(gè)單牙輪（為邊刀），在中心鉆頭與外側(cè)牙輪之間，對(duì)稱焊接6個(gè)單牙輪（為正刀）。中心牙輪超前單牙輪70～80mm。刀盤上對(duì)稱地開兩個(gè)直徑Φ150mm的吸碴口，吸碴口以Φ146mm導(dǎo)管與168mm中心管連通，并呈45o角。3．牙輪鉆頭75圖6－35雙吸口牙輪、滾刀鉆頭1－超前三牙鉆頭；2－吸碴口；3－中心管；4－導(dǎo)管;5－正刀牙輪；6－邊刀牙輪；7－刀盤圖6－35雙吸口牙輪、滾刀鉆頭76作業(yè)：1.敘述反循環(huán)中沖洗液的循環(huán)過(guò)程。2.反循環(huán)的三種循環(huán)方式分別是什么？各有什么特點(diǎn)？作業(yè)：77灌注樁施工反循環(huán)課件78第三節(jié)

反循環(huán)成孔技術(shù)一、反循環(huán)的特點(diǎn)及類型反循環(huán)鉆進(jìn)是指循環(huán)介質(zhì)從鉆桿與孔壁的環(huán)狀間隙進(jìn)入鉆孔，再?gòu)你@桿內(nèi)返回孔口的一種鉆井工藝。在大口徑正循環(huán)鉆進(jìn)中，由于鉆具與孔壁的環(huán)狀空間斷面尺寸大，泥漿泵的泵量有限，泥漿上返速度很低，因此，鉆屑在孔底必須充分破碎后才能被排出。第三節(jié)反循環(huán)成孔技術(shù)79這會(huì)帶來(lái)三個(gè)問(wèn)題，一是充分破碎鉆屑要消耗較多的能量和時(shí)間，影響鉆進(jìn)效率并加快了鉆頭磨損；二是細(xì)小鉆屑很難通過(guò)振動(dòng)篩或泥漿沉淀池加以清除，泥漿處理難度大，目前在城市施工大部分是將濃漿用槽車外運(yùn)，拉至郊外場(chǎng)地排放，在市區(qū)施工往往離排放場(chǎng)地幾十公里，白天市內(nèi)交通繁忙，很難外運(yùn)，只有夜間運(yùn)輸；三是在泥漿上返速度不大的情況下，只有增大泥漿粘度和密度才有利于上返鉆屑，這也會(huì)在井壁形成厚的泥皮，增大清孔工作量，影響樁的承載力。這會(huì)帶來(lái)三個(gè)問(wèn)題，一是充分破碎鉆屑要消耗較多的能量和時(shí)間，影80采用反循環(huán)鉆進(jìn)，泥漿上返速度一般可達(dá)2－3.5m/s,所以，可以排出粒徑很大的鉆屑，而且排出速度很高。在一般正循環(huán)鉆進(jìn)比較困難的卵礫石層，只要卵礫石能從鉆桿內(nèi)順利通過(guò)，就可不經(jīng)破碎而直接排出孔口。實(shí)現(xiàn)反循環(huán)的方法可分為兩大類：一是直接壓送法，二是抽吸法。直接壓送法有兩種實(shí)施方案：其一封閉孔口處鉆桿與護(hù)筒之間的環(huán)狀間隙，從孔口向這個(gè)環(huán)狀間隙中壓送循環(huán)液，循環(huán)液到達(dá)孔底后從鉆桿內(nèi)上返。采用反循環(huán)鉆進(jìn)，泥漿上返速度一般可達(dá)2－3.5m/s,所以，81這種方法所用設(shè)備簡(jiǎn)單，但它只適用于非漏失層或漏失量很少的地層，或用于套管有效封閉漏失層之后。其二，使用雙壁鉆桿，從地面沿雙壁鉆桿之間的環(huán)狀間隙壓入沖洗介質(zhì)，沖洗介質(zhì)到達(dá)孔底后從內(nèi)管中上返。后一種方法，要使用專用鉆具，但對(duì)地層的適應(yīng)性較好，也不需封閉孔口，故已在地質(zhì)勘探工作中用于水力反循環(huán)連續(xù)取芯鉆進(jìn)，在砂礦勘探中用于空氣反循環(huán)中心取樣鉆進(jìn)。這種方法所用設(shè)備簡(jiǎn)單，但它只適用于非漏失層或漏失量很少的地層82不過(guò)，由于大直徑的雙壁鉆桿較笨重，因而這種方法在樁孔施工中很少應(yīng)用。抽吸法，是利用離心泵、氣舉泵或射流泵從循環(huán)管路的終端（出口）或中段某處，形成負(fù)壓和反向壓差，并由此產(chǎn)生抽吸力，從鉆桿中心通孔抽吸循環(huán)介質(zhì)，形成沖洗介質(zhì)的連續(xù)反循環(huán)。依形成負(fù)壓方法、設(shè)備的不同，通常把抽吸法反循環(huán)分為泵吸反循環(huán)、氣舉反循環(huán)和射流反循環(huán)三種類型。這些反循環(huán)方法，由于工藝和設(shè)備均較簡(jiǎn)單，已在大口徑鉆孔施工中得到廣泛應(yīng)用。不過(guò)，由于大直徑的雙壁鉆桿較笨重，因而這種方法在樁孔施工中很83二、反循環(huán)鉆進(jìn)的流體力學(xué)基礎(chǔ)要深入了解研究反循環(huán)鉆進(jìn)，正確地進(jìn)行參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，掌握好鉆井工藝，就必須對(duì)反循環(huán)鉆進(jìn)中涉及的流體力學(xué)基本問(wèn)題有一個(gè)了解。這個(gè)問(wèn)題日益受到人們的重視，研究工作亦有不少進(jìn)展，但由于反循環(huán)系統(tǒng)涉及的問(wèn)題比較復(fù)雜。例如，氣舉反循環(huán)就是一個(gè)氣、固、液三相流問(wèn)題，而且因素多變，目前雖有一些理論解釋與計(jì)算公式，但還不能說(shuō)這一問(wèn)題已較好解決，還有待于進(jìn)一步的研究與探索。二、反循環(huán)鉆進(jìn)的流體力學(xué)基礎(chǔ)84三、泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)1.泵吸反循環(huán)工作原理泵吸反循環(huán)的關(guān)鍵設(shè)備是砂石泵，砂石泵的吸入口與膠管、水籠頭上面彎管及整個(gè)鉆桿柱相連，砂石泵的排出管口對(duì)著沉淀池。泵吸反循環(huán)就是利用砂石泵將鉆桿柱內(nèi)帶有鉆屑的泥漿抽到沉淀池，沉淀后的泥漿經(jīng)泥漿槽以自流的方式或經(jīng)循環(huán)箱或以其他方式再流回鉆孔，從而實(shí)現(xiàn)泥漿的反循環(huán)。如圖6-19所示。三、泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)85

圖6-19泵吸反循環(huán)示意圖1－轉(zhuǎn)盤；2－鉆桿；3－鉆頭；4－沉淀池；5－水龍頭排硫管；6－砂石泵。圖6-19泵吸反循環(huán)示意圖86砂石泵一般為離心式泵。一般說(shuō)來(lái)，離心泵葉片數(shù)目越多，泵效率越高，但通道直徑越小。砂石泵為了增大通道直徑，一般為二個(gè)葉片，效率在50－60％左右。表示砂石泵性能的主要參數(shù)有：流量Q、全揚(yáng)程H,吸程Hs,自由通道直徑d。鉆孔工作對(duì)砂石泵的要求是吸程要足夠大，一般吸程要保證在7m以上，因?yàn)闆](méi)有足夠的吸程，就不能打比較深的孔，同時(shí)工效也會(huì)較低．對(duì)揚(yáng)程要求不高，因?yàn)槌恋沓鼐啾煤芙?。砂石泵一般為離心式泵。一般說(shuō)來(lái)，離心泵葉片數(shù)目越多，泵效率越872．砂石泵的啟動(dòng)方式由于砂石泵一般為離心式泵，且安裝在地表，在泥漿還沒(méi)有開始反循環(huán)之前，砂石泵吸入管路中的膠管、水籠頭及彎管、主動(dòng)鉆桿均為空氣所充滿，離心泵抽吸空氣的能力非常有限，要啟動(dòng)砂石泵形成反循環(huán)，就必須先排除砂石泵吸入管路中的空氣，有兩種排氣方法：真空泵排氣和灌注泵排氣。(1)真空泵啟動(dòng)砂石泵。我國(guó)生產(chǎn)的QZ－3型、QZ－200型鉆機(jī)采用了真空泵啟動(dòng)砂石泵的方法。QZ－200型鉆機(jī)泵吸反循環(huán)系統(tǒng)如圖6-20所示。2．砂石泵的啟動(dòng)方式88圖6-20QZ-200型鉆機(jī)泵吸反循環(huán)系統(tǒng)1－砂石泵；2－沉淀池；3－真空包；4－真空泵；5－氣水分離器，6－吸氣管線；7－轉(zhuǎn)盤；8－鉆具。圖6-20QZ-200型鉆機(jī)泵吸反循環(huán)系統(tǒng)89真空泵的吸氣管與真空包相連，真空包的吸氣管經(jīng)過(guò)一段透明塑料管后分別接到砂石泵泵殼最上端和水龍頭彎管頂部。用真空泵啟動(dòng)砂石泵的過(guò)程：砂石泵出口處安裝一蝶形閥，關(guān)閉蝶形閥即封住砂石泵的出口。啟動(dòng)真空泵，打開吸氣管線上所有閥門，將砂石泵吸入管路中的空氣抽出。隨著空氣被抽出，砂石泵吸入管路中的真空度增大，在外界大氣壓的作用下，泥漿在主動(dòng)鉆桿內(nèi)不斷上升。真空泵的吸氣管與真空包相連，真空包的吸氣管經(jīng)過(guò)一段透明塑料管90當(dāng)泥漿注滿泵體時(shí)，塑料透明管中就有泥漿通過(guò)，馬上關(guān)閉小閥門A；當(dāng)塑料透明管中再次有泥漿通過(guò)時(shí)，說(shuō)明泵體及整個(gè)吸入管路中的空氣已全部排除，應(yīng)迅速關(guān)閉閥門B，立即啟動(dòng)砂石泵。砂石泵轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，打開砂石泵出口蝶形閥，實(shí)現(xiàn)反循環(huán)，然后再關(guān)閉真空泵。利用真空泵抽真空啟動(dòng)砂石泵，要求砂石泵及其吸入管線系統(tǒng)密封可靠，否則往往啟動(dòng)無(wú)效．當(dāng)泥漿注滿泵體時(shí)，塑料透明管中就有泥漿通過(guò)，馬上關(guān)閉小閥門A91(2)灌注泵啟動(dòng)砂石泵。上海探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的GPS－15型鉆機(jī)的砂石泵就是利用3PN泥漿泵作為灌注泵來(lái)啟動(dòng)的。圖6-21為GPS-15型鉆機(jī)使用的灌注泵啟動(dòng)砂石泵的三泵反循環(huán)系統(tǒng)，它是目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的泵吸反循環(huán)裝置。所謂三泵，即砂石泵(6吋）、泥漿泵(3PN型）和清水泵（1BA-6型）。(2)灌注泵啟動(dòng)砂石泵。上海探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的GPS－15型鉆92

圖6-21GPS-15型鉆機(jī)“三泵”反循環(huán)系統(tǒng)1-電動(dòng)機(jī)；2-聯(lián)軸器；3-傳動(dòng)軸；4-離合器；5-清水泵；6-泥漿泵；7-砂石泵；8-彎管；9-彎管閥門；10-排碴閥門；11-吸碴管；12-吸水管；13-排碴管如圖所示，電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)軸（3）、離合器（4）(兩個(gè)聯(lián)動(dòng)）以及三角皮帶分別帶動(dòng)上述三個(gè)泵。泥漿泵(6）與砂石泵(7)之間用彎管(8)連接，打開閥門(9)，兩泵即互相連通。啟動(dòng)砂石泵之前，利用清水泵(5)向泥漿泵內(nèi)灌水，灌滿后立即啟動(dòng)泥漿泵，并打開彎管閥門(9)，關(guān)閉排碴閥門(10)，泥漿泵向砂右泵及其吸水管線灌注泥漿。

93灌注泵的流量較大，強(qiáng)大的泥漿流將砂石泵吸入管路中的空氣從孔底排出。灌注泵工作一段時(shí)間后，啟動(dòng)砂石泵，待其運(yùn)轉(zhuǎn)正常后打開排碴閥門，關(guān)閉彎管閥門即可實(shí)現(xiàn)反循環(huán)。清水泵排出的清水除灌注泥漿泵外，還以膠管引向泥漿泵和砂石泵軸端密封盒內(nèi)，起強(qiáng)制潤(rùn)滑和密封作用（利用壓力清水阻止泥漿向外滲漏和空氣進(jìn)入泵內(nèi)）。砂石泵的結(jié)構(gòu)如圖6-22所示。灌注泵的流量較大，強(qiáng)大的泥漿流將砂石泵吸入管路中的空氣從孔底94

圖6-22砂石泵1－吸入管；2－泵殼；3－葉輪；4－密封壓蓋；5－軸；6－軸承座；7－皮帶輪；8－底座。圖6-22砂石泵95灌注樁施工反循環(huán)課件96當(dāng)只開動(dòng)灌注泵且關(guān)閉排碴閥門時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正循環(huán)。由此可見該系統(tǒng)正、反循環(huán)的轉(zhuǎn)換非常方便，若反循環(huán)管路堵塞了，可用正循環(huán)沖堵。利用灌注泵注水啟動(dòng)，當(dāng)孔較深時(shí)，滯留在鉆桿中的空氣不易沖凈，對(duì)砂石泵的啟動(dòng)有些不利，常需要增長(zhǎng)灌注時(shí)間．灌注樁施工反循環(huán)課件973．泵吸反循環(huán)有關(guān)參數(shù)選擇（1）鉆桿長(zhǎng)度。在泵吸反循環(huán)管路中，壓力最低點(diǎn)在水籠頭上的彎管頂部，為使該處的壓力不小于泥漿的汽化壓力，泵吸反循環(huán)一般采用較短的鉆桿和主動(dòng)鉆桿（一般為3m）；當(dāng)孔較深時(shí)至少還要配備一節(jié)1.5m長(zhǎng)的短鉆桿。（2）鉆桿內(nèi)泥漿上返流速。鉆桿內(nèi)泥漿上返流速必須大于鉆屑在鉆桿內(nèi)的沉降速度。鉆孔直徑大，鉆桿內(nèi)徑大，上升的鉆屑顆粒亦大，則流速ua宜選大一些，反之，則應(yīng)小一點(diǎn)。流速ua高，則鉆進(jìn)速度可以提高，鉆桿柱內(nèi)外重度差所形成的壓差hl減小，但沿程及局部阻力損失增大。3．泵吸反循環(huán)有關(guān)參數(shù)選擇98總結(jié)國(guó)內(nèi)外施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為，鉆桿內(nèi)泥漿上返流速以2-4m/s為宜，最低可采用1.5m/s。(3）鉆桿內(nèi)徑。鉆桿內(nèi)徑大，鉆進(jìn)過(guò)程中的各種壓力損失都可減小，可增大反循環(huán)鉆進(jìn)所能達(dá)到的鉆孔深度；同時(shí)鉆桿內(nèi)徑大，上返的鉆屑顆粒也大，且不易產(chǎn)生管道堵塞，從而鉆進(jìn)速度也可提高。但鉆桿直徑太大，當(dāng)鉆桿內(nèi)泥漿上返流速一定時(shí)，增大了泥漿的泵量和鉆桿外環(huán)隙中的泥漿流速，對(duì)孔壁沖刷作用也大?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為，鉆桿內(nèi)泥漿上返流速以2-499一般可選d≥D/10，且d>100mm，具體選擇時(shí)要保證鉆桿外環(huán)隙中的泥漿流速在0.02～0.04m/s,最大不超過(guò)0.16m/s。（4）砂石泵流量Q式中：d－鉆桿內(nèi)徑（m）；ua－鉆桿內(nèi)泥漿上返流速(m/s)。一般可選d≥D/10，且d>100mm，具體選擇時(shí)要保證鉆100砂石泵出廠時(shí)標(biāo)定的流量是指抽吸清水的流量。實(shí)際施工時(shí)，砂石泵抽吸的是含有大量鉆屑的泥漿，故實(shí)際流量小于其標(biāo)定的額定流量。因此，按上式選擇砂石泵時(shí)，要視沖洗液類型乘以一個(gè)大于1的系數(shù)，其泵量才能滿足實(shí)際施工需要。4.泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝(1)砂石泵啟動(dòng)后，應(yīng)待形成正常反循環(huán)，才能開動(dòng)鉆機(jī)慢速回轉(zhuǎn)，下放鉆頭至孔底。開始鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)先輕壓慢轉(zhuǎn)至鉆頭正常工作后，逐漸增大轉(zhuǎn)速，調(diào)整鉆壓，以不造成鉆頭吸水口堵塞為限度。砂石泵出廠時(shí)標(biāo)定的流量是指抽吸清水的流量。實(shí)際施工時(shí)，砂石泵101(2)鉆進(jìn)中應(yīng)認(rèn)真細(xì)心觀察進(jìn)尺情況和砂石泵的排水出碴情況；排量減小或出水中含鉆碴量太多時(shí)，應(yīng)控制給進(jìn)速度，防止因循環(huán)液密度太大或管道堵塞而中斷反循環(huán)。(3)鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)根據(jù)不同的地層情況、樁孔直徑，并獲得砂石泵的合理排量和經(jīng)濟(jì)鉆速來(lái)加以選擇和調(diào)整。鉆進(jìn)參數(shù)和鉆速的選擇可參考表5-8,(4)在砂礫、砂卵、卵礫石層中鉆進(jìn)時(shí)，為防止鉆碴過(guò)多，卵礫石堵塞管道，可采用間斷給進(jìn)，間斷回轉(zhuǎn)的方法來(lái)控制鉆速。(2)鉆進(jìn)中應(yīng)認(rèn)真細(xì)心觀察進(jìn)尺情況和砂石泵的排水出碴情況；排102(5)加接鉆桿時(shí)，應(yīng)先停止進(jìn)尺，將鉆具提離孔底lOOmm左右，維持沖洗液循環(huán)1～2min，以清洗孔底，并將管道內(nèi)的鉆碴攜出排凈，然后停泵加接鉆桿。(6)鉆進(jìn)時(shí)如孔內(nèi)出現(xiàn)坍孔、涌砂等異常情況，應(yīng)立即將鉆具提離孔底控制泵量，保持沖洗液循環(huán)，吸除坍落物和涌砂，同時(shí)，向孔內(nèi)輸送性能符合要求的泥漿，保持水頭壓力以抑制繼續(xù)涌砂和垮孔；(5)加接鉆桿時(shí)，應(yīng)先停止進(jìn)尺，將鉆具提離孔底lOOmm左右103恢復(fù)鉆進(jìn)后，控制泵排量不宜過(guò)大，避免吸垮孔壁。(7)鉆孔達(dá)到要求孔深停鉆后，鉆具提離孔底50－80mm，維護(hù)沖洗液正常反循環(huán)清孔，直到符合清孔標(biāo)準(zhǔn)為止。起鉆時(shí)應(yīng)注意操作輕穩(wěn)，防止鉆頭拖刮孔壁，并向孔內(nèi)補(bǔ)入適量沖洗液，穩(wěn)定孔內(nèi)水頭高度，防止坍孔。(8)施工中常見的故障的處理方法可參考表6-9?；謴?fù)鉆進(jìn)后，控制泵排量不宜過(guò)大，避免吸垮孔壁。104地層

鉆進(jìn)參數(shù)和鉆速鉆壓(kN)轉(zhuǎn)速(t/min)砂石泵排量(ml/h)鉆速(m/h)粘土層、硬土層10-2530-501804-6砂土層5-1520-40160-1806-10砂層、砂礫層、砂卵石層3-1020-40160-1808-12中硬以下基巖、風(fēng)化基巖20-4010-30140-1600.5-1表6-8泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)推薦參數(shù)和鉆速地層鉆進(jìn)參數(shù)和鉆速鉆壓轉(zhuǎn)速砂石泵排量鉆速粘土層、105注①本表鉆進(jìn)參數(shù)以GPS-15型鉆機(jī)為例；砂石層排量要考慮孔徑大小和地層情況靈活選擇調(diào)整，要保證沖洗液在鉆桿內(nèi)和外環(huán)間隙中的流速符合規(guī)定要求。②樁孔直徑較大時(shí)，鉆壓宜選用上限，轉(zhuǎn)速宜選下限，獲得下限鉆速；樁孔直徑較小時(shí)，鉆壓宜選用下限，轉(zhuǎn)速宜選用上限，獲得上限鉆速。灌注樁施工反循環(huán)課件106灌注樁施工反循環(huán)課件107表6－9泵吸反循環(huán)常見故障的處理方法序號(hào)故障現(xiàn)象故障原因處理（排除）方法1真空泵啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)真空度達(dá)不到要求1.啟動(dòng)時(shí)間不夠2.氣水分離器中未

加足清水3.管路系統(tǒng)漏，密

封不好4.真空泵機(jī)械故障5.操作方法不當(dāng)1.適當(dāng)延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間但不宜超過(guò)10分鐘2.向氣水分離器中加足清水3.檢修管路系統(tǒng)．尤其是砂石泵塞線和水龍頭處4.檢修或更換真空泵5.按正確操作方法操作2真空泵啟動(dòng)時(shí)，真空度達(dá)到要求．但不吸水，或吸水而啟動(dòng)砂石泵時(shí)不上水1.真空管路或循環(huán)管路被堵2.鉆頭水口被堵住3.水籠頭彎管最高點(diǎn)過(guò)高1.檢修管路，注意檢查真空管路上的閥是否打開2.將鉆頭提離孔底，并沖堵3.水籠頭彎管最高點(diǎn)離鉆孔液面之間的距離降到6.5m以下表6－9泵吸反循環(huán)常見故障的處理方法序號(hào)故障現(xiàn)象故障原因1083灌注泵啟動(dòng)時(shí)管道阻力,孔口不返水1.管路系統(tǒng)被堵塞物堵死2.鉆頭水口被埋住1.清理管路系統(tǒng)堵塞物2.把鉆具提離孔底，用正循環(huán)沖堵4砂石泵啟動(dòng)正常循環(huán)后,循環(huán)突然中斷或逐漸中斷1.管路系統(tǒng)漏氣2.管路突然被堵3.鉆頭水口被堵4.吸水膠管內(nèi)層脫膠損壞1.檢修管路,緊固砂石泵塞線壓蓋或水龍頭壓蓋2.沖堵管路3.清除鉆頭水口堵塞物4.更換吸水膠管續(xù)表6-93灌注泵啟動(dòng)時(shí)管道阻力,孔口不返水1.管路系統(tǒng)被堵塞物堵死1109續(xù)表6-95在粘土層中鉆進(jìn)時(shí),進(jìn)尺緩慢，甚至不進(jìn)尺1.鉆頭有缺陷2.鉆頭泥包或糊鉆3.鉆進(jìn)參數(shù)不合理1.檢修鉆頭,必要時(shí)重新設(shè)計(jì)鉆頭（更換鉆頭）2.清除泥包,調(diào)整沖洗液的密度、粘度,適當(dāng)增大泵量或向孔內(nèi)投入適量砂石,解除泥包糊鉆3.調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)6在基巖中鉆進(jìn)時(shí)，進(jìn)尺很慢甚至不進(jìn)尺1.巖石較硬．鉆壓不夠2.鉆頭切削具崩落、鉆頭有缺陷或損壞1.加大鉆壓（可用加重塊）調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)2.修復(fù)鉆頭或更換鉆頭續(xù)表6-95在粘土層中鉆進(jìn)時(shí),進(jìn)尺緩慢，甚至不進(jìn)尺1.鉆頭有110續(xù)表6-97在砂層、砂礫層或卵石層中鉆進(jìn)時(shí)，有時(shí)循環(huán)突然中斷或流量突然減小，鉆頭在孔內(nèi)跳動(dòng)厲害1.進(jìn)尺過(guò)快，管路被砂石堵死2.沖洗液的密度過(guò)大3.管路被石頭堵死4.沖洗液中鉆碴含量過(guò)大5.孔底有較大的活動(dòng)卵礫石1.控制鉆進(jìn)速度2.立即稍提升鉆具，調(diào)整沖洗液密度至符合要求3.起閉砂石泵出水閥，以造成管路內(nèi)較大的瞬間力波動(dòng)，或用正循環(huán)沖堵。如無(wú)效則應(yīng)起鉆予以清除4.降低鉆速，加大排量，及時(shí)清碴5.起鉆、用專用工具清除大塊卵礫石續(xù)表6-97在砂層、砂礫層或卵石層中鉆進(jìn)時(shí)，有時(shí)循環(huán)突然中斷111續(xù)表6-98塌孔1.地層松，水頭壓力不夠2.孔內(nèi)漏失，水位下降3.操作不當(dāng)4.泵量過(guò)大（松散層）1.向孔內(nèi)補(bǔ)充足夠泥漿，加大泥漿密度或抬高水頭高度或下長(zhǎng)護(hù)筒2.向漏水層投泥球堵漏3.注意操作，升降鉆具應(yīng)平穩(wěn)4.調(diào)整泵量，減少抽吸續(xù)表6-98塌孔1.地層松，水頭壓力不夠1.向孔內(nèi)補(bǔ)充足夠泥112四、射流反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)1．工作原理射流反循環(huán)是用射流泵來(lái)驅(qū)動(dòng)循環(huán)液流動(dòng)的，因此，在了解射流反循環(huán)之前有必要先了解一下射流泵的構(gòu)造及工作原理。射流泵的構(gòu)造如圖5-25所示。在泵吸反循環(huán)中，可用射流泵作為真空泵來(lái)啟動(dòng)砂石泵；當(dāng)用泥漿泵作動(dòng)力源進(jìn)行抽吸射流反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，射流泵能抽吸空氣，不象砂石泵那樣需要啟動(dòng)裝置。四、射流反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)113圖6-23中心射流泵示意圖1－噴嘴；2－吸入室；3－喉管4一擴(kuò)壓管；5－供水管；6－吸入管口；7－排出管。射流泵工作時(shí)，由供水管來(lái)的高壓工作流體經(jīng)過(guò)噴嘴（1)進(jìn)入吸入室（2)后，速度增高，壓力降低，形成高速射流。高速射流對(duì)其周圍的介質(zhì)有卷吸作用，可帶著其周圍的介質(zhì)一起向前運(yùn)動(dòng)；吸入室（2)中的流體介質(zhì)被高速射流帶走后，吸入室中的壓力減小形成一定的真空度，從而使引射流體通過(guò)吸入管（6)不斷地被吸入吸入室，又不斷地被高速射流帶走，形成一個(gè)連續(xù)的抽吸過(guò)程。工作流體和引射流體在喉管（3)內(nèi)進(jìn)行動(dòng)量和能量交換達(dá)到充分混合。混合流體經(jīng)擴(kuò)壓管（4），速度降低，壓力增大，把大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能通過(guò)排出管（7）排出。圖6-23中心射流泵示意圖射流泵工作時(shí)，由供水管來(lái)的高壓工作114射流泵在反循環(huán)系統(tǒng)中，有三種常見的安裝形式，如圖5-27。裝置a靠射流泵的揚(yáng)程來(lái)驅(qū)動(dòng)泥漿循環(huán)，驅(qū)動(dòng)壓力可超過(guò)一個(gè)大氣壓，但管路比較復(fù)雜，高壓水流經(jīng)路程長(zhǎng)，沿程壓力損失大。裝置b和c是靠射流泵的吸程工作。射流泵的吸程一般比砂石泵高，但不可能超過(guò)一個(gè)大氣壓；在同樣的條件下，裝置b中的射流泵吸入壓力比裝置c中的高，對(duì)射流泵較為有利。對(duì)于大口徑工程基樁孔鉆進(jìn)，鉆孔一般不太深，三種裝置中選擇裝置b較好。射流反循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，射流泵無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，工作可靠，作業(yè)率高，機(jī)件磨損后易于更換，整個(gè)系統(tǒng)中鉆屑所經(jīng)的管路通暢。缺點(diǎn)是射流泵的機(jī)械效率在25％以下，消耗功率較大。射流泵在反循環(huán)系統(tǒng)中，有三種常見的安裝形式，如圖5-27。裝115裝置a是把射流泵放在井底鉆頭上部，裝置b是把射流泵放在地表，裝置c是把射流泵放在水龍頭旁。裝置a是把射流泵放在井底鉆頭上部，裝置b是把射流泵放在地表，1162．用6SPS正反循環(huán)兩用射流泵進(jìn)行射流反循環(huán)鉆進(jìn)6SPS射流泵是中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）研制的專利產(chǎn)品，它采用的是射流泵安裝在地表，（圖6-24b)的射流反循環(huán)鉆進(jìn)工藝。射流泵的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6-25。(1)射流泵的主要特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)。6SPS射流泵的主要特點(diǎn)：體積小、質(zhì)量小、抽吸力強(qiáng)，并集正、反、無(wú)循環(huán)三種功能于一身，且三種功能的轉(zhuǎn)換只需操作兩個(gè)閥，極為方便。2．用6SPS正反循環(huán)兩用射流泵進(jìn)行射流反循環(huán)鉆進(jìn)11712345678910當(dāng)閘閥(9)開啟，蝶閥(8)關(guān)閉時(shí)，工作泵Ⅲ的高壓液流經(jīng)噴嘴(4)高速噴出，吸入室（5)中產(chǎn)生負(fù)壓，經(jīng)引射管（2)和連接到鉆桿水籠頭上的膠管（1)抽吸孔底流體和鉆碴，此時(shí)為射流反循環(huán)。當(dāng)同時(shí)打開蝶閥及閘閥，則由工作泵來(lái)的工作液流經(jīng)擴(kuò)壓管(10）和排出管排入泥漿池或泥漿凈化設(shè)備，此時(shí)孔內(nèi)泥漿不循環(huán)。如打開蝶閥，關(guān)閉閘閥，由工作泵來(lái)的工作流體絕大部分經(jīng)蝶閥進(jìn)入喉管、引射管、射流泵吸水膠管、水籠頭及鉆桿流至井底，然后由鉆桿與井壁間環(huán)狀空間返回井口．此時(shí)則形成正循環(huán)。Ⅰ-射流泵;Ⅱ-軸封潤(rùn)滑油缸；Ⅲ-工作泵；Ⅳ-吸水膠管；Ⅴ－吸水籠頭。1-射流泵吸水膠管;2-引射管;3-泵體；4-噴嘴；5-吸入室；6-三通；7-喉管；8-蝶閥；9-閘閥;10-擴(kuò)壓管123456118正循環(huán)在大口徑反循環(huán)鉆進(jìn)中常用于排除鉆桿吸入口的堵卡，或鉆進(jìn)一些易于坍塌不適宜用反循環(huán)鉆進(jìn)的地層，如流砂層。6SPS射流泵主要技術(shù)參數(shù)：用于反循環(huán)時(shí)：真空度9.5m水柱；引射流量225-100m3/h，配用鉆桿內(nèi)徑150mm。用于正循環(huán)時(shí)：最大泵壓0.6MPa(60m水柱）；最大泵量180m3/h。外形尺寸1885X1332X860（長(zhǎng)X寬X高）mm（不包括排出管）；質(zhì)量1100kg；功率37-45kW,正循環(huán)在大口徑反循環(huán)鉆進(jìn)中常用于排除鉆桿吸入口的堵卡，或鉆進(jìn)119(2)射流反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝。射流泵安裝在地表的射流反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的施工工藝與泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)基本相同。因此，這里著重介紹射流泵的使用及注意事項(xiàng)，其他問(wèn)題不再重復(fù)。泵的安裝高度應(yīng)盡可能低，泵軸線距泥漿池液面高度不大于0.5m為宜。如射流泵組長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)轉(zhuǎn)，工作泵（離心泵）內(nèi)無(wú)水，啟動(dòng)前打開閘閥及蝶閥，通過(guò)排出管向泵內(nèi)灌水，同時(shí)打開工作泵泵體上的小閘閥放氣，待工作泵及其吸水膠管空氣排凈后，關(guān)閉小閘閥，啟動(dòng)工作泵。(2)射流反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝。射流泵安裝在地表的射流反循環(huán)回120如工作泵供水不正常，原因可能是：①工作泵內(nèi)滯留空氣未排凈；②吸水籠頭被雜物堵塞或被沉淀下來(lái)的鉆碴埋沒(méi)；③吸水籠頭沉入深度淺，吸水時(shí)產(chǎn)生漩渦，吸入了空氣。應(yīng)針對(duì)不同情況設(shè)法排除。工作泵正常供水是射流泵正常工作的必要條件。如工作泵供水正常，可先試用一下正循環(huán)：打開蝶閥，將閘閥逐步關(guān)閉，當(dāng)孔口返水時(shí)，說(shuō)明循環(huán)管路無(wú)堵塞或堵塞已被沖開。在循環(huán)管路無(wú)堵塞的情況下，再打開閘閥關(guān)閉蝶形閥，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)反循環(huán)。如工作泵供水不正常，原因可能是：①工作泵內(nèi)滯留空氣未排凈；②121反循環(huán)正常后，開動(dòng)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)并給進(jìn)。當(dāng)大量鉆碴涌進(jìn)鉆桿內(nèi)上升時(shí)，射流泵吸入阻力增加，水量會(huì)減小。因此，司鉆要隨時(shí)注意水量變化，如發(fā)現(xiàn)水量明顯減小，應(yīng)減緩進(jìn)尺速度或停止進(jìn)尺，必要時(shí)稍提升鉆具，等水量恢復(fù)正常后再進(jìn)尺。隨著孔深的增加，循環(huán)系統(tǒng)的各項(xiàng)阻力隨之增加，水量會(huì)逐步減小一些，這是正?，F(xiàn)象。反循環(huán)正常后，開動(dòng)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)并給進(jìn)。122射流反循環(huán)特有的固障:一是工作泵吸水籠頭被雜物堵塞，二是噴嘴被堵塞。這兩個(gè)固障是密切聯(lián)系的。之所以要在工作泵的吸水管端裝上吸水籠頭，是為了防止比噴嘴出口直徑大的鉆屑或雜物進(jìn)入射流泵而堵塞噴嘴。而裝上吸水籠頭后，吸水籠頭又易被雜物堵塞，影響射流泵的正常工作。因此，及時(shí)清除泥漿池里雜物，增大沉淀池容積；吸水籠頭附近及時(shí)清砂清泥是保證射流泵正常工作的關(guān)鍵。射流反循環(huán)特有的固障:一是工作泵吸水籠頭被雜物堵塞，二是噴嘴123五、氣舉反循環(huán)1、工作原理氣舉反循環(huán)是利用氣舉泵的工作原理實(shí)現(xiàn)沖洗液反循環(huán)的，如圖6-26。壓縮空氣通過(guò)供氣管路（可以是專門的風(fēng)管，也可以是雙壁鉆桿的外環(huán)空間，圖示為后者)送至孔內(nèi)氣水混合室，在這里壓氣膨脹、液氣混合，形成一種密度小于液體的液氣混合物，并在鉆桿內(nèi)外重度差和壓氣動(dòng)量的聯(lián)合作用下，沿鉆桿內(nèi)孔上升，帶動(dòng)孔內(nèi)的沖洗液和巖屑一起向上流動(dòng)，形成空氣、沖洗液和巖屑混和的三相流.五、氣舉反循環(huán)124圖6-26氣舉反循環(huán)工作原理示意圖1-鉆頭；2-鉆桿；3-混合器；4-雙壁鉆桿；5-轉(zhuǎn)盤；6-氣水龍頭；7-風(fēng)管;8-空氣壓機(jī)；9-沉淀池圖6-26氣舉反循環(huán)工作原理125三相流流往地面沉淀池，空氣逸散，鉆碴沉淀，沖洗液流回鉆孔。由上述氣舉反循環(huán)的原理可知，氣舉反循環(huán)形成的前提條件是：混合器沉入水下一定深度，在鉆桿內(nèi)外形成足夠大的反向壓力差。如圖6-26所示，設(shè)孔內(nèi)沖洗液面與孔口持平，混合器沉入水下深度為ho，鉆桿內(nèi)三相流的重度為γm，鉆桿外液柱重度為γa，作用于混合器液面上的內(nèi)外液柱壓力差△P為（不考慮排碴膠管的虹吸作用）：三相流流往地面沉淀池，空氣逸散，鉆碴沉淀，沖洗液流回鉆孔。126△P=r0h0-γm(h0+h1)=(γa-γm)h0-γmh1正是這個(gè)壓力差，再加上高速噴出并迅速膨脹的壓氣動(dòng)量的作用，驅(qū)動(dòng)鉆孔內(nèi)的液體，沿外環(huán)空間向下流動(dòng)，尾管內(nèi)的巖屑和沖洗液、混合器以上的三相混合物沿鉆桿內(nèi)孔上升，并克服循環(huán)過(guò)程中的各種阻力損失，形成連續(xù)的反循環(huán)