CN105649559B - 一种用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置及清除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置及清除方法。包括送风机构、送液机构、软管以及排渣管，排渣管包括排渣管竖直部分和排渣管水平部分，排渣管竖直部分与送风机构通过软管连通，排渣管竖直部分包括上管、中管和下管，中管包括中心轴线重合的外管和内管，上管与外管或内管通过螺纹连接，下管与外管或内管同样通过螺纹连接，还包括斜管，斜管斜向下贯穿内管和外管，送风机构的出风口依次通过软管、斜管与内管连通。本发明采用上述结构，有效地提高了沉渣清除效率，且能耗并没有明显增加。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，具体涉及一种用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置及清除方法。
背景技术
成孔灌注桩孔底的沉渣厚度是灌注桩施工质量控制的重要指标，直接影响灌注桩的承载力，尤其对以桩端承力为主的端承桩、摩擦端承桩的影响更甚，因此有效清除孔底沉渣是控制成桩质量的关键。目前桥梁设计中大量采用大直径、超长灌注桩基础，因此，如何有效的控制沉渣厚度一直是困扰施工的难题。
目前，为了清除成孔灌注桩孔底的沉渣，用得比较多的是一种气举反循环清渣方法，该方法的原理是：将一根接有风管的导管下放至沉渣面，向风管中通入高压空气，高压空气从导管进气口进入导管并同导管内的泥浆混合，形成密度小于泥浆的浆气混合物，浆气混合物因其比重小而上升，从而在导管进气口下端形成负压，泥浆在负压的作用下同时上升，在气压动能的联合作用下，孔内泥浆、空气、沉渣的三相流沿导管不断向上运行，从而形成流动。因为导管的内径远远小于桩孔内径，便形成了流速、流量极大的反循环，携带沉渣从导管内排出。
上述气举反循环清渣方法相对于正循环清渣法，虽然清渣效率有一定的提高，但是就整体而言，清渣效率有限，而且为改善清渣效率，目前的做法往往是增大空气压力，但是这直接导致能耗较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置及清除方法，解决目前在清除成孔灌注桩孔底的沉渣时，清除效率整体不高，同时能耗还相对较高的问题。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现：
一种用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置，包括送风机构、送液机构、软管以及排渣管，排渣管包括排渣管竖直部分和排渣管水平部分，排渣管竖直部分与送风机构通过软管连通，所述排渣管竖直部分包括上管、中管和下管，所述中管包括中心轴线重合的外管和内管，所述上管与外管或内管通过螺纹连接，下管与外管或内管同样通过螺纹连接；
还包括斜管，所述斜管斜向下贯穿内管和外管，送风机构的出风口依次通过软管、斜管与内管连通。
在本方案中，送风机构可以是空压机或者其它高压空气输出装置，用于产生高压空气；送液机构可以是清水泵或者泥浆泵，用于向灌注桩孔中通入清水或者泥浆，产生的高压空气（压缩空气）通过斜管进入到内管中，此处的清水或泥浆与高压空气混合，形成气液混合物，最终通过上管上端输出到泥浆池中。本方案中，发明人对排渣管采用了独特的设计，将排渣管设计为三段式，分别为上管、中管及下管，管与管之间通过螺纹连接，螺纹连接不仅使得排渣管的安装、拆卸、更换变得更方便，同时还能做到排渣管长度的可调，尤其是做到了斜管的出风口到排渣管两端距离的可调，传统的气举反循环排渣方式只是做到了形成浆气混合物，本方案采用这种设计后，很好地解决了能耗与效率之间的问题，传统方式在加大了送风量的情况下，排渣效率并没有得到明显的提高。而本方案综合分析了孔深、以及出风口与排渣管两端之间的距离，经过大量试验研究发现，当斜管的出气口到上管上沿的距离与灌注桩孔的深度之间的比值满足0.55~0.65时，排渣效率明显提高，且能耗（主要是空压机的能耗）并没有明显的增加，清水泵或泥浆泵跟传统方式的能耗差不多。以直径为2m、深度为10m的灌注桩孔为例，传统的气举反循环清渣法通常需要4个小时才能将沉渣清除，而采用本方案所述的装置，只需两个小时。另外，本方案将上管、下管均设计成可调的方式，一来方便本装置适应各种深度的灌注桩孔，使斜管的出气口到上管上沿的距离与灌注桩孔的深度之间的比值满足在0.55~0.65的范围内，二来能够方便调整下管的下沿到灌注桩孔底部的距离，便于沉渣能够更好地随清水或泥浆进入到排渣管中，本方案优选下管的下沿到灌注桩孔底部的距离为300~400mm。
进一步地，作为优选方案，所述斜管的中心轴线与内管的中心轴线的夹角为15~20度。
进一步地，作为优选方案，所述内管的直径与软管的直径的比值为3~5。
进一步地，作为优选方案，所述上管上设有第一外螺纹，外管的内壁上部设有与第一外螺纹相配合的上内螺纹，下管上设有第二外螺纹，外管的内壁下部设有与第二外螺纹相配合的下内螺纹。
进一步地，作为优选方案，还包括两个分别设置在内管的上下两端的橡胶筒，所述橡胶筒呈喇叭状，橡胶筒直径较小的一端固定在内管的管口处，橡胶筒直径较大的一端为自由端。
进一步地，作为优选方案，所述外管和内管之间设有连接环，连接环的厚度等于外管和内管之间的间隙宽度。
一种采用用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置实现沉渣清除的方法，包括以下步骤：
（a）组装好排渣管，送风机构依次通过软管、斜管与中管连通，上管的上端通过连接钢管输出至泥浆池；
（b）将排渣管下放至灌注桩孔内，排渣管的下端距沉渣面300~400mm，然后固定好排渣管；
（c）通过送液机构向灌注桩孔内注入清水或泥浆，并且使清水面或泥浆面与上管的上沿齐平；
（d）开始送风，风量由小到大，并使风压大于灌注桩孔的孔底水头压力；
（e）灌注桩孔的孔底沉渣随着排渣管向上运行、排出。
进一步地，作为优选方案，所述步骤（a）中，根据灌注桩孔的深度，调整上管和下管露出中管的长度，使斜管的出气口到上管上沿的距离h1与灌注桩孔的深度h2，满足h1和h2的比值为0.55~0.65；
进一步地，作为优选方案，所述步骤（d）中，风压满足P=γs·h3/1000+ΔP，其中，P表示风压，单位为KN/m3；γs表示泥浆比重，取1.15；h3表示斜管出气口至下管下沿的距离，单位为m；ΔP表示供气管道压力损失，取0.05～0.1MPa。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明通过将排渣管设计为长度可调，不仅方便了将排渣管的下端调整到最佳的位置，同时还方便调节斜管的出气口到上管上沿的距离与灌注桩孔的深度之间的比值，从而适应各种孔深的灌注桩孔，而无需对每次都对排渣管进行改造，方便操作的同时还降低了成本。
（2）本发明对斜管进行设计，不仅对斜管的角度做了设计，而且还对斜管与排渣管之间的管径比做了设计，实现了在同等能耗下，更好地产生了浆气混合物，并使其具有更强劲的动力将沉渣带出孔底，提高了清渣效率，也避免了不必要的能耗产生。
（3）本发明对中管进行了设计，将其分为外管和内管，另外，上管上设有第一外螺纹，外管的内壁上部设有与第一外螺纹相配合的上内螺纹，下管上设有第二外螺纹，外管的内壁下部设有与第二外螺纹相配合的下内螺纹，沉渣从下管进入到内管，再进入到上管，直至排出排渣管这个过程中，沉渣与各个螺纹之间完全不会接触，从而确保了螺纹不受沉渣的影响，能够长期保持正常状态，方便排渣管长度的正常、快速调节，有利于提高工作效率。
（4）本发明在内管的上下两端设置了橡胶筒，橡胶筒呈喇叭状，橡胶筒直径较小的一端固定在内管的管口处，橡胶筒直径较大的一端为自由端，橡胶筒能够很好地避免沉渣、泥浆等进入到内筒与上管、内管与下管之间，确保更好的气密性，提高排渣效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为排渣管与斜管的位置关系图；
图3为中管的结构示意图；
图4为上管的结构示意图；
图5为下管的结构示意图；
图6为外管的结构示意图；
图7为外管、内管、连接环之间的位置关系图；
图8为橡胶筒的位置关系图。
图中附图标记对应的名称为：1、送风机构，2、送液机构，3、排渣管竖直部分，4、排渣管水平部分，5、斜管，6、积池，7、软管，8、清水面或泥浆面，9、沉渣，31、上管，32、中管，33、下管，34、第一外螺纹，35、第二外螺纹，36、上内螺纹，37、下内螺纹，38、橡胶筒，321、外管，322、内管，323、连接环。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1所示，本实施例所述的一种用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置，包括送风机构1、送液机构2、软管7以及排渣管，排渣管包括排渣管竖直部分3和排渣管水平部分4，排渣管竖直部分3与送风机构1通过软管7连通，所述排渣管竖直部分3包括上管31、中管32和下管33，中管32包括中心轴线重合的外管321和内管322，上管31与外管321或内管322通过螺纹连接，下管33与外管321或内管322同样通过螺纹连接。
本实施例还包括斜管5，斜管5斜向下贯穿内管和外管，送风机构1的出风口依次通过软管7、斜管5与内管连通。
本实施例采用了独特的设计，将排渣管设计为三段式，分别为上管、中管及下管，管与管之间通过螺纹连接，螺纹连接不仅使得排渣管的安装、拆卸、更换变得更方便，同时还能做到排渣管长度的可调，尤其是做到了斜管的出风口到排渣管两端距离的可调，传统的气举反循环排渣方式只是做到了形成浆气混合物，本方案采用这种设计后，很好地解决了能耗与效率之间的问题，传统方式在加大了送风量的情况下，排渣效率并没有得到明显的提高。而本方案综合分析了孔深、以及出风口与排渣管两端之间的距离，经过大量试验研究发现，当斜管的出气口到上管上沿的距离与灌注桩孔的深度之间的比值满足0.55~0.65时，排渣效率明显提高，且能耗并没有明显的增加，实现了最优化。
本实施例为实现高效清渣，可采用下述方法来实现：
一种采用用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置实现沉渣清除的方法，包括以下步骤：
（a）组装好排渣管，送风机构依次通过软管、斜管与中管连通，上管的上端通过连接钢管输出至泥浆池，为了取得较佳的排渣效果，调整上管和下管露出中管的长度，使斜管的出气口到上管上沿的距离h1与灌注桩孔的深度h2，满足h1和h2的比值为0.55~0.65；
（b）将排渣管下放至灌注桩孔内，排渣管的下端距沉渣面300~400mm，然后固定好排渣管；
（c）通过送液机构向灌注桩孔内注入清水或泥浆，并且使清水面或泥浆面与上管的上沿齐平；
（d）开始送风，风量由小到大，并使风压大于灌注桩孔的孔底水头压力，在本步骤中，风压满足P=γs·h3/1000+ΔP，其中，P表示风压，单位为KN/m3；γs表示泥浆比重，取1.15；h3表示斜管出气口至下管下沿的距离，单位为m；ΔP表示供气管道压力损失，取0.05～0.1MPa。之所以对风压做了上述限定，是因为发明人经过大量研究发现，能耗与效率之间没有得到很好地解决，对风压进行设计后，使风压更好地与排渣管以及泥浆等配合，更合理地使用了风压，达到了最佳的排渣效果，同时能耗并没有明显的增加。
（e）灌注桩孔的孔底沉渣随着排渣管向上运行、排出至泥浆池，从而实现清水或泥浆进入桩孔，清水或泥浆再将沉渣通过排渣管带出桩孔并进入到泥浆池，清水或泥浆再通过泵注入桩孔，周而复始，形成循环，最终将沉渣清除到符合要求为止。
实施例2：
如图2所示，本实施例在实施例1的基础上，还做了如下限定：本实施例的斜管5的中心轴线与内管322的中心轴线的夹角为15~20度，内管322的直径与软管7的直径的比值为3~5。本实施例采用这样的设计后，实现了在同等能耗下，更好地产生了浆气混合物，并使其具有更强劲的动力将沉渣带出孔底，提高了清渣效率，也避免了不必要的能耗产生。
实施例3：
如图3~8所示，本实施例在实施例1或实施例2的基础上，做了进一步的设计，具体如下：
本身说的上管31上设有第一外螺纹34，外管321的内壁上部设有与第一外螺纹34相配合的上内螺纹36，下管33上设有第二外螺纹35，外管的内壁下部设有与第二外螺纹35相配合的下内螺纹37。通过这样设计，沉渣从下管进入到内管，再进入到上管，直至排出排渣管这个过程中，沉渣与各个螺纹之间完全不会接触，从而确保了螺纹不受沉渣的影响，能够长期保持正常状态，方便排渣管长度的正常、快速调节，提高了工作效率。
另外，为了进一步提高整个排渣管的气密性，同时防止沉渣、泥浆等进入到内筒与上管、内管与下管之间，本实施例还包括两个分别设置在内管322的上下两端的橡胶筒38，橡胶筒38呈喇叭状，橡胶筒38直径较小的一端固定在内管322的管口处，橡胶筒38直径较大的一端为自由端。橡胶筒38直径较大的一端贴在上管31的内壁或者下管33的内壁。
为了进一步增加中管的稳定性及气密性，本实施例在外管321和内管322之间设有连接环323，连接环323的厚度等于外管321和内管322之间的间隙宽度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置，包括送风机构（1）、送液机构（2）、软管（7）以及排渣管，排渣管包括排渣管竖直部分（3）和排渣管水平部分（4），排渣管竖直部分（3）与送风机构（1）通过软管（7）连通，其特征在于：所述排渣管竖直部分（3）包括上管（31）、中管（32）和下管（33），所述中管（32）包括中心轴线重合的外管（321）和内管（322），所述上管（31）与外管（321）或内管（322）通过螺纹连接，下管（33）与外管（321）或内管（322）同样通过螺纹连接；
还包括斜管（5），所述斜管（5）斜向下贯穿内管和外管，送风机构（1）的出风口依次通过软管（7）、斜管（5）与内管连通；
所述斜管（5）的中心轴线与内管（322）的中心轴线的夹角为15~20度；
所述内管（322）的直径与软管（7）的直径的比值为3~5。
2.根据权利要求1所述的一种用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置，其特征在于：所述上管（31）上设有第一外螺纹（34），外管（321）的内壁上部设有与第一外螺纹（34）相配合的上内螺纹（36），下管（33）上设有第二外螺纹（35），外管的内壁下部设有与第二外螺纹（35）相配合的下内螺纹（37）。
3.根据权利要求2所述的一种用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置，其特征在于：还包括两个分别设置在内管（322）的上下两端的橡胶筒（38），所述橡胶筒（38）呈喇叭状，橡胶筒（38）直径较小的一端固定在内管（322）的管口处，橡胶筒（38）直径较大的一端为自由端。
4.根据权利要求2所述的一种用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置，其特征在于：所述外管（321）和内管（322）之间设有连接环（323），连接环（323）的厚度等于外管（321）和内管（322）之间的间隙宽度。
5.一种采用权利要求1~4任一项所述的一种用于清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置实现沉渣清除的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（a）组装好排渣管，送风机构依次通过软管、斜管与中管连通，上管的上端通过连接钢管输出至泥浆池；
（b）将排渣管下放至灌注桩孔内，排渣管的下端距沉渣面300~400mm，然后固定好排渣管；
（c）通过送液机构向灌注桩孔内注入清水或泥浆，并且使清水面或泥浆面与上管的上沿齐平；
（d）开始送风，风量由小到大，并使风压大于灌注桩孔的孔底水头压力；
（e）灌注桩孔的孔底沉渣随着排渣管向上运行、排出。
6.根据权利要求5所述的一种采用清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置实现沉渣清除的方法，其特征在于：所述步骤（a）中，根据灌注桩孔的深度，调整上管和下管露出中管的长度，使斜管的出气口到上管上沿的距离h1与灌注桩孔的深度h2，满足h1和h2的比值为0.55~0.65。
7.根据权利要求5所述的一种采用清除成孔灌注桩孔底沉渣的装置实现沉渣清除的方法，其特征在于：所述步骤（d）中，风压满足P=γs·h3/1000+ΔP，其中，P表示风压，单位为KN/m3；γs表示泥浆比重，取1.15；h3表示斜管出气口至下管下沿的距离，单位为m；ΔP表示供气管道压力损失，取0.05～0.1MPa。
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- 2016-03-22 CN CN201610162966.4A patent/CN105649559B/zh active Active
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