工程材料与设备器
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｔａｌ＆ＥｑｕＩｐｍｅｎｔ
气举反循环钻机工作原理浅析
祁润平，杨玉勇
（京沪高速铁路土建二标项目部十工区，山东德州
２５１１００）
摘要：为了提高大直径桩基的钻进效率和有效清除孔底沉渣．黄河大桥主桥桩基施工采用了反循环钻机工艺。结合该下程介绍ｒ气举反循环钻机的工作原理，对水中大直径、深桩基施ｔ的设备选型提供一定的参考。关键词：桥梁；钻孑Ｌ灌注桩；气举反循环钻机；工作原理中图分类号：Ｕ４４５．３１
文献标志码：Ｂ
文章编号：１００９－７７６７（２０１０）０２—０１３９—０４
ＭｅｃｈａｎｉｓｍＡｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆＡｉｒＬｉｆｔＲｅｖｅｒｓｅＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎＤｒｉｌｌ
Ｑｉ
Ｒｕｎｐｉｎｇ，ＹａｎｇＹｕｙｏｎｇ
京沪高速铁路济南黄河大桥主桥水中１、２号桥黄河主桥１、２号墩桩基施Ｔ选用ＺＳＤ２５０、ＧＦ３００气举墩位于黄河主河道，全部采用钻孔灌注桩基础。考虑到反循环回转钻机，刮刀钻头进行钻孔施Ｔ。主桥３、４号黄河水流流速较快。冬季河道有流冰现象，黄河冲沙
墩南于前期开丁较早，且桩位在黄河滩地中，墩位处ｄ左右以及夏季洪水期的影响等因素，桩基施工采
未作硬化处理，不适合自重超大的大型钻机施Ｔ作业，用浮式平台方案不确定因素多．且墩基础为大直径、超选择了小型泵吸式汽车钻机。
深桩基础．故拟采用同定平台．然后安设大型钻机进本文结合水中墩桩基施工过程．对气举反循环钻ｍ的摩机的丁作原理及其在大直径、深桩基施工中的优越性ｍ，设计孑Ｌ深达１０７ｍ。
做一些分析。
ｍ，采用震动打桩锤打入河床２８
ｍ．
１．２气举反循环钻机性能
ｃｍ。黄河大桥主桥深ＺＳＤ２５０型气举反循环钻机是当前国内使用范围较广且性能先进的钻机之一．其机架钻径１．２～２．５ｍ，
标准钻深６０ｍ。最大１２０ｍ。钻机外观见图１，钻机性能
参数见表１。
由于钻具结构特征和流体力学动力特点．决定了以清除孔底钻渣。为了提高大直径桩基的钻进效率和根据孔位处地质及水文条件、孔深、施Ｔ场地、施Ｔ能力等因素，特别是地质条件较为复杂，主要以第四系河流相粉质土为主．其问多夹粉、细、中沙及粉ｍ以下姜石含图ｌ
ＺＳＤ２５０型气举反循环钻机
１．３钻机各部分构造
转盘式钻机是通过转盘旋转或悬挂动力头旋转
２０１０卑￥２真（３一）第２８毫啼荭焱右川盯
１３９
万方数据
４０
行成孔的方法。主桥水中墩采用２８根直径２．５擦桩基础，其中１号墩桩基长９５钻孔钢护简直径２．９钢护筒顶标高在钻孑Ｌ平台以下３０孔大直径钻孔灌注桩基础，水文和地质条件复杂．施工难度巨大。
１钻机选用及其性能１．１设备选型
大直径桩基施工采用正循环体系钻机效率低下和难有效清除孑Ｌ底沉渣．黄河大桥主桥桩基施工采用反循环钻机工艺。
土、薄层黏土或透镜体。其中覆盖层４０量较高，姜石层分布较多。通过综合考虑比选，基于主桥１、２号墩在桩基施工前需先搭设钻孑Ｌ平台．为大型钻机施工作业提供牢固、稳定、平稳的环境，所以确定
器工程材料与设备
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表ｌ
ＺＳＤ２５０型反循环钻机性能参数
性能参数
１００４５２９００２４００４２０１４５
具施加一定的压力，增加钻进能力，变更钻头型号可以满足施工提出的各种地质条件要求。转盘式钻机基
性能参数
最大提升力／ｔ
导向架倾角／。
钻杆吊机／ｔ
２５
１．０
本构造是将动力系统动力通过变速、减速系统带动转盘驱动钻杆钻进。并通过卷扬机构或油缸升降钻具施加钻压，钻渣通过反循环排渣系统排到泥浆池。多工艺空气钻机对设备配套要求很高．既要求品种齐全性能良好．又要求一机多用便于搬迁。各类机具能方便地组合实施不同的钻进法。
气举反循环钻进技术配套主要设备机具包括：钻架、动力头、滑移横梁、钻具（包括钻杆、钻头）、底盘、操作
动力头倾角，ｏ动力头行程／ｎｕｎ钻杆长度／ｍｍ钻杆质髓／ｋｇ
总功率，ｋＷ
重载转速ｄｒａｉｎ
扭矩，ｌ【Ｎ・ｍ电源
０～２３Ｏ～１５０３相３８０Ｖ５０Ｈｚ
４．６ｘ４．６ｘ６．４
整机尺寸／ｍ
整机质量，ｔ
‘茎：嚣｝、排渣方式反筹嚣
带动钻杆，并传递动力到钻具上。并可通过钻杆对钻
室、钻杆起吊回转装置、空气压缩机、泥浆箱等（见图２）。
ａ）动力头
ｂ）空压机ｃ）三翼刮刀钻头
图２气举反循环钻进技术配套主要设备机具
２气举反循环工作原理
气举反循环的理论基础是组合液举同体运动理论和气体浮举液体运动理论。反循环体系以气体为动力介质，以液流体为延升载运介质携带固体颗粒上返．最终完成气、液、固ｉ相混合运动。达到清除钻孔内沉渣、岩屑的目的。首先，自然界中液流体搬动固体颗粒大小的能力与液流体的流速直接相关，即搬动固体颗粒的液流体的临界速度ｙ。将主导反循环体系的排渣能力；其次，气举液流体的能力范同受气液混合比田有效取值范嗣的制约，将控制气举反循环体系的综合系统Ｔ艺能力，如钻深能力、功效能力。
气举反循环理论最重要的参数为：其一是液举固体颗粒理论，首要的参数就是液流体的临界速度Ｖ。；其二是气体浮举液流体理论，最重要的技术参数是气体与液体的混合比＂。２．１气举及液举理论川２．１．１液举固体理论
液流体在运动中将对障碍物或是浮举物产生推力作用，推力作用的表现形式为：使障碍物或浮举物的浮举面更改方向。引发压力增长形成增压区．其背面液体绕流形成负压区。固体颗粒因为上下两面的压
力差将平衡重力作用，并随液流体一道向上运动。气举固体的原理与液举固体的原理基本相同。
该理论涉及到我们都熟知的两个物理定律，即牛顿第二定律：Ｆ：，耽和冲量定律：ｆｔ＝ｍｖ末一ｍ１）韧。如图３所示，将速度为ｙ。的流体看成连续的粒子流以相对速度（ｙ。一ｙ）碰撞浮举物，单位时间内作用于浮举物上流体质量ｍ＝ｐ∑（ＡＳ・（ｙｏ—ｙ）・＆，流体粒子碰撞前后相对速度变量ＡＶ＝（Ｖ。一ｙ）（１＋孝ｃｏｓ２０ｔ）。将各项参数代入两个物理定律中即可求得流体浮举力，。
平夤量大截面积：Ｓ
一名塞≤夕世
臻
ｔ』』
Ｐ、
叶一
朋葺
—√
醚
√◆
岩属体或卵石
、（密度卧质量ｍ）
、液藏体（密度ｐ）
图３液举固体理论
２．１．２气举液体理论
气流混入液体中，气流将被液流包容、分割成稳
定的小气泡，并在液体中运动充分扩散。同时，气流受
１４０辛ａｃ笈求一盯２０１０Ｎｏ．２（Ｍａｒ．）Ｖ０１．２８
万方数据
液体的反举浮力作用。周边受阻只能向上逃逸．气泡与液体间的微小速度差所形成的下部负压区由液体来填充。当气流连续不断的输入管道液体中时．将形成连续的液流填充运动和稳定的气液混合体向上运动（见图４所示）。并且，气泡在逃逸当中不断地发生体积膨胀，将部分膨胀转化为液流的运动动能。
干
图４气举反循环系统
该理论涉及到的又一物理方程就是气体运动状态方程：
ＰＶ／Ｔ＝（常数）
式中：Ｐ为外部压力，ｙ为气体体积，ｒ为绝对温度。２．２气举反循环理论１２１
连续的气流柬在钻杆或导管通道中运动，利用液体的反举浮力作用、气体在液体中能充分扩散和膨胀性能、湍流有利于不同介质的能量交换和加速扩散功能。实现连续的上返气、液、固ｉ相混合体。由于气泡、液流同时上返运动，客观存在着速度差，势必造成气泡上下端面的压力差，把钻杆或是导管通道内的压力差累计起来就形成了气举反循环的扬程提升能力。
由于气举反循环体系对液流速度有要求，气液混合比＇７取值在０．８６１～１．６１８之问较为合理，也就是气液混合比初混值０．８６１，出Ｖ１混合比不超过１．６１８才能保证系统正常工作。
考虑反循环体系启动时，避免孔口返流，混合器最小沉没深度压力足够克服上升液柱的反压力。则沉没深度ｈＩ＞７ｍ，标准大气压下ｈ＝８．８～１５．５ｍ较为合理，满足正常工况要求。３气举反循环钻机应用总结３．１几点认识
３．１．１气举反循环钻进的下限值
据资料介绍．孔深９ｍ以上气举才起作用。孔深小
于９ｍ气举反循环钻机一般不能开孔，因此．钻机开钻
时先用正循环开孔，而后采用反循环钻进。万方数据
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３．１．２孔深与效率的关系【３】
气举反循环钻进效率，随孔深增加而提高。用气举反循环法钻太浅的孔是不划算的。据有关资料介绍，孔深３０，－－－５０ｍ为气举反循环钻探低效区。分析其原因：第一，随着孔深增加，气举排水量增加，则钻杆内上返流速增加，最终导致钻进速度提高。第二，孔深８０
ｍ
后钻进效率有下降趋势。是因在气水混合器最大埋深
４２
ｍ的前提下，井深增加，钻具增加，管道流阻力逐渐
增大，气举排水量有所下降，钻杆内上返流速下降，导致钻进效率下降。
３．１．３携带岩样的临界上返流速
冲洗液携带岩屑的临界上返流速为０－３～０．４
ｍ／ｓ。
经计算的双壁钻杆管内上返流速。最低为０．６８ｍ／ｓ．最高２．５５ｍ／ｓ。此流速为混合器以下液固二相流流速。其中，最低已满足排出岩样要求。最高则可排出直径
２０ＣＩＴＩ、长２０ｃｍ的岩心柱（以内径２３ｃｍ的钻杆为例）。
值得说明的是最高上返流速是在混合器埋深４０ｍ处的前提下取得的。如果有效地提高空压机的压力，将混合器进一步深埋，势必突破这个数据，排岩样效果更好。３．１．４杆外与杆内冲洗液的流速比
据有关资料介绍．钻杆外与内冲洗液的流速比为１／５０～１／１００时．则有利稳定井壁。避免冲洗液冲刷井壁。所以在钻进过程中要通过测量冲洗液的流速比控制钻进数据，避免流速比过大造成对孔壁的冲刷，导致塌孔的事故。采用气举反循环钻机进行钻孔施工，不仅钻进速度快、操作方便省力。而且成孔质量高。黄河大桥主桥桩基钻孔结束后均采用ＪＪＣ—ｌＤ孑Ｌ径检测系统对成孔质量进行检测（见图５），其成孔质量检验报告见图６。
由检测报告看出。采用气举反循环大型钻机其成孔垂直度、深度、清孔的效果等一系列参数，均满足工程实体的要求。满足高速铁路验收标准的要求。
图５探孔仪在检测成孔质量
Ｚ０１０鼻．２＿（３一）９２８｛．事荭敏木一盯
１４１
３．２成孔质量
器工程材料与设备
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
济南黄河丈柝＇．２（２５００ｍｍ）
１－２并柱孔成孔质ｔ检测搬告
■向比饲：＇伸
般向Ｅ倒ｔ
ｉｔ
表２气举反循环与泵吸反循环钻机工作效能比较
对比内容
３１００
ｚｓＤ２５０气举反循环
１４５１５０
ＧＷ２５泵吸反循环
６００
２ｓｏｏｍＯ硼舢
—１．一一‘・’一，‘一一‘Ｔ一。一１。…—一２１∞
檀■ｔ：甘ｊ鼻
１Ⅻ
Ｏ
ｒ
＾删ｍ＇
一
电机功率／ｌ【Ｗ扭矩大小，ｋＮ・ｍ有无配重钻头效能
有（３～４块）易糊钻
空压机、风管、液压油缸
６～７
３￣４
配套设备成孔速度／ｄ清孔时问／ＩＩ
；。鲫一～洲
实现了资源优化配置，做到了设备的因地制宜、科学选型。气举反循环钻机属于大型设备，需要大量的配套设备，且需要足够的工作空间，资源消耗大，但在工
期紧张的情况下加快了施工进度。节约了Ｔ期。无形中节约了成本。大直径、深孑Ｌ桩基在当今的公路、铁路桥梁中广泛采用．虽然泵吸式钻机以显著的优势应用于水井、基础Ｔ程等大口径钻进中，口径可达２ｍ以上．但其钻进深度小于１００ｍ，不能适应深孔钻进。而气举反循环钻机则可解决深孔钻进问题。据有关资料介绍，国内气举反循环钻进已达９０１．２ｍ。这就为大型的气举反循环钻机提供了广阔的使用空间。尽管如此，这一钻进技术仍有一些难点需要克服。相信通过不断地改进和优化施Ｔ下艺，会使气举反循环这种钻进形
｝悸眵碡压伊ｋ譬莨ｒ
Ｌ
？≤≥；亨；旷。Ｆ墨良；｜
图６成孑Ｌ质量检验报告
３．３气举反循环与泵吸反循环钻机效能比较
黄河大桥主桥３、４号墩位于黄河潍地。桩基钻孔施工采用ＧＷ一２５型回转式泵吸反循环钻机。因其自重较轻、操作简单，配套设备较少，适合在黄河滩地较软的地基上钻进施１二。但由于钻机本身功率较低、扭矩较小，所以成孔速度较气举反循环慢。现将两种钻机的钻进效能进行比较，即可看出气举反循环钻机的优点所在（见表２）。
４结论
式更加科学合理，钻进效率不断提高。篷潮
参考文献：
［１】朱之樨，王希麟．流体力学理论【Ｍ】．北京：清华大学出版社，
１９８４：１４３—１４４．
【２】耿令强．气举反循环钻进深度的理论计算与加深试验闭．中
国煤田地质，２００１（２）：ｌ－４．
【３】段新胜，顾湘．桩基丁程【Ｍ】．武汉：中国地质大学出版社，
１９９５：７３—７６．
经比较，两种钻机各有优缺点，我们在施Ｔ中秉持针对不同的施Ｔ环境采用不同的机械设备的原则．
（上接第１２８页）
收稿日期：２００９一ｌｏ．１５
作者简介：祁润平（１９７３一）。男，陕西渭南市人，工程师，学士，主要从
事铁路ｒ程施工管理。
参考文献：
【１】刘家豪．塑料板排水法加固软基工程实例集［Ｍ】．北京：人民
交通ｆＨ版｛ｔ，１９９９：ｌ一７
ｆ２】中交第一二公路勘察设计研究院．ＪｒＩ＇ＧＤ３０—２００４公路路基设
计规范ｆＳ】．北京：人民交通出版社，２００４．
【３】骆方荣．塑料排水板在高速公路软基处理中应用【Ｊ】．城市道
桥与防洪，２００３（５）：９８—９９．
４结论
１）结合工程实例说明了工期的长短决定塑料排水板的间距，工期长，排水板间距大；丁期短，排水板间距小。
２）提出确定排水板长度的方法，以及排水板长度和工后沉降、附加荷载之间的关系。
３）结合工程实例验证了本文提出的确定塑料排水板处理滨海地区软土地基技术相关参数方法的正确
【４】彭振斌．地基处理丁程设计计算与施工【Ｍ】．武汉：中国地质
大学出版社，１９９７：１１６一１１８．收稿日期：２００９—１１—１３
作者简介：孔锐（１９７９一），男，黑龙江绥化人，丁程师，主要从事市政道
桥设计工作。
性。誓国
１４２辛荭焱右川盯２０１０Ｎｏ．２（Ｍａｒ．）Ｖ０１．２８
万方数据
气举反循环钻机工作原理浅析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
祁润平， 杨玉勇， Qi Runping， Yang Yuyong
京沪高速铁路土建二标项目部十工区,山东,德州,251100市政技术
MUNICIPAL ENGINEERING TECHNOLOGY2010,28(2)
参考文献(3条)
1.段新胜;顾湘 桩基工程 1995
2.耿令强 气举反循环钻进深度的理论计算与加深试验[期刊论文]-中国煤田地质 2001(02)3.朱之樨;王希麟 流体力学理论 1984
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_szjs201002046.aspx
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气举反循环钻机工作原理浅析
祁润平，杨玉勇
（京沪高速铁路土建二标项目部十工区，山东德州
２５１１００）
摘要：为了提高大直径桩基的钻进效率和有效清除孔底沉渣．黄河大桥主桥桩基施工采用了反循环钻机工艺。结合该下程介绍ｒ气举反循环钻机的工作原理，对水中大直径、深桩基施ｔ的设备选型提供一定的参考。关键词：桥梁；钻孑Ｌ灌注桩；气举反循环钻机；工作原理中图分类号：Ｕ４４５．３１
文献标志码：Ｂ
文章编号：１００９－７７６７（２０１０）０２—０１３９—０４
ＭｅｃｈａｎｉｓｍＡｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆＡｉｒＬｉｆｔＲｅｖｅｒｓｅＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎＤｒｉｌｌ
Ｑｉ
Ｒｕｎｐｉｎｇ，ＹａｎｇＹｕｙｏｎｇ
京沪高速铁路济南黄河大桥主桥水中１、２号桥黄河主桥１、２号墩桩基施Ｔ选用ＺＳＤ２５０、ＧＦ３００气举墩位于黄河主河道，全部采用钻孔灌注桩基础。考虑到反循环回转钻机，刮刀钻头进行钻孔施Ｔ。主桥３、４号黄河水流流速较快。冬季河道有流冰现象，黄河冲沙
墩南于前期开丁较早，且桩位在黄河滩地中，墩位处ｄ左右以及夏季洪水期的影响等因素，桩基施工采
未作硬化处理，不适合自重超大的大型钻机施Ｔ作业，用浮式平台方案不确定因素多．且墩基础为大直径、超选择了小型泵吸式汽车钻机。
深桩基础．故拟采用同定平台．然后安设大型钻机进本文结合水中墩桩基施工过程．对气举反循环钻ｍ的摩机的丁作原理及其在大直径、深桩基施工中的优越性ｍ，设计孑Ｌ深达１０７ｍ。
做一些分析。
ｍ，采用震动打桩锤打入河床２８
ｍ．
１．２气举反循环钻机性能
ｃｍ。黄河大桥主桥深ＺＳＤ２５０型气举反循环钻机是当前国内使用范围较广且性能先进的钻机之一．其机架钻径１．２～２．５ｍ，
标准钻深６０ｍ。最大１２０ｍ。钻机外观见图１，钻机性能
参数见表１。
由于钻具结构特征和流体力学动力特点．决定了以清除孔底钻渣。为了提高大直径桩基的钻进效率和根据孔位处地质及水文条件、孔深、施Ｔ场地、施Ｔ能力等因素，特别是地质条件较为复杂，主要以第四系河流相粉质土为主．其问多夹粉、细、中沙及粉ｍ以下姜石含图ｌ
ＺＳＤ２５０型气举反循环钻机
１．３钻机各部分构造
转盘式钻机是通过转盘旋转或悬挂动力头旋转
２０１０卑￥２真（３一）第２８毫啼荭焱右川盯
１３９
万方数据
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行成孔的方法。主桥水中墩采用２８根直径２．５擦桩基础，其中１号墩桩基长９５钻孔钢护简直径２．９钢护筒顶标高在钻孑Ｌ平台以下３０孔大直径钻孔灌注桩基础，水文和地质条件复杂．施工难度巨大。
１钻机选用及其性能１．１设备选型
大直径桩基施工采用正循环体系钻机效率低下和难有效清除孑Ｌ底沉渣．黄河大桥主桥桩基施工采用反循环钻机工艺。
土、薄层黏土或透镜体。其中覆盖层４０量较高，姜石层分布较多。通过综合考虑比选，基于主桥１、２号墩在桩基施工前需先搭设钻孑Ｌ平台．为大型钻机施工作业提供牢固、稳定、平稳的环境，所以确定
器工程材料与设备
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
表ｌ
ＺＳＤ２５０型反循环钻机性能参数
性能参数
１００４５２９００２４００４２０１４５
具施加一定的压力，增加钻进能力，变更钻头型号可以满足施工提出的各种地质条件要求。转盘式钻机基
性能参数
最大提升力／ｔ
导向架倾角／。
钻杆吊机／ｔ
２５
１．０
本构造是将动力系统动力通过变速、减速系统带动转盘驱动钻杆钻进。并通过卷扬机构或油缸升降钻具施加钻压，钻渣通过反循环排渣系统排到泥浆池。多工艺空气钻机对设备配套要求很高．既要求品种齐全性能良好．又要求一机多用便于搬迁。各类机具能方便地组合实施不同的钻进法。
气举反循环钻进技术配套主要设备机具包括：钻架、动力头、滑移横梁、钻具（包括钻杆、钻头）、底盘、操作
动力头倾角，ｏ动力头行程／ｎｕｎ钻杆长度／ｍｍ钻杆质髓／ｋｇ
总功率，ｋＷ
重载转速ｄｒａｉｎ
扭矩，ｌ【Ｎ・ｍ电源
０～２３Ｏ～１５０３相３８０Ｖ５０Ｈｚ
４．６ｘ４．６ｘ６．４
整机尺寸／ｍ
整机质量，ｔ
‘茎：嚣｝、排渣方式反筹嚣
带动钻杆，并传递动力到钻具上。并可通过钻杆对钻
室、钻杆起吊回转装置、空气压缩机、泥浆箱等（见图２）。
ａ）动力头
ｂ）空压机ｃ）三翼刮刀钻头
图２气举反循环钻进技术配套主要设备机具
２气举反循环工作原理
气举反循环的理论基础是组合液举同体运动理论和气体浮举液体运动理论。反循环体系以气体为动力介质，以液流体为延升载运介质携带固体颗粒上返．最终完成气、液、固ｉ相混合运动。达到清除钻孔内沉渣、岩屑的目的。首先，自然界中液流体搬动固体颗粒大小的能力与液流体的流速直接相关，即搬动固体颗粒的液流体的临界速度ｙ。将主导反循环体系的排渣能力；其次，气举液流体的能力范同受气液混合比田有效取值范嗣的制约，将控制气举反循环体系的综合系统Ｔ艺能力，如钻深能力、功效能力。
气举反循环理论最重要的参数为：其一是液举固体颗粒理论，首要的参数就是液流体的临界速度Ｖ。；其二是气体浮举液流体理论，最重要的技术参数是气体与液体的混合比＂。２．１气举及液举理论川２．１．１液举固体理论
液流体在运动中将对障碍物或是浮举物产生推力作用，推力作用的表现形式为：使障碍物或浮举物的浮举面更改方向。引发压力增长形成增压区．其背面液体绕流形成负压区。固体颗粒因为上下两面的压
力差将平衡重力作用，并随液流体一道向上运动。气举固体的原理与液举固体的原理基本相同。
该理论涉及到我们都熟知的两个物理定律，即牛顿第二定律：Ｆ：，耽和冲量定律：ｆｔ＝ｍｖ末一ｍ１）韧。如图３所示，将速度为ｙ。的流体看成连续的粒子流以相对速度（ｙ。一ｙ）碰撞浮举物，单位时间内作用于浮举物上流体质量ｍ＝ｐ∑（ＡＳ・（ｙｏ—ｙ）・＆，流体粒子碰撞前后相对速度变量ＡＶ＝（Ｖ。一ｙ）（１＋孝ｃｏｓ２０ｔ）。将各项参数代入两个物理定律中即可求得流体浮举力，。
平夤量大截面积：Ｓ
一名塞≤夕世
臻
ｔ』』
Ｐ、
叶一
朋葺
—√
醚
√◆
岩属体或卵石
、（密度卧质量ｍ）
、液藏体（密度ｐ）
图３液举固体理论
２．１．２气举液体理论
气流混入液体中，气流将被液流包容、分割成稳
定的小气泡，并在液体中运动充分扩散。同时，气流受
１４０辛ａｃ笈求一盯２０１０Ｎｏ．２（Ｍａｒ．）Ｖ０１．２８
万方数据
液体的反举浮力作用。周边受阻只能向上逃逸．气泡与液体间的微小速度差所形成的下部负压区由液体来填充。当气流连续不断的输入管道液体中时．将形成连续的液流填充运动和稳定的气液混合体向上运动（见图４所示）。并且，气泡在逃逸当中不断地发生体积膨胀，将部分膨胀转化为液流的运动动能。
干
图４气举反循环系统
该理论涉及到的又一物理方程就是气体运动状态方程：
ＰＶ／Ｔ＝（常数）
式中：Ｐ为外部压力，ｙ为气体体积，ｒ为绝对温度。２．２气举反循环理论１２１
连续的气流柬在钻杆或导管通道中运动，利用液体的反举浮力作用、气体在液体中能充分扩散和膨胀性能、湍流有利于不同介质的能量交换和加速扩散功能。实现连续的上返气、液、固ｉ相混合体。由于气泡、液流同时上返运动，客观存在着速度差，势必造成气泡上下端面的压力差，把钻杆或是导管通道内的压力差累计起来就形成了气举反循环的扬程提升能力。
由于气举反循环体系对液流速度有要求，气液混合比＇７取值在０．８６１～１．６１８之问较为合理，也就是气液混合比初混值０．８６１，出Ｖ１混合比不超过１．６１８才能保证系统正常工作。
考虑反循环体系启动时，避免孔口返流，混合器最小沉没深度压力足够克服上升液柱的反压力。则沉没深度ｈＩ＞７ｍ，标准大气压下ｈ＝８．８～１５．５ｍ较为合理，满足正常工况要求。３气举反循环钻机应用总结３．１几点认识
３．１．１气举反循环钻进的下限值
据资料介绍．孔深９ｍ以上气举才起作用。孔深小
于９ｍ气举反循环钻机一般不能开孔，因此．钻机开钻
时先用正循环开孔，而后采用反循环钻进。万方数据
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３．１．２孔深与效率的关系【３】
气举反循环钻进效率，随孔深增加而提高。用气举反循环法钻太浅的孔是不划算的。据有关资料介绍，孔深３０，－－－５０ｍ为气举反循环钻探低效区。分析其原因：第一，随着孔深增加，气举排水量增加，则钻杆内上返流速增加，最终导致钻进速度提高。第二，孔深８０
ｍ
后钻进效率有下降趋势。是因在气水混合器最大埋深
４２
ｍ的前提下，井深增加，钻具增加，管道流阻力逐渐
增大，气举排水量有所下降，钻杆内上返流速下降，导致钻进效率下降。
３．１．３携带岩样的临界上返流速
冲洗液携带岩屑的临界上返流速为０－３～０．４
ｍ／ｓ。
经计算的双壁钻杆管内上返流速。最低为０．６８ｍ／ｓ．最高２．５５ｍ／ｓ。此流速为混合器以下液固二相流流速。其中，最低已满足排出岩样要求。最高则可排出直径
２０ＣＩＴＩ、长２０ｃｍ的岩心柱（以内径２３ｃｍ的钻杆为例）。
值得说明的是最高上返流速是在混合器埋深４０ｍ处的前提下取得的。如果有效地提高空压机的压力，将混合器进一步深埋，势必突破这个数据，排岩样效果更好。３．１．４杆外与杆内冲洗液的流速比
据有关资料介绍．钻杆外与内冲洗液的流速比为１／５０～１／１００时．则有利稳定井壁。避免冲洗液冲刷井壁。所以在钻进过程中要通过测量冲洗液的流速比控制钻进数据，避免流速比过大造成对孔壁的冲刷，导致塌孔的事故。采用气举反循环钻机进行钻孔施工，不仅钻进速度快、操作方便省力。而且成孔质量高。黄河大桥主桥桩基钻孔结束后均采用ＪＪＣ—ｌＤ孑Ｌ径检测系统对成孔质量进行检测（见图５），其成孔质量检验报告见图６。
由检测报告看出。采用气举反循环大型钻机其成孔垂直度、深度、清孔的效果等一系列参数，均满足工程实体的要求。满足高速铁路验收标准的要求。
图５探孔仪在检测成孔质量
Ｚ０１０鼻．２＿（３一）９２８｛．事荭敏木一盯
１４１
３．２成孔质量
器工程材料与设备
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
济南黄河丈柝＇．２（２５００ｍｍ）
１－２并柱孔成孔质ｔ检测搬告
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表２气举反循环与泵吸反循环钻机工作效能比较
对比内容
３１００
ｚｓＤ２５０气举反循环
１４５１５０
ＧＷ２５泵吸反循环
６００
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电机功率／ｌ【Ｗ扭矩大小，ｋＮ・ｍ有无配重钻头效能
有（３～４块）易糊钻
空压机、风管、液压油缸
６～７
３￣４
配套设备成孔速度／ｄ清孔时问／ＩＩ
；。鲫一～洲
实现了资源优化配置，做到了设备的因地制宜、科学选型。气举反循环钻机属于大型设备，需要大量的配套设备，且需要足够的工作空间，资源消耗大，但在工
期紧张的情况下加快了施工进度。节约了Ｔ期。无形中节约了成本。大直径、深孑Ｌ桩基在当今的公路、铁路桥梁中广泛采用．虽然泵吸式钻机以显著的优势应用于水井、基础Ｔ程等大口径钻进中，口径可达２ｍ以上．但其钻进深度小于１００ｍ，不能适应深孔钻进。而气举反循环钻机则可解决深孔钻进问题。据有关资料介绍，国内气举反循环钻进已达９０１．２ｍ。这就为大型的气举反循环钻机提供了广阔的使用空间。尽管如此，这一钻进技术仍有一些难点需要克服。相信通过不断地改进和优化施Ｔ下艺，会使气举反循环这种钻进形
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图６成孑Ｌ质量检验报告
３．３气举反循环与泵吸反循环钻机效能比较
黄河大桥主桥３、４号墩位于黄河潍地。桩基钻孔施工采用ＧＷ一２５型回转式泵吸反循环钻机。因其自重较轻、操作简单，配套设备较少，适合在黄河滩地较软的地基上钻进施１二。但由于钻机本身功率较低、扭矩较小，所以成孔速度较气举反循环慢。现将两种钻机的钻进效能进行比较，即可看出气举反循环钻机的优点所在（见表２）。
４结论
式更加科学合理，钻进效率不断提高。篷潮
参考文献：
［１】朱之樨，王希麟．流体力学理论【Ｍ】．北京：清华大学出版社，
１９８４：１４３—１４４．
【２】耿令强．气举反循环钻进深度的理论计算与加深试验闭．中
国煤田地质，２００１（２）：ｌ－４．
【３】段新胜，顾湘．桩基丁程【Ｍ】．武汉：中国地质大学出版社，
１９９５：７３—７６．
经比较，两种钻机各有优缺点，我们在施Ｔ中秉持针对不同的施Ｔ环境采用不同的机械设备的原则．
（上接第１２８页）
收稿日期：２００９一ｌｏ．１５
作者简介：祁润平（１９７３一）。男，陕西渭南市人，工程师，学士，主要从
事铁路ｒ程施工管理。
参考文献：
【１】刘家豪．塑料板排水法加固软基工程实例集［Ｍ】．北京：人民
交通ｆＨ版｛ｔ，１９９９：ｌ一７
ｆ２】中交第一二公路勘察设计研究院．ＪｒＩ＇ＧＤ３０—２００４公路路基设
计规范ｆＳ】．北京：人民交通出版社，２００４．
【３】骆方荣．塑料排水板在高速公路软基处理中应用【Ｊ】．城市道
桥与防洪，２００３（５）：９８—９９．
４结论
１）结合工程实例说明了工期的长短决定塑料排水板的间距，工期长，排水板间距大；丁期短，排水板间距小。
２）提出确定排水板长度的方法，以及排水板长度和工后沉降、附加荷载之间的关系。
３）结合工程实例验证了本文提出的确定塑料排水板处理滨海地区软土地基技术相关参数方法的正确
【４】彭振斌．地基处理丁程设计计算与施工【Ｍ】．武汉：中国地质
大学出版社，１９９７：１１６一１１８．收稿日期：２００９—１１—１３
作者简介：孔锐（１９７９一），男，黑龙江绥化人，丁程师，主要从事市政道
桥设计工作。
性。誓国
１４２辛荭焱右川盯２０１０Ｎｏ．２（Ｍａｒ．）Ｖ０１．２８
万方数据
气举反循环钻机工作原理浅析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
祁润平， 杨玉勇， Qi Runping， Yang Yuyong
京沪高速铁路土建二标项目部十工区,山东,德州,251100市政技术
MUNICIPAL ENGINEERING TECHNOLOGY2010,28(2)
参考文献(3条)
1.段新胜;顾湘 桩基工程 1995
2.耿令强 气举反循环钻进深度的理论计算与加深试验[期刊论文]-中国煤田地质 2001(02)3.朱之樨;王希麟 流体力学理论 1984
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