一种气举反循环液面控制装置技术领域
本实用新型涉及钻孔灌注桩工程施工技术领域，特别涉及一种气
举反循环液面控制装置。
背景技术
随着我国城市化建设步伐不断加快，城市用地日益紧张，地下深
部空间工程开发已逐渐成为城市规划的发展趋势，其中重要的工程就
是对地钻孔灌注桩工程。随着对地钻孔灌注桩的桩长及承载力的要求
越来越高，对土层孔壁稳定性、沉渣清理要求也相应的提高，针对这
一工程阶段，施工现场采用气举反循环工艺，能有效的清理孔底沉渣，
提高桩的承载力。
气举反循环的工艺过程就是在钻孔灌注桩成孔后，桩身混凝土浇
筑前，先将气液混合器伸入灌浆导管内一定深度位置，再将压缩空气
通过送风管送至气液混合器，使压缩空气与灌浆导管内的泥浆混合，
形成密度比灌浆导管外的泥浆的密度小的泥浆空气混合浆液。该泥浆
空气混合浆液在灌浆导管内外气压差的作用下，沿灌浆导管内腔上
升，经排渣管排至泥浆池。经沉淀后部分泥浆又以自流的方式流回桩
孔内，沉入孔底，继续被吸入灌浆导管内，形成新的泥浆空气混合浆
液，再次被排出至泥浆池，这样形成反循环，在反循环过程中，孔底
原有的沉渣随泥浆空气混合浆液吸入灌浆导管内，从而被排出桩孔，
形成清孔的效果。
相应地，气举反循环系统包括进行钻孔的气举反循环液压动力头
钻机、用于吸入孔底泥浆的灌浆导管，如图1所示。
因施工现场不能连续、及时地使经泥浆池(未图示)沉淀后的泥
浆以自流的方式流回桩孔02内，因此往往造成孔内的泥浆含量较少，
这样当灌浆导管01吸入泥浆时，护筒03下方的孔壁上的泥浆会受到
吸力进入灌浆导管01，这样容易导致孔壁坍塌，造成塌孔。
专利CN202215169U(申请号：201120296614.0，公开日：2012
年5月9日)公开了一种泵循环施工装置，包括泥浆补充组件，包括
设在泥浆池中的泥浆泵和与该泥浆泵连接并从该泥浆泵延伸到该井
孔中的泥浆补充管路。上述专利采用双泵泥浆正循环，主要利用泥浆
泵将制备好的泥浆通过导管穿过井漏断面，注入到正在施工的部位，
从而满足正循环施工的条件。
上述技术虽然能够补充泥浆，但是并不能根据气举反循环进行的
过程适时地补充泥浆，一旦泥浆补充过多，溢出桩孔，反而会影响气
举反循环的进行，当泥浆补充太少，又会造成塌孔，因此上述专利补
充泥浆时，需人力时时观察桩孔内泥浆的液面，并不能自动根据气举
反循环的进程适当补充泥浆，泥浆补充过程费时又费人力。
因此有必要发明一种气举反循环液面控制装置，能够自动根据泥
浆的液面所在的位置进行及时、连续地补充泥浆。
实用新型内容
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种气举反循环液面控制
装置，将钻孔初期用于给桩孔定位而放置在桩孔内的护筒与一浮球液
位控制结构形成连通器结构，且将护筒另一侧与泥浆补充装置连通，
浮球液位控制结构中的泥浆液面与护筒内的泥浆液面持平，因此通过
浮球液位控制结构中的漂浮物感知泥浆的液面，在当泥浆液面到达需
大量补充泥浆的位置以及需少量补充泥浆的位置时，皆通过电路控制
使得泥浆补充装置对桩孔内进行泥浆补充，并且根据泥浆液面的位置
调整泥浆补充的速度与流量，因此无需人力时时监控，并且根据气举
反循环的进程实时地、适当地补充泥浆，避免塌孔。
本实用新型提供的一种气举反循环液面控制装置，包括
内部放置有泥浆的一泥浆补充装置，与护筒连通，用于向护筒内
补充泥浆；
一浮球液位控制结构，与护筒连通形成连通器结构，所述浮球液
位控制结构中具有漂浮物以及感应装置，感应装置分为上感应装置和
下感应装置，上感应装置的位置与护筒内第一泥浆位置对应，下感应
装置的位置与护筒内第二泥浆位置对应，第一泥浆位置高度高于第二
泥浆位置；
感应装置与泥浆补充装置连接。
作为优选，第一泥浆位置低于地面0.1米。
作为优选，第二泥浆位置低于地面1.5米。
作为优选，所述泥浆补充装置包括一泥浆补充箱、将泥浆补充箱
与护筒连通的第一管道和第二管道，所述第一管道上具有泥浆补充阀
门，其与感应装置通过电路连接，第一管道的内径大于第二管道的内
径。
作为优选，第二管道上具有手动控制常开阀门。
作为优选，感应装置与三位四通电磁阀串联，三位四通电磁阀与
阀门开关油缸油路连接，阀门开关油缸与泥浆补充阀门固定连接。
作为优选，三位四通电磁阀的进油口和回油口与钻机机架的液压
系统相连通，三位四通电磁阀的通油口与阀门开关油缸相连通。
作为优选，浮球液位控制结构为管式结构，其与护筒的联通处位
于第二泥浆位置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的
一种气举反循环液面控制装置，包括
内部放置有泥浆的一泥浆补充装置，与护筒连通，用于向护筒内
补充泥浆；
一浮球液位控制结构，与护筒连通形成连通器结构，所述浮球液
位控制结构中具有漂浮物以及感应装置，感应装置分为上感应装置和
下感应装置，上感应装置的位置与护筒内第一泥浆位置对应，下感应
装置的位置与护筒内第二泥浆位置对应，第一泥浆位置高度高于第二
泥浆位置；
感应装置与泥浆补充装置连接。
本实用新型将钻孔初期用于给桩孔定位而放置在桩孔内的护筒
与一浮球液位控制结构形成连通器结构，且将护筒另一侧与泥浆补充
装置连通，浮球液位控制结构中的泥浆液面与护筒内的泥浆液面持
平，因此通过浮球液位控制结构中的漂浮物感知泥浆的液面，一般在
护筒中根据施工现场条件设置两个位置，分别是需要快速补充泥浆的
位置和需要缓慢补充泥浆的位置，也即分别对应第二泥浆位置和第一
泥浆位置，无论泥浆液面到达第一泥浆位置还是第二泥浆位置，皆通
过电路控制使得泥浆补充装置对桩孔内进行泥浆补充，并且根据泥浆
液面的位置调整泥浆补充的速度与流量，如当泥浆液面位于第二位置
时，则使泥浆补充装置以大流量向护筒补充泥浆，当泥浆液面位于第
一位置时，则使泥浆补充装置以小流量向护筒补充泥浆，因此使用这
种控制装置进行泥浆补充，无需人力时时监控，并且根据气举反循环
的进程实时地、适当地补充泥浆，避免塌孔。
附图说明
图1为现有技术中气举反循环工艺示意图；
图2为本实用新型提供的气举反循环液面控制装置结构示意图；
图3为本实用新型提供的继电器的电路结构示意图。
现有技术中：01-灌浆导管、02-桩孔、03-护筒；
本实用新型图示：1-浮球液位控制结构、11-浮子、12-上感应装
置、121-上感应装置对应开关、13-下感应装置、131-下感应装置对应
开关、14-电源、2-三位四通电磁阀、21-第一油口、22-第二油口、23-
第三油口、24-第四油口、25-左电磁阀、26-右电磁阀、3-阀门开关油
缸、31-左腔室、32-右腔室、33-活塞、4-第一管道、41-泥浆补充阀
门、5-第二管道、51-手动控制常开阀门、6-泥浆补充箱、71-第一继
电器、711-第一继电器常开触点一、712-第一继电器常开触点二、72-
第二继电器、721-第二继电器常开触点一、722-第二继电器常开触点
二、723-第二继电器常闭触点、73-第三继电器、731-第三继电器常闭
触点、8-钻机机架液压系统、9-护筒。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下
面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
请参照图2，一般地，在初期钻孔时，常埋设护筒9来定位需要
钻的桩位，护筒9定位时，先以桩位中心为圆心，根据护筒9半径在
地面上定出护筒9位置，护筒9就位后，施加压力将护筒9埋入约
50cm，护筒9垂直于地面，护筒9除了可以定位还可以保护孔口，
以及防止地面石块掉入孔内，防止钻孔过程中的沉渣回流，并且保持
泥浆水位，防止塌孔。
由于护筒9仅埋入地下约50cm，为了防止护筒9下方的孔壁在
气举反循环中塌孔，则使用本实用新型提供的一种气举反循环液面控
制装置，请参照图2，该装置包括内部放置有泥浆的一泥浆补充箱6，
与护筒9连通，用于向护筒9内补充泥浆。
较佳地，泥浆补充箱6通过两根管道与护筒9连通，分别为第一
管道4和第二管道5，第一管道4上具有泥浆补充阀门41，第二管道
5上具有手动控制常开阀门51，第一管道4的内径大于第二管道5，
即单位时刻第一管道4的流量大于第二管道5的流量。
还包括一浮球液位控制结构1，由电源14供电以保持工作状态，
浮球液位控制结构1与护筒9连通形成连通器结构，浮球液位控制结
构1为管状结构，其中具有漂浮物可以随着通入浮球液位控制结构中
的泥浆液面上下移动，浮球液位控制结构1顶部为上感应装置12，
底部为下感应装置13，上感应装置12的位置与护筒9内第一泥浆位
置(未图示)对应，下感应装置13的位置与护筒9内第二泥浆位置
(未图示)对应，第一泥浆位置高度高于第二泥浆位置。
较佳地，第一泥浆位置为低于地面0.1米。
较佳地，第二泥浆位置为低于地面1.5米。
浮球液位控制结构1与护筒9的连通处要位于或者高于第二泥浆
位置，最佳位置即为与第二泥浆位置持平。
请继续参照图2，上感应装置12与下感应装置13通过三位四通
电磁阀2来控制泥浆补充阀门41。
请结合图2与图3，三位四通电磁阀2具有左电磁阀25和右电
磁阀26，在图3中，右电磁阀26与第二继电器72并联，两者皆与
下感应装置对应开关131串联，同时该电路上下感应装置对应开关
131还串联着第二继电器常开触点一721和第三继电器常闭触点731；
上感应装置对应开关121与第一继电器71、第二继电器常闭触
点723串联，同时左电磁阀25与第一继电器常开触点一711串联，
上感应装置对应开关121、第一继电器71、第二继电器常闭触点723
与左电磁阀25、第一继电器常开触点一711并联；上感应装置对应
开关121还与第一继电器常开触点一711并联，第一继电器71、第
二继电器常闭触点723还与第三继电器73、第二继电器常开触点二
722并联，通过上述电路控制左电磁阀25和右电磁阀26，三位四通
电磁阀2中的第一油口21为进油口，第二油口22为回油口，第三油
口23和第四油口24皆为通油口，第一油口21与第二油口22皆与钻
机机架液压系统8相连，即由钻机机架液压系统8提供油，第三油口
23和第四油口24皆与阀门开关油缸3相连，上感应装置12被浮子
11触碰时，图3中上感应装置对应开关121闭合，同理下感应装置
13被浮子11触碰时，图3中下感应装置对应开关131闭合。
三位四通电磁阀2中的第三油口23与阀门开关油缸3中的右腔
室32相通，可向右腔室32中输送油，右腔室32中的油也可返回第
三油口23中，第四油口24与左腔室31相通，可向左腔室31输送油，
左腔室31中的油也可返回第四油口24中。阀门油缸开关3具有隔离
左右腔室的活塞33，其与泥浆补充阀门41相连，通过左右腔室的进
油和出油，导致活塞33在阀门油缸开关3中左右移动，从而带动泥
浆补充阀门41的旋转，从而可打开或者关闭泥浆补充阀门41，进而
控制了第一管道4的疏通与关闭。
三位四通电磁阀2根据左电磁阀25和右电磁阀26是否通电来使
得内部的阀体移动，如当左电磁阀25通电和右电磁阀26不通电，则
阀体处于左位，当左电磁阀25不通电而右电磁阀26通电，则阀体处
于右位，当左电磁阀25和右电磁阀26皆不通电时，阀体处于中位，
当阀体处于中位，则会将第一油口21、第二油口22、第三油口23、
第四油口24皆堵塞住，四个油口皆互不相通。
使用如上所述的气举反循环液面控制装置的控制方法，具体如
下：
为方便表述，以面对纸面时，右手所在的方向为右，左手所在的
方向为左。
当护筒9内的泥浆液面低于或者位于第二泥浆位置时，浮子11
触碰下感应装置13，在图3中下感应装置对应开关131闭合，则右
电磁阀26通电，三位四通电磁阀2中阀芯移至右位，则第一油口21
和第四油口24相通，第二油口22和第三油口24相通，由于第一油
口21是进油口，第二油口22是回油口，则油从钻机机架液压系统8
中依次进入第一油口21、第四油口24到达左腔室31，左腔室31体
积逐渐变大，压缩右腔室32，使得右腔室32体积变小，则右腔室32
中的油依次通过第三油口24、第二油口22返回至钻机机架液压系统
8。随着左腔室31体积逐渐变大，右腔室32体积逐渐变小，活塞33
向右移动，带动泥浆补充阀门41向右旋转，打开泥浆补充阀门41，
使得第一管道4疏通，同时手动打开手动控制常开阀门51，使得第
二管道5疏通，此时泥浆补充箱6内的泥浆同时通过第一管道4和第
二管道5向护筒9内输送泥浆。
漂浮在泥浆液面的浮子11随着泥浆的补充，离开下感应装置13，
位于下感应装置13和上感应装置12之间，此时图3中上感应装置对
应开关121与下感应装置对应开关131所对应的开关皆为断开状态，
由于之前下感应装置对应开关131闭合时，右电磁阀26通电，第二
继电器72也通电，则对应地第二继电器常开触点一721、第二继电
器常开触点二722皆闭合，此时即使打开下感应装置对应开关131，
则第二继电器常开触点一721、第三继电器常闭触点731、右电磁阀
26仍然能够形成回路，右电磁阀26仍然能够保持通电。因此活塞33
位置保持不变，泥浆补充阀门41维持着打开的状态，第一管道4与
第二管道5维持着同时向护筒9内输送泥浆的状态。
当护筒9内的泥浆逐渐上升到达第一泥浆位置时，此时浮子11
触碰到上感应装置12，图3中上感应装置对应开关121闭合，此时
上感应装置对应开关121、第一继电器71以及第二继电器常闭触点
723形成回路，第一继电器71通电，则对应地，图3中第一继电器
常开触点一711、第一继电器常开触点二712皆闭合，此时左电磁阀
25通电，而由于之前第二继电器常开触点二722已经闭合，此时第
三继电器73与第一继电器常开触点二712、第二继电器常开触点二
722形成回路，第三继电器73通电，对应地，第三继电器常闭触点
731打开，则此时第二继电器72与右电磁阀26皆无法通电。
也就是说此时左电磁阀25通电，右电磁阀26不通电，这样三位
四通电磁阀2中的阀芯位于左位，则第一油口21和第三油口23相通，
第二油口22和第四油口24相通，同样由于第一油口21为进油口，
第二油口22为回油口，钻机机架液压系统8中的油依次通过第一油
口21、第三油口23到达右腔室32，右腔室32体积逐渐变大，压缩
左腔室31，使得左腔室31的体积逐渐变小，则左腔室31中的油通
过第三油口23、第二油口22返回至钻机机架液压系统8，在这过程
中，活塞33向左移动，带动泥浆补充阀门41向左旋转，导致泥浆补
充阀门关闭，第一管道4关闭，此时仍然维持第二管道5的打开，由
于第一管道4的内径大于第二管道5的内径，且此时仅由第二管道5
向护筒9内补充泥浆，这样保持此时泥浆补充的速度较小。
使用本实用新型提供的控制装置进行泥浆补充，无需人力时时监
控，根据泥浆液面所在的位置，确定要补充泥浆的流量和速度，从而
补充泥浆，即根据气举反循环的进程实时地、适当地补充泥浆，既能
避免塌孔也能避免人力时时观察监控泥浆的液面，省时省力。
显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而
不脱离本实用新型的精神和范围。倘若本实用新型的这些修改和变型
属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也
意图包括这些改动和变型在内。