泥砂分离机在沿海高速公路深厚砂性土钻孔桩应用

2021-12-06田继源

科学与生活 2021年23期

田继源

【摘要】本文针对南通绕城高速公路深厚砂性土不利地质进行桥梁钻孔桩施工，采用泥砂分离技术如何控制泥浆性能，防止钻孔桩桩底沉渣厚度超标，提高施工效率及钻孔桩实体质量。

【关键字】泥砂分离机;砂性土;钻孔桩

1 前言

南通绕城高速为交通强国试点项目，也是交通运输部第一批平安百年品质工程创建示范项目。项目区属于长江三角洲平原地貌单元，地势较平坦。区域地质时代主要为第四系全新统冲洪积黏性土、砂土为主，钻孔桩范围主要为粉砂夹粉土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土夹粉砂、粉细砂。南通绕城高速桥梁采用钻孔桩基础，设计桩径1.0～1.8m，桩长在45～80m之间，据南通地区以往施工经验在深厚砂性土层进行钻孔桩施工过程中，泥浆含砂率较难控制，桩底沉渣厚度易超标，钻孔桩二清过程中反复清孔会造成孔壁坍塌。

泥砂分离机主要适用于現代基础工程施工中采取泥浆固壁、循环钻进工艺的大口径桩基工程;适用于采用泥浆护壁，循环钻进工艺的桩基工程（包括旋挖钻、冲击钻等）、防渗墙工程（地连墙、双轮铣）、泥水平衡法盾构施工和泥水顶管施工的泥浆净化。极大的提高废弃泥浆重复利用率，避免了泥浆的随意排放、降低施工成本，提高文明环保施工水平。

在钻孔桩开始施工前，技术人员和机组人员根据以往施工经验，结合当地地质情况，研究针对深厚砂性土质的钻孔桩施工方案，拟采用泥砂分离机改善泥浆性能，降低钻孔桩循环泥浆过高的含砂率，提高钻孔桩成孔质量。

2 泥砂分离设备原理及选型

桥梁钻孔桩采用反循环钻机进行施工，在深厚砂性土层中采用泥砂分离机工艺改善泥浆性能。

2.1 泥砂分离机原理

反循环砂石泵抽吸出来的泥浆通过总进浆管（1），输送到泥砂分离机的粗筛（2），经过其振动筛选将粒径在3mm以上的渣料分离出来。经过粗筛筛选的泥浆进入泥砂分离机的储浆槽（3），由泥砂分离机的渣浆泵（4）从槽内抽吸泥浆，在泵的出口具有一定储能的泥浆沿输浆软管从水力旋流器（5）进浆口切向射人，通过水力旋流器分选，粒径微细的泥砂由旋流器下端的沉砂嘴排出落入细筛（6）。经细筛脱水筛选后，较干燥的细碴料分离出来，经过细筛筛选的泥浆再次返回储浆槽内。处理后的干净泥浆从旋流器溢流管进入中储箱（7），然后沿总出浆管输送回孔。

2.2 泥砂分离机主要参数

常见的泥砂分离机根据每小时分离的泥浆能力分ZX-100、ZX-150、ZX-200、ZX-250、ZX-500等类型。泥砂分离机各项具体参数情况如下：

2.3 泥砂分离机选择

施工现场依据泥浆池布置、桩长、桩径、地质、钻机数量及成孔工艺选择合适的泥砂分离机。选择的泥砂分离机的分离能力应满足现场施工要求，确保施工过程中泥浆净化池中泥浆含砂率不大于4%，清孔过程中泥浆池中泥浆含砂率不大于2%。在没有可参考经验时，建议按照以下标准进行初步配置。

当采用大型钻孔机械施工，钻孔桩成孔时间在10h左右时，每个泥浆池可配置一台大型泥砂分离机，配合2～3台钻孔桩进行组合施工，也可达到相应的目的，但各桩的钻进时间段应相互错开。

3 施工准备

3.1 平面布置

桥梁处泥浆池每3排桩单独设置一处泥浆净化池和循环池。泥浆池设置应远离便道，纵向设置在两排桩中心。泥浆池大小及尺寸根据泥浆总量确定，其中净化池尺寸和循环池尺寸宜2：1，净化池和循环池之间应隔断。

泥浆池旁边设置泥砂分离机和砂土临时堆场，便道和泥砂分离机之间设置支便道，用于挖机和渣土车进出。便道另一侧延线路方向设置电缆、配电箱。

钻孔桩施工前在循环池按照传统方法制浆。制浆可采用黏土、膨润土或化学造浆材料，制好的泥浆进行泥浆测试，满足规范要求后方可开钻。

3.2 泥砂分离机安装

泥砂分离机安装要求如下：

1）距离泥浆池较近，缩短泥浆泵管长度，保证泥浆输送流畅，可设置在泥浆池端部或中部的外侧。

2）泥砂分离机较重，设备安装前需要平整场地，地质较好时进行平整、碾压。地基松软时则应铺垫枕木或填筑碎石处理。

3）设备底座水平方向的倾斜度不超过1%。

3.3 交底及培训

项目部提前完成专项施工方案及作业指导书的编制，施工前组织相关人员培训、学习规范标准，确保施工人员熟练掌握施工工艺及安全、质量环保要求。

做好施工作业人员的安全教育培训工作，新进场工人需进行工区、分部、班组三级安全教育培训。

特种作业人员需经过专业培训，持证上岗，项目部建立特种作业人员登记台账。

3.4 设备验收及调试

根据施工方案、现场地质及施工条件选用钻孔桩机械、泥浆设备、泥砂分离机、发电机组、挖机和渣土车等。

检查泥砂分离机以及钻机的进、出泥浆接口的连接，防止正常运行过程中发生渗漏或脱落。

进场的机械设备在显著位置悬挂操作规程牌，标明机械名称、型号种类、操作方法、保养要求、安全注意事项及特殊要求等。

设备正式启用前，应先不带负荷启动电器控制部分，检测各级电器运作是否正常，空载动作正常后方能带负荷进行调试，并观测电压表和电流表的工作数据正常后，设备才能正式启动。

4 分离机操作和使用

4.1 泥砂分离机流程图

采用泥砂分离机的钻孔桩施工总体流程如下：

4.2 泥砂分离机管线布置

钻孔桩施工中采用泥砂分离机分离泥砂工艺，泥浆池设置循环池和泥浆净化池，两个泥浆池相互隔断。

泥砂分离机泥浆进管设置在泥浆净化池中，泥砂分离机泥浆出管设置在泥浆循环池中，泥砂分离机的二次净化装置溢出泥浆二次进入泥浆池循环使用。

4.3 泥砂分離机操作和使用

在启动设备前，需将电控柜支架的四颗联接螺栓（M12×55）拧松，使之与电控柜的联接处于松动状态，以便于电控柜底部的四个隔振器在工作过程中起到隔振作用。

启动顺序：合上空气开关，接通主电源→启动振动筛→启动渣浆泵→定期开启反冲系统。

停止顺序：停止泥浆供应→处理储浆槽内的剩余泥浆→停止渣浆泵的运转→脱水筛运转直到旋流器内空载→停止振动筛的运转→剩余泥浆清理→清水运转或清理。

4.4 质量控制

钻孔桩施工中采用泥砂分离机分离泥砂工艺，为了确保泥浆质量，施工中需安排专人对泥砂分离机分离效果进行记录，记录的参数主要有泥砂分离机使用时间、进场泥砂分离机的泥浆参数、渣土分离量。

4.5 多台机械同步施工

当一个泥浆池配置多台钻机同步组合施工时，需根据钻孔周期调整各台钻机钻孔开始时间，错开泥浆循环高峰期。

必要时进行泥砂分离机使用效率进行分析和评估，调整泥砂分离设备型号和钻机组合。

4.6 钻碴清理和处理

泥砂分离机分离的渣土采用挖机就近打堆、整理。临时渣土可分层堆放，临时堆放的渣土高度不超过3m。临时堆放的渣土应及时运至堆土场堆放。

5 泥砂分离机使用分析

5.1 钻孔桩成孔功效分析

为验证使用泥砂分离机后钻孔桩成孔功效，方选取通启运河大桥的七根钻孔桩进行试桩，其中14-2#、13-3#、13-1#共3根桩采用常规泥浆工艺，10-6#、10-5#、10-4#、10-3#共4根桩使用泥砂分离机工艺，对施工全过程进行记录，分析钻孔桩施工中钻进、清孔、钢筋笼安装、混凝土浇筑等全过程功效。各钻孔桩成孔功效记录表如下：

从表3和图6分析数据，采用了泥砂分离机后单根钻孔桩完成总时间由32h减少至14.2h，采用了泥砂分离机后施工时间缩短明显的是钻进、清孔工序。

5.2 沉渣厚度对比

对采用常规泥浆工艺和采用泥砂分离机工艺的钻孔桩一清和二清沉渣厚度进行记录，钻孔桩沉渣记录表如下：

从表4和图7数据可以看出，采用了泥砂分离机工艺后一清平均沉渣厚度变化不大，二清平均沉渣厚度由13.3cm减少至5.3cm，采用泥砂分离机后二清沉渣厚度明显减小。

5.3 含砂率

现场对进出泥砂分离机的泥浆含砂率进行记录，记录如下：

经过泥砂分离机分离后的泥浆含砂率均远小于规范要求，能保证成孔和清孔质量。

5.4 钻渣和泥浆

对采用常规泥浆工艺和采用泥砂分离机工艺的钻孔桩泥浆和渣土外运量记录表，记录表如下：

从表6数据可以看出，采用了泥砂分离机后泥浆数量总体减少30%，但增加渣土量30%。

6 结论及注意事项

6.1 结论