長作業(yè)線水上樁基施工泥漿循環(huán)方法研究

伍安國

摘要：隨著我國橋梁設(shè)計及施工工藝的快速發(fā)展，水上大橋、特大橋也越來越多。對于長作業(yè)線水上樁基施工，國內(nèi)經(jīng)常利用筑島圍堰和搭設(shè)鋼平臺來輔助施工。當(dāng)需泥漿護(hù)壁、循環(huán)的水上樁基施工時，如遇到水中作業(yè)點距岸邊較遠(yuǎn)、水上交通不便等情況時，在環(huán)保的要求下，泥漿池設(shè)置與鉆渣倒運是一項困擾水上樁基施工速度與經(jīng)濟性的難題。文章結(jié)合大冶湖大橋水上樁基施工實例，對水上樁基沖擊鉆施工使用雙護(hù)筒泥漿循環(huán)方法進(jìn)行研究，進(jìn)而實現(xiàn)經(jīng)濟、快速的泥漿池設(shè)置及鉆渣倒運，并為同類工程施工提供參考依據(jù)。本文圍繞研究的提出、原理的分析、現(xiàn)場的施工、效益證明進(jìn)行論述。

Abstract： With the rapid development of China's bridge design and construction technology， the major bridge and the super majro bridge above water are increasing. For water pile foundation construction above water in a long line， the island cofferdam and steel platform are always used to assist construction at home. When taking pile foundation construction above water needing slurry wall protection and mud circulation， if the underwater operating point is far away from the shoreside and the water traffic is inconvenience， under the requirements of the environmental protection， mud pool setting and slag transportation is a problem of the speed and economy of the pile foundation. According to Daye Lake Bridge pile foundation construction above water， the method of double tube for mud circulation used in the pile foundation drilling construction above water was studied， so as to realize the economic and quick setting of mud pool and slag transporting， which has provided reference for similar engineering construction.

關(guān)鍵詞：水上樁基；雙護(hù)筒；泥漿循環(huán)；鉆渣倒運；方法研究

Key words： pile foundation above water；double tube；mud circulation；slag transport；method research

中圖分類號：U445.55+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0159-03

0 引言

隨著橋梁施工工藝的成熟，跨河、跨湖等水上大橋及特大橋也越來越多，長作業(yè)線水上樁基施工也越來越多。水上樁基施工一般需要進(jìn)行泥漿循環(huán)，現(xiàn)今泥漿循環(huán)方法為設(shè)置沉淀池和循環(huán)池進(jìn)行正循環(huán)或反循環(huán)施工，而水上泥漿池又分為有動力形式和無動力形式。有動力形式多為泥漿池設(shè)置在泥漿船上，當(dāng)水域受水位影響難以滿足泥漿船通航要求時，泥漿船方法不再適用；且泥漿船體積大，對于分散的樁基施工，其轉(zhuǎn)向難度大，使用成本偏高，泥漿外運效率低。無動力形式多為泥漿池設(shè)置在棧橋上、水中浮箱中或以相鄰未施工樁基護(hù)筒作循環(huán)池，當(dāng)泥漿池設(shè)置在棧橋上會占用較大的棧橋空間，增大了棧橋尺寸，增加了棧橋成本，且泥漿池倒運易造成棧橋擁堵，影響其他工程部位施工，清渣效率低；當(dāng)泥漿池采用鋼浮箱形式，需要較多的鋼浮箱，周轉(zhuǎn)不便、成本高；當(dāng)采用附近未施工樁基護(hù)筒作循環(huán)池時，沉淀的鉆渣影響此樁基泥漿循環(huán)效率，總體施工效率低。因此傳統(tǒng)泥漿循環(huán)方法難以滿足長作業(yè)線水上樁基施工低成本、高效率的要求。在現(xiàn)今環(huán)保意識日漸強烈的情況下，當(dāng)水中作業(yè)點距岸邊較遠(yuǎn)、水上交通不便時泥漿循環(huán)池的設(shè)置及鉆渣倒運成為制約樁基施工經(jīng)濟性、高效性的重要因素。

1 雙護(hù)筒泥漿循環(huán)方法的提出

水上作業(yè)施工時其施工平臺是影響其經(jīng)濟性與高效性的重要因素，當(dāng)水上樁基施工需要大的施工平臺時則其經(jīng)濟性與高效性均較差。現(xiàn)今一般的泥漿循環(huán)方法除了以其它樁基護(hù)筒做循環(huán)池外均需增加平臺，因此這些方法造成樁基施工效率低、成本高。本文提出使用雙護(hù)筒泥漿循環(huán)的方法以少占用平臺、不影響其他樁基施工的方式進(jìn)行施工，此方法以小護(hù)筒做沉淀池，而小護(hù)筒置于未施工樁護(hù)筒內(nèi)，即不影響其他樁基施工也不另外占用施工平臺。

2 雙護(hù)筒泥漿循環(huán)方式研究原理

如圖1，圖2所示為雙護(hù)筒泥漿循環(huán)施工原理示意圖。雙護(hù)筒泥漿循環(huán)原理為：首先在未施工樁基護(hù)筒內(nèi)安裝小護(hù)筒，小護(hù)筒與未施工樁基護(hù)筒之間安裝過濾網(wǎng)，施工樁基護(hù)筒與未施工樁基護(hù)筒之間以泥漿槽或泥漿管相連。施工中樁基鉆孔及清空過程中產(chǎn)生的鉆渣混入泥漿經(jīng)由泥漿槽流入未施工樁基小護(hù)筒內(nèi)，如圖1正循環(huán)所示；或經(jīng)泥漿管流入小護(hù)筒內(nèi)，如圖2反循環(huán)所示。小護(hù)筒中泥漿中攜帶的鉆渣在小護(hù)筒內(nèi)沉淀，小護(hù)筒內(nèi)泥漿裝滿后通過濾網(wǎng)再次過濾后流入未施工樁基大護(hù)筒內(nèi)。未施工樁基大護(hù)筒內(nèi)泥漿通過泥漿泵抽回到施工樁基所在護(hù)筒內(nèi)，形成泥漿循環(huán)，在泥漿從未施工樁基抽回到施工樁基護(hù)筒過程中在管道中增加旋流除砂器，排出泥漿中細(xì)砂降低泥漿砂率，此過程即為泥漿循環(huán)過程。當(dāng)小護(hù)筒、廢渣箱基本裝滿鉆渣時，通過裝載機或挖機結(jié)合運輸車倒運廢渣至指定棄渣場。

3 雙護(hù)筒泥漿循環(huán)方法現(xiàn)場運用

3.1 施工操作及要點

3.1.1 施工準(zhǔn)備

①施工前設(shè)計并加工好大護(hù)筒、小護(hù)筒、廢雜箱、泥漿槽/管等裝置，并準(zhǔn)備好旋流除砂器，通過驗收后準(zhǔn)備投入使用。②按照施工規(guī)范要求，大護(hù)筒直徑一般大于樁基直徑20～40cm，護(hù)筒運輸過程中需在護(hù)筒內(nèi)部增加支撐，防止護(hù)筒在運輸過程中變形而對樁基施工造成影響。③做好測量放樣工作，并由測量員書面與現(xiàn)場技術(shù)人員交接，現(xiàn)場保護(hù)好護(hù)樁，并組織報檢。

3.1.2 安裝帶濾網(wǎng)小護(hù)筒

①根據(jù)地質(zhì)情況選擇合適大小孔洞的過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)用扎絲安裝在小護(hù)筒與大護(hù)筒之間，原則上過漿不過渣且漿不糊網(wǎng)，過濾網(wǎng)在使用中工人應(yīng)注意對過濾網(wǎng)上的鉆渣進(jìn)行清除，防止堵住過濾網(wǎng)。②小護(hù)筒吊耳應(yīng)完好，小護(hù)筒安裝時將吊耳掛在大護(hù)筒上，小護(hù)筒穩(wěn)固調(diào)整好后安裝濾網(wǎng)。吊裝小護(hù)筒時應(yīng)慢吊輕放，避免小護(hù)筒碰撞大護(hù)筒而對大護(hù)筒造成偏位或損壞。

3.1.3 連接各部件

連接各施工部件并試運行。安裝泥漿槽或泥漿管時應(yīng)注意泥漿槽或泥漿管與兩個大護(hù)筒的連接質(zhì)量，避免在泥漿循環(huán)過程中泥漿漏至循環(huán)系統(tǒng)外而對環(huán)境造成污染。

3.1.4 泥漿管與泥漿槽的選擇

①泥漿槽的使用有限制，僅在施工樁護(hù)筒處高程高于小護(hù)筒口高程時適用于泥漿槽且施工樁泥漿充足的情況下，保證泥漿能順利流入小護(hù)筒內(nèi)。但是使用泥漿槽可以比較直觀地觀察泥漿質(zhì)量。其他情況下使用泥漿管和泥漿泵。②使用泥漿槽時應(yīng)有泥漿管和泥漿泵作為備用，防止遇到溶洞等特殊情況造成漏漿，此時則必須使用泥漿管加泥漿泵進(jìn)行泥漿循環(huán)。

3.2 實踐及運用

根據(jù)黃陽項目大冶湖特大橋這一在建項目樁基施工實例，分析雙護(hù)筒泥漿循環(huán)方法的工效與經(jīng)濟性。黃陽項目位于湖北省黃石市大冶市，其主要控制性工程為橫跨大冶湖的大冶湖特大橋，全長3967m，水上作業(yè)長度約3.6km，水中樁基504根，根據(jù)其地質(zhì)情況，采用沖擊鉆進(jìn)行水中樁基施工。根據(jù)水文資料每年12月份到次年3月份為大冶湖枯水期，枯水期水深1～2m，不滿足船只通航要求。此工程有以下幾個特點：枯水期水深較淺不滿足船只通航要求、水中作業(yè)戰(zhàn)線較長、水中作業(yè)點距離岸邊較遠(yuǎn)、水中作業(yè)面不集中、水上交通不便。為滿足質(zhì)量、安全、環(huán)保的要求，泥漿池的設(shè)置和泥漿循環(huán)是影響水上樁基施工高效性與經(jīng)濟性的重要因素。

4 效益分析

4.1 工效分析

將雙護(hù)筒泥漿循環(huán)方法用于大冶湖特大橋沖擊鉆樁基施工時，對其樁基（樁徑2m，樁長24m）沖孔及清孔時間進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查情況如下。

對大冶湖特大橋樁基應(yīng)用相鄰施工樁基護(hù)筒作為泥漿循環(huán)池施工工藝進(jìn)行樁基泥漿循環(huán)施工時沖孔及清孔時間調(diào)查統(tǒng)計，得出現(xiàn)場樁徑2m，樁長24m的水上樁基平均沖孔時間約為10天，清孔約為49.5小時。

雙護(hù)筒泥漿循環(huán)施工工藝與一般泥漿循環(huán)施工工藝對比分析，一根樁徑2m、樁長24m的樁基沖孔時間由原來10天縮短為7天，清孔時間由原來49.5小時縮短為24小時，所以相同情況下一根樁基施工節(jié)約時間約為4天。

4.2 經(jīng)濟效益分析

將雙護(hù)筒泥漿循環(huán)方法運用在樁基施工中，與傳統(tǒng)泥漿循環(huán)法樁基施工相比，考慮人工費用、機械費，以及加快工期項目節(jié)省的開支。經(jīng)過調(diào)查及資料查找傳統(tǒng)工藝一根樁徑2m，樁長24m樁基沖孔時間10天，新型工藝沖孔時間為7天，清孔時間49.5小時，新型工藝清孔時間為2小時；人工費200元/日。

5 總結(jié)

大冶湖特大橋水上樁基運用雙護(hù)筒泥漿循環(huán)施工方法，利用小護(hù)筒周轉(zhuǎn)倒運鉆渣加快了泥漿過濾清渣速度，降低了泥漿比重、黏度、砂率指標(biāo)，提升了樁基施工速度，降低了施工成本。

通過證明雙護(hù)筒泥漿循環(huán)施工方法在經(jīng)濟性及工效方面均有較大改善，在不增加鋼平臺或筑島面積的情況下，充分利用施工所必須的鋼護(hù)筒等機具解決了水上樁基施工泥漿循環(huán)、過濾倒運鉆渣的問題，完成了研究目標(biāo)。雙護(hù)筒泥漿循環(huán)施工方法可適用于國內(nèi)外大多數(shù)水上樁基施工，具有廣泛的推廣意義，能為行業(yè)內(nèi)同行提供參考。

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