離心式篩砂器在橋梁樁基施工中的應用

楊震

【摘 要】本文以橋梁樁基施工離心式篩砂器使用前和使用后作對比，闡述了離心式篩砂器在橋梁樁基施工中的重要作用。由于使用了離心式篩砂器，大大減少了在樁基施工中產(chǎn)生的泥漿，不但降低了泥漿外運的成本，而且降低了外運泥漿對環(huán)境的污染，對環(huán)境的保護做出了一定的貢獻。由于離心式篩砂器在施工中的應用，從而縮短了泥漿循環(huán)的時間，加快了工期，節(jié)約了成本。

【關(guān)鍵詞】樁基施工；泥漿比重；離心式篩砂器

1 .工程概況

新建山西中南部鐵路通道湯河特大橋位于鶴壁市與安陽市交界處。本橋全長16556.24m，采用雙鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋址區(qū)主要為第四系中更新統(tǒng)沖積殘積層，下伏上第三系泥灰?guī)r、砂巖、礫巖且?guī)r層分布較厚。

2 .鉆機的選擇及清孔的技術(shù)標準

在橋梁樁基施工中，根據(jù)不同的地質(zhì)情況可以選用鉆沖擊鉆、旋轉(zhuǎn)鉆、套管鉆等不同的鉆孔設(shè)備來成孔。

沖擊鉆使適用于砂巖、礫巖、泥灰?guī)r等堅硬巖層及各種復雜地質(zhì)的樁基施工。旋轉(zhuǎn)鉆機按泥漿的循環(huán)方式分正循環(huán)鉆機和反循環(huán)鉆機，正循環(huán)鉆機適用與黏土、粉土、砂性土等各類土層；反循環(huán)鉆機適用于黏土、粉土、砂性土和風化巖層。套管鉆機適用于砂類土或黏性土層鉆孔。針對本工程巖層分布較厚的地質(zhì)情況宜選用沖擊鉆成孔。

當鉆孔深度達到設(shè)計要求時，對孔深孔徑孔位和孔形進行檢查，確認滿足設(shè)計要求后，方可進行清孔和澆注混凝土的準備工作。清孔的方法一般有抽渣法、吸泥法以及換漿法。而且清孔必須滿足以下標準：1.孔內(nèi)排出或抽出的泥漿手摸無2-3mm的顆粒；2.泥漿比重不大于1.1；3.含砂率小于2%；4.黏度17-20s；5.澆注水下混凝土前允許沉渣厚度應符合設(shè)計要求，設(shè)計無要求時，柱樁不大于10cm，摩擦樁不大于30 cm。否則進行二次清孔。

3 .清孔的方法及優(yōu)化

清孔最常用的方法是換漿法，換漿法分為正循環(huán)和反循環(huán)兩種。清孔的方法雖然簡單，要達到以上幾條標準要求，具體操作起來是存在一定困難的。

常規(guī)的正循環(huán)清孔達到標準要求一般需要7-10個小時。這樣的清孔時間要消耗大量的電力能源，循環(huán)過程要向泥漿池不斷的注入清水以及產(chǎn)生大量的泥漿，外運的泥漿在一定程度上對棄渣場周圍的環(huán)境有所污染。因此清孔在整個樁基施工過程占了很大的時間比例和成本比例。那么我們需要在最短的時間內(nèi)滿足清空標準要求，而本工程巖層分布比較厚，只需快速降低泥漿中的含砂量。常規(guī)的正循環(huán)是通過沉淀池的沉淀作用來降低含砂量及泥漿比重的。

針對正循環(huán)的特點，用含砂率較低的泥漿循環(huán)清孔才能有效的縮短循環(huán)清孔的時間。所以只有降低注入孔內(nèi)泥漿的含砂率，才能從根本上解決這一問題。在樁基施工泥漿循環(huán)系統(tǒng)的中間增加一個離心式篩砂器與污水泵的水管連接。這樣使得由污水泵從泥漿池抽入孔內(nèi)的泥漿必須經(jīng)過離心式篩砂器的過濾后再注入孔內(nèi)循環(huán)。離心式篩砂器在循環(huán)系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)對由泥漿池經(jīng)污水泵注入孔內(nèi)的泥漿含砂率進行過濾降低。

離心式篩砂器的工作原理：離心式篩砂器式根據(jù)流體中的固體顆粒在篩砂器中旋轉(zhuǎn)流動時的篩分原理制成的。當泥漿再一定壓力下從篩砂器的進漿口切向進入篩砂器的殼體內(nèi)，產(chǎn)生強烈的旋轉(zhuǎn)運動，由于泥漿與砂粒的密度不同，在離心力、向心力、液體曳力以及重力的共同作用下，使密度較低的泥漿從上口出漿口排出，密度較大的砂粒則在下口漏砂口排出。所以經(jīng)過離心式篩砂器注入孔內(nèi)的泥漿要比直接由污水泵注入孔內(nèi)的泥漿含砂率要小的多。這樣就從泥漿循環(huán)的源頭有效的控制了泥漿中的含砂率，也就是說用含砂率更小的泥漿循環(huán)清孔要比用含砂率大的泥漿循環(huán)清孔效率要高的多。

由于在施工現(xiàn)場的場地局限性，我們一般只能設(shè)一個二級沉淀池，就是一個池子用來沉淀泥漿（沉淀池），經(jīng)過沉淀的泥漿流入另一個池子（泥漿池），泥漿池用來提供泥漿比重和含砂率較小的泥漿循環(huán)清孔。這樣的二級沉淀池不能很好的降低泥漿比重和含砂率，所以在施工現(xiàn)場一般都采取向泥漿池內(nèi)不斷的注入清水，與此同時將沉淀池內(nèi)泥漿及時外運，這樣才能提高循環(huán)清孔的效率。當我們使用了離心式篩砂器后，就大大減少了向泥漿池注入清水的用量，注入清水的量減少需外運的泥漿量隨之減少。經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計表明使用離心式篩砂器清孔達到標準要求的時間是3個小時左右，需要外運的泥漿量是灌注混凝土體積的3倍左右。而未使用離心式篩砂器之前清孔達到標準要求的時間是8個小時左右，需要外運的泥漿量是灌注混凝土體積的5倍左右。

4. 結(jié)論

通過橋梁樁基施工使用離心式篩砂器前后統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，使用離心式篩砂器清孔的時間大大縮短了，這樣節(jié)省了用電能、縮短了施工工期。就以本工程做一簡單的對比分析：由于使用離心式篩砂器縮短清孔時間，節(jié)約的電能為：

471×（8-3）×7.5=17662.5 （kW）

其中：471為本橋樁基的根數(shù)；8為未使用離心式篩砂器需要清孔的時間（h）；3為使用離心式篩砂器之后清孔需要的時間（h）；7.5為污水泵的功率（kW/h）。

由于使用離心式篩砂器減少的泥漿經(jīng)外運量為：

（18174×3.14×12+814×3.142×1.252）-（5-3）=122120立方米

其中：18174為樁徑1米的樁基延米；814為樁徑1.25米的樁基延米；5為使用離心式篩砂器前外運泥漿量與樁基理論體積比；3為使用離心式篩砂器后外運泥漿量與樁基理論體積比。

從而本工程由于離心式篩砂器的使用可降低成本：

17662.5×0.7+122120×11=1355683.75元

式中：17662.5為節(jié)省的用電量（kW）；0.7為電費的單價（元/ kW）；122120為減少的泥漿外運量（?）；11為泥漿外運的單價（元/ ?）。

通過實踐證明，離心式篩砂器的使用不僅能很好得加快施工速度，有效縮短工期，還能很好的降低成本。同時由于外運的泥漿鉆渣減少了，離心式篩砂器對環(huán)境保護也發(fā)揮了一定的作用，具有較好的可行性， 值得進一步推廣。

參考文獻：

[1] 鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標準TBl0415—2003

[2] 鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南經(jīng)規(guī)標準[2005]110endprint