水上自浮式環(huán)保泥漿池設計與工程應用

鄔良玉，張效磊

（中交第二航務工程局有限公司，武漢516001）

1 工程簡介

蘆洲至泰美大橋及其引道工程，起點位于蘆洲鎮(zhèn)、橫瀝鎮(zhèn)交界處鵝塘洲中部，跨越東江河道，經盤陀、隔瀝，終至博羅縣泰美鎮(zhèn)國道G205 和政府大道交匯處。路線總長7.61km（其中，設1 座特大橋1516.4m，2 座線內中橋111.2m，1 座線外中橋41.96m，涵洞25 道，其他路段均為路基）。

東江特大橋為預應力混凝土梁橋，主橋采用85m+150m+85m 預應力混凝土連續(xù)剛構，引橋跨越兩岸大堤處采用2 聯(lián)6跨預應力混凝土連續(xù)箱梁，其余位置均采用跨徑為30m 的裝配式預應力混凝土小箱梁（33 跨），主橋下部結構采用板式墩，引橋下部結構采用柱式墩，基礎均為鉆孔灌注樁。其中7#～12#墩、22#～28#墩位于河汊或河道處，屬于水上施工，其他墩位枯水期處于無水區(qū)，屬于陸上施工。東江主航道為限制性V 級航道，遠期規(guī)劃為內河III 級航道，設計最高通航水位24.94m、最低通航水位14.80m，受汛期影響，河道水位變幅較大，枯水期常水位12.50～13.50m，汛期洪水位為16.50～25.12m，水流速度0.5～1.5m/s。東江特大橋位于東江河道中下游，屬于東江水源保護區(qū)、環(huán)保要求高。

2 重點及難點分析

東江特大橋7#～12#墩、22#～28#墩水上樁施工條件基本相同、通用性強，因橋址區(qū)地質條件復雜，樁基施工最宜選用沖擊鉆泥漿護壁施工方法。7#～12#墩、22#～28#墩水上樁施工因地質條件復雜、環(huán)保要求高、水位變化幅度大、施工控制難度大，主要體現(xiàn)以下幾個方面：

1）東江為飲水水源保護區(qū)，綠色施工環(huán)保要求高。因東江是我國珠江流域的3 大水系之一，是珠三角及香港地區(qū)用水的主要來源，關系著東江流域及珠三角區(qū)域的經濟發(fā)展和香港的繁榮穩(wěn)定。橋位處在東江水保區(qū)域，對施工環(huán)保要求較高，鉆孔產生的泥水需要得到有效處理，否則容易污染江水。

2）水上樁基處在東江河道內，受上、下游水利調蓄及汛期影響，水位變幅較大：枯水期常水位12.50～13.50m，汛期水位為16.50～25.12m，水流速度0.5～1.5m/s。影響樁基成孔過程中的孔內外壓力，容易導致漏漿、塌孔的質量問題，必須設置泥漿池解決泥漿護壁成孔。

3）橋址區(qū)地質條件復雜，地層自上而下分為1～2m 砂礫層、15～25m 卵石層、15～20m 強風化變質砂巖夾1～2m 粉質黏土層、15～20m 中風化變質砂巖夾1～2m 粉質黏土層、微風化變質砂巖層，樁基持力層均為中風化巖層，成孔難度大、鉆進速度慢，容易引起漏漿、塌孔、黏錘、斜孔等成孔問題，必須保證孔內有足夠泥漿循環(huán)進行鉆孔護壁。

4）水上泥漿護壁鉆孔灌注樁傳統(tǒng)泥漿池設置在鋼平臺上，泥漿池質量大、體積大、占地多，需要搭設較大面積的鋼平臺才能放置泥漿池，每個墩位都需要設置鋼平臺，轉運時需要大型起重機、平板車等設備，鋼平臺造價較高，難以滿足經濟要求。

3 水上自浮式環(huán)保泥漿池設計

3.1 常規(guī)水上泥漿護壁鉆孔灌注樁工藝分析

泥漿護壁鉆孔灌注樁作為水上橋梁基礎、碼頭基礎及水上平臺基礎較多，水上泥漿護壁鉆孔灌注樁施工無法避免泥漿池設置，以往常規(guī)做法主要有3 種：（1）將鉆孔平臺搭設較大，在平臺上設置泥漿池，存在需要搭設鋼平臺量較大，施工周期長、周轉利用率低，施工成本高等不足，難以推廣應用；（2）利用相鄰樁基鋼護筒作為泥漿池，存在泥漿外漏較嚴重、鉆渣清理難度大、泥漿循環(huán)路徑短、清渣效率低，對水體污染嚴重等不足，環(huán)保要求嚴的地區(qū)禁止應用；（3）在陸地上設置泥漿池，通過泥漿泵管連接進行泥漿循環(huán)。該方法對于近距離水上作業(yè)還可以采用，但對于離岸邊較遠鉆孔灌注樁施工無法適用，也不具備推廣應用價值。

對于以上3 種常規(guī)做法的不足點，難以滿足項目現(xiàn)場實際需求，因此，需要從經濟性、工期及環(huán)保等方面綜合思考水上泥漿護壁鉆孔灌注樁泥漿池的設計。

3.2 水上自浮式環(huán)保泥漿池設計思路

根據(jù)東江特大橋7#～12#墩、22#～28#墩水上樁施工特點，要設計一種泥漿池能夠滿足水上泥漿護壁鉆孔灌注樁施工要求，通過設計解決以下幾個關鍵問題：（1）解決水上泥漿護壁鉆孔灌注樁泥漿不遺漏、不能污染東江江水；（2）解決水上鉆孔灌注樁成孔過程中水位變化幅度較大，泥漿池需要適應水位漲落高差變化；（3）解決水上成孔鉆渣收集、清運方便問題；（4）解決泥漿池拼拆方便、經濟合理、周轉高效等要求。

3.3 水上自浮式環(huán)保泥漿池設計

水上自浮式環(huán)保泥漿池采用6mm 鋼板+12#工字鋼加工而成定型環(huán)形結構，底板、側壁均按分塊結構組成環(huán)形泥漿池，底板與底板、側壁與側壁均采用橡膠止水帶+螺栓連接，底板與側壁采用焊接連接。泥漿池分為儲蓄池和沉淀池，儲蓄池與沉淀池采用12mm 鋼板隔開并設置泥漿槽口。因水位變化頻繁，高差較大，泥漿池需要適應水位變化，且保證泥漿池內泥漿不外泄露，污染江水。因此，在泥漿池外圍設置橡膠氣囊，通過調節(jié)氣囊壓力控制泥漿池懸浮高度，泥漿池浮力、泥漿池自重、泥漿重量、沉渣重量及浮力等平衡，隨著水位變化自動調整。泥漿池周邊設置4 根φ273mm×6mm 鋼管樁固定，通過鋼管樁連接環(huán)和柔性鋼鏈條與泥漿池連接。

水上自浮式環(huán)保泥漿池使用時，通過拖船將池體單元拖拽到鉆孔施工位置，然后搭設4 根φ273mm×6mm 鋼管樁定位，使用柔性鋼鏈條將泥漿池固定已經插打好的鋼管樁上，然后將泥漿泵放入儲蓄池中吸入泥漿通過泥漿管流入鉆孔孔內，孔內泥漿通過泥漿槽流入沉淀池從而形成泥漿循環(huán)。通過調節(jié)氣囊充氣量控制整個泥漿池的漂浮高度，當沉淀池內鉆渣量達到一定量時，解開柔性鋼鏈條用拖船拖拽泥漿池至臨時碼頭或棧橋平臺，泥漿進行簡單沉淀處理，用挖機和泥渣車清除沉淀池內沉渣后，將儲蓄池內的泥漿可以重復利用，完成沉渣清理后拖船拖拽泥漿池至下一施工位置，水上自浮式環(huán)保泥漿池對水體清潔度較高的泥漿護壁鉆孔灌注樁施工水域，可避免對水體的污染，且制作成本低廉、操作方便、周轉效率高等優(yōu)點，具有極大的推廣價值。

水上自浮式環(huán)保泥漿池，包括儲漿池、沉淀池、橡膠氣囊、行走平臺、柔性鋼鏈條、鋼管樁連接環(huán)、鋼管樁、防護欄桿以及池壁結構固定的支架等組成。池壁支架上設置為泥漿池提供浮力的氣囊以及用于限制支架移動避免支架脫離設計位置的限位結構。

4 水上自浮式環(huán)保泥漿池工程應用

4.1 水上自浮式環(huán)保泥漿池實施步驟

水上自浮式泥漿池施工步驟為：（1）陸上拼裝自浮式環(huán)保泥漿池，并做防滲檢驗；（2）自浮式環(huán)保泥漿池下水，拖船拖運至指定樁位；（3）插打鋼管樁固定，并把鋼管樁連接環(huán)與自浮式環(huán)保泥漿池柔性鋼鏈條連接；（4）自浮式環(huán)保泥漿池制備泥漿，同時根據(jù)泥漿池與水面高差調整橡膠氣囊氣壓；（5）自浮式環(huán)保泥漿池接入鉆孔灌注樁泥漿循環(huán)系統(tǒng)，進行泥漿護壁鉆孔灌注樁施工；（6）自浮式環(huán)保泥漿池沉渣變化，適當調整橡膠氣囊氣壓；（7）自浮式環(huán)保泥漿池池壁板頂離水面50cm時，暫停泥漿循環(huán)，拖船拖運至棧橋平臺或臨時碼頭；（8）用挖機+泥渣車清除泥漿池內鉆渣，重復上述（2）～（7）步驟。

4.2 水上自浮式環(huán)保泥漿池實施效果

水上自浮式環(huán)保泥漿池成功地應用于東江特大橋7#～12#墩、22#～28#墩水上鉆孔灌注樁，解決了水上泥漿護壁鉆孔灌注樁泥漿處理系列問題，達到了經濟適用、清凈環(huán)保、安拆方便、安全穩(wěn)定等應用效果，獲得了最優(yōu)的綜合效益。

1）經濟適用：水上泥漿護壁鉆孔灌注樁傳統(tǒng)泥漿池設置在鋼平臺上，泥漿池自重重、體積大、占地多，需要搭設較大面積的鋼平臺才能放置泥漿池，并且每個墩位都需要設置鋼平臺，轉運時需要大型起重機、平板車等設備，經濟成本較高。而采用水上自浮式泥漿池節(jié)約大量鋼平臺，轉運方便，經濟適用。

2）清凈環(huán)保：水上自浮式泥漿池采用彈性止水橡膠作為嵌縫材料，豎向雙排螺栓連接預緊后進行止水，并通過滿水防滲試驗。泥漿面保持與池壁板頂50cm 高差，通過橡膠氣囊氣壓調節(jié)泥漿池上浮高度，有效控制池內泥漿不外泄。泥漿護壁鉆孔灌注樁泥漿從孔內流出，經過分砂器流入水上自浮式泥漿池沉淀池、儲漿池后，最后由泥漿泵泵入灌注樁孔口內。有效保持泥漿護壁鉆孔灌注樁施工清潔，對東江為飲水水源達到“零”污染。

3）安拆方便、周轉效率高：水上自浮式環(huán)保泥漿池側壁板、底板分塊采用螺栓連接，壁板、底板分塊較小，自重較輕，不需要大型設備進行安拆，安裝、拆除方便，有效提高安拆、轉移效率。

4）安全、穩(wěn)定：水上自浮式泥漿池采用4 根鋼管樁固定，通過鋼管樁上的連接環(huán)與池壁上的柔性鋼鏈條連接，自浮式泥漿池通過橡膠氣囊氣壓調節(jié)上浮高度，在水位變化時能夠平穩(wěn)、安全地適應水位變化。對于東江主河道水位較深，受汛期影響，水位變幅大，水上自浮式泥漿池提高了安全性，且無傾覆風險。

5 結語

泥漿護壁鉆孔灌注樁施工泥漿池對水體污染大、造價高、重復利用率低等不足，與綠色施工發(fā)展相悖。為了環(huán)保經濟處理水上鉆孔灌注樁泥漿，本文通過工程實例，介紹了水上自浮式環(huán)保泥漿池的設計與工程應用，水上自浮式環(huán)保泥漿池具有經濟適用、清凈環(huán)保、安拆方便、安全穩(wěn)定等功效，具有較大的推廣應用價值。