潛水鉆樁芯吸泥設(shè)備的持續(xù)改進

樊倩，李寶闖

（中交一航局第一工程有限公司，天津300456）

1 引言

唐山樂亭菩提島海上風(fēng)電場300MW示范工程，由河北建投集團出資進行建設(shè)，風(fēng)電場場址位于渤海灣北岸河北省唐山市樂亭縣海域。風(fēng)機基礎(chǔ)采用高樁混凝土承臺結(jié)構(gòu)形式，每臺風(fēng)機基礎(chǔ)均含有8根斜率為5:1的工程樁，直徑為2m，均勻呈放射狀布置在以承臺中心為圓心的圓周上，工程樁截除樁頭后，樁頂標高均為+2.2m，需要安裝鋼筋籠并澆筑樁芯混凝土。澆筑混凝土之前，需要將樁芯內(nèi)的泥土進行挖除，吸泥深度達到20m。

2 原工藝介紹

針對本工程，項目研發(fā)了正循環(huán)樁芯吸泥施工工藝，正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆成孔由鉆機回轉(zhuǎn)裝置帶動鉆桿和鉆頭回轉(zhuǎn)切削破碎巖土，由泥漿泵通過鉆桿輸進泥漿，泥漿沿孔壁上升，從孔口溢漿孔溢出流入泥漿池經(jīng)沉淀處理返回循環(huán)池。該工藝主要涉及以下操作步驟。

2.1 平臺搭設(shè)

因鋼管樁處于晃動之中，且潛水鉆鉆機設(shè)備自重相對較大，因此需要一個穩(wěn)固的施工平臺來進行該項工程。使用型鋼將鋼管樁一一連接進行加固，并使用鋼梁和透空的鋼筋網(wǎng)形成施工平臺。

2.2 初步清孔

對前期落入雜物的鋼管樁樁芯進行清理，落入大件物品的，如樁頭、鋼筋、鋼板等物品，可以將水抽干，直接由人下至樁底部進行取出。對于小件物品，可在安裝完鉆機后采用抓斗進行抓出。清孔需注意施工安全。

2.3 鉆機安裝

首先安放鉆頭，將鉆頭通過掛鉤穩(wěn)定放在樁頂處，然后搭設(shè)兩根56a雙拼工字鋼鋼梁，平穩(wěn)放在夾樁鋼梁上，將鉆機設(shè)備穩(wěn)定放在56a雙拼工字鋼之上，然后連接鉆桿與鉆頭，粗略定位后使用鉆機底座四角的液壓頂進行精調(diào)，避免在鉆進過程中鉆桿與鋼樁軸線不同心發(fā)生晃動、卡鉆現(xiàn)象。共設(shè)置水泵兩組，一組為潛水鉆供給清水，直接采用潛水泵或自吸泵抽取海水即可；另一組水泵用于由樁內(nèi)排出泥漿。

三翼鉆頭直徑為1.85m，該尺寸可以保證鉆頭不會與樁壁摩擦過多，同時也可以將整個樁內(nèi)含泥斷面鉆凈，不會發(fā)生殘留以及坍塌埋鉆問題。

2.4 鉆進

鉆機安裝完畢后，先打開供水泵，待發(fā)現(xiàn)樁內(nèi)水面上漲后打開排水泵，調(diào)節(jié)供水量和排水量，使樁內(nèi)水位達到一個相對平穩(wěn)的狀態(tài)。

打開鉆機向下鉆進，開始時應(yīng)上下提拉鉆機進行試鉆，嚴禁鉆機下降過快，避免出現(xiàn)劇烈晃動或者卡鉆現(xiàn)象。隨鉆進過程適時加長鉆桿，鉆進過程中若發(fā)現(xiàn)異物造成卡鉆現(xiàn)象，可先將鉆機提出，使用抓斗進行抓除。

控制供水量和排水量，避免樁芯內(nèi)濁度過大發(fā)生淤積埋鉆現(xiàn)象，鉆出的泥漿應(yīng)及時使用泥漿泵排出樁外，并用清水補充樁內(nèi)水位。

因鉆機鉆頭為三角形，達到設(shè)計的高程后應(yīng)適當(dāng)超深，避免底部混凝土在設(shè)計深度范圍內(nèi)達不到設(shè)計斷面。

2.5 泥沙分離

鑒于泥沙比重較大，通過水力旋流器將泥沙進行分離，將顆粒較大的沙和礫石排出，將顆粒較細的泥漿重新導(dǎo)入泥漿池，循環(huán)利用，從而進一步防止樁內(nèi)出現(xiàn)沉渣，確保樁芯吸泥質(zhì)量。鉆孔深度達到設(shè)計要求后，逐步替入清水進行循環(huán)，減小樁內(nèi)泥漿密度，從而達到清孔效果，直至水利旋流器沒有泥沙排出以及樁內(nèi)泥漿呈現(xiàn)清澈狀態(tài)，最后用抽水泵將積水抽出。至此，樁芯取泥工作全部完成。

2.6 原工藝特點分析

采用正循環(huán)潛水鉆進行樁芯吸泥，完成一根樁的吸泥時間大約是24h，其中鉆機定位需要1～2h，鉆孔需要4～5h，循環(huán)清孔13～16h，提鉆需要1～2h，施工效率相對較低，對工程工期制約較大。

如果按照原有工藝繼續(xù)進行樁芯吸泥，施工效率很難滿足后續(xù)各個工序的正常進行，從而可能導(dǎo)致整個工程工期的延誤。項目部各領(lǐng)導(dǎo)開始組織開展工藝研討會，積極發(fā)言，集思廣益，以便確定出切實可行的樁芯吸泥施工工藝[1]。

對現(xiàn)有吸泥工藝進行分析，其存在的弊端如下：①采用泥沙分離的方式進行排泥，需要多次向樁內(nèi)注入泥漿，存在必要的“返工”現(xiàn)象，造成了時間浪費；②吸泥過程中需要不間斷地向樁內(nèi)注入清水，用來稀釋樁內(nèi)泥沙混合物和泥漿，造成排泥需要的托舉力逐漸變小，施工效率逐漸降低，最后需要將黏稠度很低的泥漿整體排出；③水舉排泥，向上托舉的速度相對較慢，必然在樁內(nèi)壁形成“壁掛”，最終形成回淤沉渣，如想排泥深度達到設(shè)計要求，必然要加深潛水鉆鉆入深度來彌補沉渣量。這就增加了吸泥的工作量。

3 工藝改進及效果評價

針對原存在的問題，借鑒絞吸式挖泥船的工作原理，大膽進行工藝改進。詳細內(nèi)容如下：

利用潛水鉆導(dǎo)向架的空間結(jié)構(gòu)，對其進行改進和改造，在原有鉆機上增加一臺大流量、高揚程且能適應(yīng)高泥漿比重的潛污泵。此法利用潛污泵的抽泥功能，將樁內(nèi)攪起的泥沙排出樁外，同時排出樁內(nèi)積水，大大減少了工作時間。施工原理如圖1所示。

圖1 “潛水鉆絞吸排泥法”施工原理圖

工藝創(chuàng)新之后，立即投入到正常施工中，取得了事半功倍的效果。隨著吸泥工藝的不斷提升以及對各個工序的熟練掌握，大大提高了樁芯吸泥的工作效率，鉆機定好位之后，開始鉆孔，鉆孔過程中，隨循環(huán)水降低泥漿密度，隨用污水泵向外抽取泥漿。通過對樁芯孔深的實測記錄，基本上沒有沉渣沉降，提高了吸泥質(zhì)量，所以吸泥孔深也不用超深，按設(shè)計孔深吸泥即可，從而減少了樁芯混凝土的澆筑量。這樣一來，完成一根樁的吸泥時間更是從24h降到了6h左右，工作效率提高了將近4倍，既為后續(xù)工作留出了充足的時間，也大大節(jié)約了成本。

試驗完成后，項目部對改進前后的工藝進行工效、質(zhì)量檢查以及成本核算。①通過改進，剔除了旋流器的泥沙分離過程及多次注入泥漿的排沙過程，大大減少吸泥工作時間。②改造后仍需要向樁內(nèi)注入清水對泥沙漿進行稀釋，但最后水和泥漿同時排出，不必使用其他水泵單獨進行排水。③使用潛污泵后，避免了大范圍壁掛、沉渣現(xiàn)象，降低了潛水鉆的鉆入深度，減少了排泥的工作量，進一步節(jié)約了排泥的時間。④通過工藝改造，使施工效率的大幅提升，大大節(jié)省船機、人工費用，實現(xiàn)了降本增效的目的，降低工程工期風(fēng)險和環(huán)境影響。

本工程共需要進行120根鋼管樁的樁芯吸泥工作。通過工藝改進，樁芯吸泥綜合單價由214.2元/m3降低至55.1元/m3，節(jié)省的費用為：（214.2-55.1）×62.8×120/10000=119.9萬元。

此外，由于對潛水鉆水舉法樁芯排泥工藝的改造革新，使本工程整體施工進度比計劃提前了25天，大大降低項目部后續(xù)施工的進度壓力。根據(jù)合同文件，工期每提前或滯后1天的獎罰力度為合同總額的1‰（即20.5萬/天），間接節(jié)省的成本可達到500余萬元。

4 結(jié)論

大膽創(chuàng)新，提質(zhì)增效，風(fēng)電場工程樁的樁徑大、吸泥深，通過不斷對樁芯吸泥工藝進行改進，最終實現(xiàn)了正反循環(huán)相結(jié)合的吸泥工藝，確保了工程質(zhì)量，提高了工作效率，縮短了工期，同時節(jié)約了成本。