潛水鉆樁芯吸泥設備的持續(xù)改進

樊倩　李寶闖

【摘 要】唐山樂亭菩提島 海上風電場300兆瓦 示范工程 高樁混凝土風機基礎土建施工A標段的樁基工程樁芯吸泥，由于采用常規(guī)的正循環(huán)潛水鉆水機排泥已無法滿足該工程進度需要，項目部通過技術創(chuàng)新，采用正反循環(huán)相結合的方式進行樁芯吸泥，大大提高了工作效率，取得了較好成效，值得類似的海上樁芯吸泥工程借鑒。

【Abstract】In the 300 MW demonstration project of Laoting Puti Island Offshore Wind Farm in Tangshan， the pile core suction of pile foundation engineering in section A of civil construction of high-pile concrete fan foundation uses the conventional positive circulation diving drill to discharge the sludge， which can no longer meet the normal process of the project. Through technological innovation， the project department adopts the method of combining positive and negative circulation to suck mud in pile core， which has greatly improved the working efficiency and achieved good results. It is worthy of reference for similar offshore pile core mud suction projects.

【關鍵詞】樁芯吸泥; 技術創(chuàng)新;正反循環(huán)

【Keywords】 suction pile core; technological innovation; positive and negative circulation

【中圖分類號】TU761.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2019）02-0172-02

1 引言

唐山樂亭菩提島海上風電場300MW示范工程，由河北建投集團出資進行建設，風電場場址位于渤海灣北岸河北省唐山市樂亭縣海域。風機基礎采用高樁混凝土承臺結構形式，每臺風機基礎均含有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)回轉鉆成孔由鉆機回轉裝置帶動鉆桿和鉆頭回轉切削破碎巖土，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

因鋼管樁處于晃動之中，且潛水鉆鉆機設備自重相對較大，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，然后搭設兩根56a雙拼工字鋼鋼梁，平穩(wěn)放在夾樁鋼梁上，將鉆機設備穩(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，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)樁內水面上漲后打開排水泵，調節(jié)供水量和排水量，使樁內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，避免樁芯內濁度過大發(fā)生淤積埋鉆現(xiàn)象，鉆出的泥漿應及時使用泥漿泵排出樁外，并用清水補充樁內水位。

因鉆機鉆頭為三角形，達到設計的高程后應適當超深，避免底部混凝土在設計深度范圍內達不到設計斷面。

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入泥漿池，循環(huán)利用，從而進一步防止樁內出現(xiàn)沉渣，確保樁芯吸泥質量。鉆孔深度達到設計要求后，逐步替入清水進行循環(huán)，減小樁內泥漿密度，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，從而可能導致整個工程工期的延誤。項目部各領導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注入清水，用來稀釋樁內泥沙混合物和泥漿，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，必然在樁內壁形成“壁掛”，最終形成回淤沉渣，如想排泥深度達到設計要求，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。詳細內容如下：

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

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，提高了吸泥質量，所以吸泥孔深也不用超深，按設計孔深吸泥即可，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 結論

大膽創(chuàng)新，提質增效，風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)相結合的吸泥工藝，確保了工程質量，提高了工作效率，縮短了工期，同時節(jié)約了成本。

【參考文獻】

【1】宋世杰，欒國棟.潛水鉆機在軟弱地層鉆孔灌注樁中的應用[J].地質裝備，2014，15（04）：39-41.