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境的污染，對環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的時間，加快了工期，節約了成本。

【關鍵詞】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。橋址區主要為第四系中更新統沖積殘積層，下伏上第三系泥灰巖、砂巖、礫巖且巖層分布較厚。

2 .鉆機的選擇及清孔的技術標準

在橋梁樁基施工中，根據不同的地質情況可以選用鉆沖擊鉆、旋轉鉆、套管鉆等不同的鉆孔設備來成孔。

沖擊鉆使適用于砂巖、礫巖、泥灰巖等堅硬巖層及各種復雜地質的樁基施工。旋轉鉆機按泥漿的循環方式分正循環鉆機和反循環鉆機，正循環鉆機適用與黏土、粉土、砂性土等各類土層；反循環鉆機適用于黏土、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情況宜選用沖擊鉆成孔。

當鉆孔深度達到設計要求時，對孔深孔徑孔位和孔形進行檢查，確認滿足設計要求后，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計要求，設計無要求時，柱樁不大于10cm，摩擦樁不大于30 cm。否則進行二次清孔。

3 .清孔的方法及優化

清孔最常用的方法是換漿法，換漿法分為正循環和反循環兩種。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。

常規的正循環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，循環過程要向泥漿池不斷的注入清水以及產生大量的泥漿，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。常規的正循環是通過沉淀池的沉淀作用來降低含砂量及泥漿比重的。

針對正循環的特點，用含砂率較低的泥漿循環清孔才能有效的縮短循環清孔的時間。所以只有降低注入孔內泥漿的含砂率，才能從根本上解決這一問題。在樁基施工泥漿循環系統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的泥漿必須經過離心式篩砂器的過濾后再注入孔內循環。離心式篩砂器在循環系統的中間環節對由泥漿池經污水泵注入孔內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流體中的固體顆粒在篩砂器中旋轉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，產生強烈的旋轉運動，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。所以經過離心式篩砂器注入孔內的泥漿要比直接由污水泵注入孔內的泥漿含砂率要小的多。這樣就從泥漿循環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清孔要比用含砂率大的泥漿循環清孔效率要高的多。

由于在施工現場的場地局限性，我們一般只能設一個二級沉淀池，就是一個池子用來沉淀泥漿（沉淀池），經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，所以在施工現場一般都采取向泥漿池內不斷的注入清水，與此同時將沉淀池內泥漿及時外運，這樣才能提高循環清孔的效率。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。經現場統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. 結論

通過橋梁樁基施工使用離心式篩砂器前后統計數據表明，使用離心式篩砂器清孔的時間大大縮短了，這樣節省了用電能、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，節約的電能為：

471×（8-3）×7.5=17662.5 （kW）

其中：471為本橋樁基的根數；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，離心式篩砂器對環境保護也發揮了一定的作用，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量驗收標準TBl0415—2003

[2] 鐵路橋涵工程施工技術指南經規標準[2005]110endprint