水上自浮式環(huán)保泥漿池設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用

鄔良玉，張效磊

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，武漢516001）

1 工程簡(jiǎn)介

蘆洲至泰美大橋及其引道工程，起點(diǎn)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(jīng)盤(pán)陀、隔瀝，終至博羅縣泰美鎮(zhèn)國(guó)道G205 和政府大道交匯處。路線總長(zhǎng)7.61km（其中，設(shè)1 座特大橋1516.4m，2 座線內(nèi)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?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，主橋采用85m+150m+85m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，引橋跨越兩岸大堤處采用2 聯(lián)6跨預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁（33 跨），主橋下部結(jié)構(gòu)采用板式墩，引橋下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，基礎(chǔ)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(wú)水區(qū)，屬于陸上施工。東江主航道為限制性V 級(jí)航道，遠(yuǎn)期規(guī)劃為內(nèi)河III 級(jí)航道，設(shè)計(jì)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(hù)區(qū)、環(huán)保要求高。

2 重點(diǎn)及難點(diǎn)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(qiáng)，因橋址區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，樁基施工最宜選用沖擊鉆泥漿護(hù)壁施工方法。7#～12#墩、22#～28#墩水上樁施工因地質(zhì)條件復(fù)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(gè)方面：

1）東江為飲水水源保護(hù)區(qū)，綠色施工環(huán)保要求高。因東江是我國(guó)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(lái)源，關(guān)系著東江流域及珠三角區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和香港的繁榮穩(wěn)定。橋位處在東江水保區(qū)域，對(duì)施工環(huán)保要求較高，鉆孔產(chǎn)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(nèi)，受上、下游水利調(diào)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(guò)程中的孔內(nèi)外壓力，容易導(dǎo)致漏漿、塌孔的質(zhì)量問(wèn)題，必須設(shè)置泥漿池解決泥漿護(hù)壁成孔。

3）橋址區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地層自上而下分為1～2m 砂礫層、15～25m 卵石層、15～20m 強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖夾1～2m 粉質(zhì)黏土層、15～20m 中風(fēng)化變質(zhì)砂巖夾1～2m 粉質(zhì)黏土層、微風(fēng)化變質(zhì)砂巖層，樁基持力層均為中風(fēng)化巖層，成孔難度大、鉆進(jìn)速度慢，容易引起漏漿、塌孔、黏錘、斜孔等成孔問(wèn)題，必須保證孔內(nèi)有足夠泥漿循環(huán)進(jìn)行鉆孔護(hù)壁。

4）水上泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁傳統(tǒng)泥漿池設(shè)置在鋼平臺(tái)上，泥漿池質(zhì)量大、體積大、占地多，需要搭設(shè)較大面積的鋼平臺(tái)才能放置泥漿池，每個(gè)墩位都需要設(shè)置鋼平臺(tái)，轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)需要大型起重機(jī)、平板車等設(shè)備，鋼平臺(tái)造價(jià)較高，難以滿足經(jīng)濟(jì)要求。

3 水上自浮式環(huán)保泥漿池設(shè)計(jì)

3.1 常規(guī)水上泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁工藝分析

泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁作為水上橋梁基礎(chǔ)、碼頭基礎(chǔ)及水上平臺(tái)基礎(chǔ)較多，水上泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁施工無(wú)法避免泥漿池設(shè)置，以往常規(guī)做法主要有3 種：（1）將鉆孔平臺(tái)搭設(shè)較大，在平臺(tái)上設(shè)置泥漿池，存在需要搭設(shè)鋼平臺(tái)量較大，施工周期長(zhǎng)、周轉(zhuǎn)利用率低，施工成本高等不足，難以推廣應(yīng)用；（2）利用相鄰樁基鋼護(hù)筒作為泥漿池，存在泥漿外漏較嚴(yán)重、鉆渣清理難度大、泥漿循環(huán)路徑短、清渣效率低，對(duì)水體污染嚴(yán)重等不足，環(huán)保要求嚴(yán)的地區(qū)禁止應(yīng)用；（3）在陸地上設(shè)置泥漿池，通過(guò)泥漿泵管連接進(jìn)行泥漿循環(huán)。該方法對(duì)于近距離水上作業(yè)還可以采用，但對(duì)于離岸邊較遠(yuǎn)鉆孔灌注樁施工無(wú)法適用，也不具備推廣應(yīng)用價(jià)值。

對(duì)于以上3 種常規(guī)做法的不足點(diǎn)，難以滿足項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，因此，需要從經(jīng)濟(jì)性、工期及環(huán)保等方面綜合思考水上泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁泥漿池的設(shè)計(jì)。

3.2 水上自浮式環(huán)保泥漿池設(shè)計(jì)思路

根據(jù)東江特大橋7#～12#墩、22#～28#墩水上樁施工特點(diǎn)，要設(shè)計(jì)一種泥漿池能夠滿足水上泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁施工要求，通過(guò)設(shè)計(jì)解決以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：（1）解決水上泥漿護(hù)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(guò)程中水位變化幅度較大，泥漿池需要適應(yīng)水位漲落高差變化；（3）解決水上成孔鉆渣收集、清運(yùn)方便問(wèn)題；（4）解決泥漿池拼拆方便、經(jīng)濟(jì)合理、周轉(zhuǎn)高效等要求。

3.3 水上自浮式環(huán)保泥漿池設(shè)計(jì)

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(jié)構(gòu)，底板、側(cè)壁均按分塊結(jié)構(gòu)組成環(huán)形泥漿池，底板與底板、側(cè)壁與側(cè)壁均采用橡膠止水帶+螺栓連接，底板與側(cè)壁采用焊接連接。泥漿池分為儲(chǔ)蓄池和沉淀池，儲(chǔ)蓄池與沉淀池采用12mm 鋼板隔開(kāi)并設(shè)置泥漿槽口。因水位變化頻繁，高差較大，泥漿池需要適應(yīng)水位變化，且保證泥漿池內(nèi)泥漿不外泄露，污染江水。因此，在泥漿池外圍設(shè)置橡膠氣囊，通過(guò)調(diào)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(dòng)調(diào)整。泥漿池周邊設(shè)置4 根φ273mm×6mm 鋼管樁固定，通過(guò)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(shí)，通過(guò)拖船將池體單元拖拽到鉆孔施工位置，然后搭設(shè)4 根φ273mm×6mm 鋼管樁定位，使用柔性鋼鏈條將泥漿池固定已經(jīng)插打好的鋼管樁上，然后將泥漿泵放入儲(chǔ)蓄池中吸入泥漿通過(guò)泥漿管流入鉆孔孔內(nèi)，孔內(nèi)泥漿通過(guò)泥漿槽流入沉淀池從而形成泥漿循環(huán)。通過(guò)調(diào)節(jié)氣囊充氣量控制整個(gè)泥漿池的漂浮高度，當(dāng)沉淀池內(nèi)鉆渣量達(dá)到一定量時(shí)，解開(kāi)柔性鋼鏈條用拖船拖拽泥漿池至臨時(shí)碼頭或棧橋平臺(tái)，泥漿進(jìn)行簡(jiǎn)單沉淀處理，用挖機(jī)和泥渣車清除沉淀池內(nèi)沉渣后，將儲(chǔ)蓄池內(nèi)的泥漿可以重復(fù)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(duì)水體清潔度較高的泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁施工水域，可避免對(duì)水體的污染，且制作成本低廉、操作方便、周轉(zhuǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，具有極大的推廣價(jià)值。

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

4 水上自浮式環(huán)保泥漿池工程應(yīng)用

4.1 水上自浮式環(huán)保泥漿池實(shí)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(yàn)；（2）自浮式環(huán)保泥漿池下水，拖船拖運(yùn)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(shí)根據(jù)泥漿池與水面高差調(diào)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(jìn)行泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁施工；（6）自浮式環(huán)保泥漿池沉渣變化，適當(dāng)調(diào)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(shí)，暫停泥漿循環(huán)，拖船拖運(yùn)至棧橋平臺(tái)或臨時(shí)碼頭；（8）用挖機(jī)+泥渣車清除泥漿池內(nèi)鉆渣，重復(fù)上述（2）～（7）步驟。

4.2 水上自浮式環(huán)保泥漿池實(shí)施效果

水上自浮式環(huán)保泥漿池成功地應(yīng)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(hù)壁鉆孔灌注樁泥漿處理系列問(wèn)題，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)適用、清凈環(huán)保、安拆方便、安全穩(wěn)定等應(yīng)用效果，獲得了最優(yōu)的綜合效益。

1）經(jīng)濟(jì)適用：水上泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁傳統(tǒng)泥漿池設(shè)置在鋼平臺(tái)上，泥漿池自重重、體積大、占地多，需要搭設(shè)較大面積的鋼平臺(tái)才能放置泥漿池，并且每個(gè)墩位都需要設(shè)置鋼平臺(tái)，轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)需要大型起重機(jī)、平板車等設(shè)備，經(jīng)濟(jì)成本較高。而采用水上自浮式泥漿池節(jié)約大量鋼平臺(tái)，轉(zhuǎn)運(yùn)方便，經(jīng)濟(jì)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(yù)緊后進(jìn)行止水，并通過(guò)滿水防滲試驗(yàn)。泥漿面保持與池壁板頂50cm 高差，通過(guò)橡膠氣囊氣壓調(diào)節(jié)泥漿池上浮高度，有效控制池內(nèi)泥漿不外泄。泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁泥漿從孔內(nèi)流出，經(jīng)過(guò)分砂器流入水上自浮式泥漿池沉淀池、儲(chǔ)漿池后，最后由泥漿泵泵入灌注樁孔口內(nèi)。有效保持泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁施工清潔，對(duì)東江為飲水水源達(dá)到“零”污染。

3）安拆方便、周轉(zhuǎn)效率高：水上自浮式環(huán)保泥漿池側(cè)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(shè)備進(jìn)行安拆，安裝、拆除方便，有效提高安拆、轉(zhuǎn)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(guò)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(guò)橡膠氣囊氣壓調(diào)節(jié)上浮高度，在水位變化時(shí)能夠平穩(wěn)、安全地適應(yīng)水位變化。對(duì)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(wú)傾覆風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁施工泥漿池對(duì)水體污染大、造價(jià)高、重復(fù)利用率低等不足，與綠色施工發(fā)展相悖。為了環(huán)保經(jīng)濟(jì)處理水上鉆孔灌注樁泥漿，本文通過(guò)工程實(shí)例，介紹了水上自浮式環(huán)保泥漿池的設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用，水上自浮式環(huán)保泥漿池具有經(jīng)濟(jì)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(yīng)用價(jià)值。