泥砂分離機(jī)在沿海高速公路深厚砂性土鉆孔樁應(yīng)用

田繼源

【摘要】本文針對南通繞城高速公路深厚砂性土不利地質(zhì)進(jìn)行橋梁鉆孔樁施工，采用泥砂分離技術(shù)如何控制泥漿性能，防止鉆孔樁樁底沉渣厚度超標(biāo)，提高施工效率及鉆孔樁實(shí)體質(zhì)量。

【關(guān)鍵字】泥砂分離機(jī);砂性土;鉆孔樁

1 前言

南通繞城高速為交通強(qiáng)國試點(diǎn)項(xiàng)目，也是交通運(yùn)輸部第一批平安百年品質(zhì)工程創(chuàng)建示范項(xiàng)目。項(xiàng)目區(qū)屬于長江三角洲平原地貌單元，地勢較平坦。區(qū)域地質(zhì)時(shí)代主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積黏性土、砂土為主，鉆孔樁范圍主要為粉砂夾粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土夾粉砂、粉細(xì)砂。南通繞城高速橋梁采用鉆孔樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁徑1.0～1.8m，樁長在45～80m之間，據(jù)南通地區(qū)以往施工經(jīng)驗(yàn)在深厚砂性土層進(jìn)行鉆孔樁施工過程中，泥漿含砂率較難控制，樁底沉渣厚度易超標(biāo)，鉆孔樁二清過程中反復(fù)清孔會造成孔壁坍塌。

泥砂分離機(jī)主要適用于現(xiàn)代基礎(chǔ)工程施工中采取泥漿固壁、循環(huán)鉆進(jìn)工藝的大口徑樁基工程;適用于采用泥漿護(hù)壁，循環(huán)鉆進(jìn)工藝的樁基工程（包括旋挖鉆、沖擊鉆等）、防滲墻工程（地連墻、雙輪銑）、泥水平衡法盾構(gòu)施工和泥水頂管施工的泥漿凈化。極大的提高廢棄泥漿重復(fù)利用率，避免了泥漿的隨意排放、降低施工成本，提高文明環(huán)保施工水平。

在鉆孔樁開始施工前，技術(shù)人員和機(jī)組人員根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況，研究針對深厚砂性土質(zhì)的鉆孔樁施工方案，擬采用泥砂分離機(jī)改善泥漿性能，降低鉆孔樁循環(huán)泥漿過高的含砂率，提高鉆孔樁成孔質(zhì)量。

2 泥砂分離設(shè)備原理及選型

橋梁鉆孔樁采用反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行施工，在深厚砂性土層中采用泥砂分離機(jī)工藝改善泥漿性能。

2.1 泥砂分離機(jī)原理

反循環(huán)砂石泵抽吸出來的泥漿通過總進(jìn)漿管（1），輸送到泥砂分離機(jī)的粗篩（2），經(jīng)過其振動篩選將粒徑在3mm以上的渣料分離出來。經(jīng)過粗篩篩選的泥漿進(jìn)入泥砂分離機(jī)的儲漿槽（3），由泥砂分離機(jī)的渣漿泵（4）從槽內(nèi)抽吸泥漿，在泵的出口具有一定儲能的泥漿沿輸漿軟管從水力旋流器（5）進(jìn)漿口切向射人，通過水力旋流器分選，粒徑微細(xì)的泥砂由旋流器下端的沉砂嘴排出落入細(xì)篩（6）。經(jīng)細(xì)篩脫水篩選后，較干燥的細(xì)碴料分離出來，經(jīng)過細(xì)篩篩選的泥漿再次返回儲漿槽內(nèi)。處理后的干凈泥漿從旋流器溢流管進(jìn)入中儲箱（7），然后沿總出漿管輸送回孔。

2.2 泥砂分離機(jī)主要參數(shù)

常見的泥砂分離機(jī)根據(jù)每小時(shí)分離的泥漿能力分ZX-100、ZX-150、ZX-200、ZX-250、ZX-500等類型。泥砂分離機(jī)各項(xiàng)具體參數(shù)情況如下：

2.3 泥砂分離機(jī)選擇

施工現(xiàn)場依據(jù)泥漿池布置、樁長、樁徑、地質(zhì)、鉆機(jī)數(shù)量及成孔工藝選擇合適的泥砂分離機(jī)。選擇的泥砂分離機(jī)的分離能力應(yīng)滿足現(xiàn)場施工要求，確保施工過程中泥漿凈化池中泥漿含砂率不大于4%，清孔過程中泥漿池中泥漿含砂率不大于2%。在沒有可參考經(jīng)驗(yàn)時(shí)，建議按照以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初步配置。

當(dāng)采用大型鉆孔機(jī)械施工，鉆孔樁成孔時(shí)間在10h左右時(shí)，每個(gè)泥漿池可配置一臺大型泥砂分離機(jī)，配合2～3臺鉆孔樁進(jìn)行組合施工，也可達(dá)到相應(yīng)的目的，但各樁的鉆進(jìn)時(shí)間段應(yīng)相互錯(cuò)開。

3 施工準(zhǔn)備

3.1 平面布置

橋梁處泥漿池每3排樁單獨(dú)設(shè)置一處泥漿凈化池和循環(huán)池。泥漿池設(shè)置應(yīng)遠(yuǎn)離便道，縱向設(shè)置在兩排樁中心。泥漿池大小及尺寸根據(jù)泥漿總量確定，其中凈化池尺寸和循環(huán)池尺寸宜2：1，凈化池和循環(huán)池之間應(yīng)隔斷。

泥漿池旁邊設(shè)置泥砂分離機(jī)和砂土臨時(shí)堆場，便道和泥砂分離機(jī)之間設(shè)置支便道，用于挖機(jī)和渣土車進(jìn)出。便道另一側(cè)延線路方向設(shè)置電纜、配電箱。

鉆孔樁施工前在循環(huán)池按照傳統(tǒng)方法制漿。制漿可采用黏土、膨潤土或化學(xué)造漿材料，制好的泥漿進(jìn)行泥漿測試，滿足規(guī)范要求后方可開鉆。

3.2 泥砂分離機(jī)安裝

泥砂分離機(jī)安裝要求如下：

1）距離泥漿池較近，縮短泥漿泵管長度，保證泥漿輸送流暢，可設(shè)置在泥漿池端部或中部的外側(cè)。

2）泥砂分離機(jī)較重，設(shè)備安裝前需要平整場地，地質(zhì)較好時(shí)進(jìn)行平整、碾壓。地基松軟時(shí)則應(yīng)鋪墊枕木或填筑碎石處理。

3）設(shè)備底座水平方向的傾斜度不超過1%。

3.3 交底及培訓(xùn)

項(xiàng)目部提前完成專項(xiàng)施工方案及作業(yè)指導(dǎo)書的編制，施工前組織相關(guān)人員培訓(xùn)、學(xué)習(xí)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，確保施工人員熟練掌握施工工藝及安全、質(zhì)量環(huán)保要求。

做好施工作業(yè)人員的安全教育培訓(xùn)工作，新進(jìn)場工人需進(jìn)行工區(qū)、分部、班組三級安全教育培訓(xùn)。

特種作業(yè)人員需經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，持證上崗，項(xiàng)目部建立特種作業(yè)人員登記臺賬。

3.4 設(shè)備驗(yàn)收及調(diào)試

根據(jù)施工方案、現(xiàn)場地質(zhì)及施工條件選用鉆孔樁機(jī)械、泥漿設(shè)備、泥砂分離機(jī)、發(fā)電機(jī)組、挖機(jī)和渣土車等。

檢查泥砂分離機(jī)以及鉆機(jī)的進(jìn)、出泥漿接口的連接，防止正常運(yùn)行過程中發(fā)生滲漏或脫落。

進(jìn)場的機(jī)械設(shè)備在顯著位置懸掛操作規(guī)程牌，標(biāo)明機(jī)械名稱、型號種類、操作方法、保養(yǎng)要求、安全注意事項(xiàng)及特殊要求等。

設(shè)備正式啟用前，應(yīng)先不帶負(fù)荷啟動電器控制部分，檢測各級電器運(yùn)作是否正常，空載動作正常后方能帶負(fù)荷進(jìn)行調(diào)試，并觀測電壓表和電流表的工作數(shù)據(jù)正常后，設(shè)備才能正式啟動。

4 分離機(jī)操作和使用

4.1 泥砂分離機(jī)流程圖

采用泥砂分離機(jī)的鉆孔樁施工總體流程如下：

4.2 泥砂分離機(jī)管線布置

鉆孔樁施工中采用泥砂分離機(jī)分離泥砂工藝，泥漿池設(shè)置循環(huán)池和泥漿凈化池，兩個(gè)泥漿池相互隔斷。

泥砂分離機(jī)泥漿進(jìn)管設(shè)置在泥漿凈化池中，泥砂分離機(jī)泥漿出管設(shè)置在泥漿循環(huán)池中，泥砂分離機(jī)的二次凈化裝置溢出泥漿二次進(jìn)入泥漿池循環(huán)使用。

4.3 泥砂分離機(jī)操作和使用

在啟動設(shè)備前，需將電控柜支架的四顆聯(lián)接螺栓（M12×55）擰松，使之與電控柜的聯(lián)接處于松動狀態(tài)，以便于電控柜底部的四個(gè)隔振器在工作過程中起到隔振作用。

啟動順序：合上空氣開關(guān)，接通主電源→啟動振動篩→啟動渣漿泵→定期開啟反沖系統(tǒng)。

停止順序：停止泥漿供應(yīng)→處理儲漿槽內(nèi)的剩余泥漿→停止渣漿泵的運(yùn)轉(zhuǎn)→脫水篩運(yùn)轉(zhuǎn)直到旋流器內(nèi)空載→停止振動篩的運(yùn)轉(zhuǎn)→剩余泥漿清理→清水運(yùn)轉(zhuǎn)或清理。

4.4 質(zhì)量控制

鉆孔樁施工中采用泥砂分離機(jī)分離泥砂工藝，為了確保泥漿質(zhì)量，施工中需安排專人對泥砂分離機(jī)分離效果進(jìn)行記錄，記錄的參數(shù)主要有泥砂分離機(jī)使用時(shí)間、進(jìn)場泥砂分離機(jī)的泥漿參數(shù)、渣土分離量。

4.5 多臺機(jī)械同步施工

當(dāng)一個(gè)泥漿池配置多臺鉆機(jī)同步組合施工時(shí)，需根據(jù)鉆孔周期調(diào)整各臺鉆機(jī)鉆孔開始時(shí)間，錯(cuò)開泥漿循環(huán)高峰期。

必要時(shí)進(jìn)行泥砂分離機(jī)使用效率進(jìn)行分析和評估，調(diào)整泥砂分離設(shè)備型號和鉆機(jī)組合。

4.6 鉆碴清理和處理

泥砂分離機(jī)分離的渣土采用挖機(jī)就近打堆、整理。臨時(shí)渣土可分層堆放，臨時(shí)堆放的渣土高度不超過3m。臨時(shí)堆放的渣土應(yīng)及時(shí)運(yùn)至堆土場堆放。

5 泥砂分離機(jī)使用分析

5.1 鉆孔樁成孔功效分析

為驗(yàn)證使用泥砂分離機(jī)后鉆孔樁成孔功效，方選取通啟運(yùn)河大橋的七根鉆孔樁進(jìn)行試樁，其中14-2#、13-3#、13-1#共3根樁采用常規(guī)泥漿工藝，10-6#、10-5#、10-4#、10-3#共4根樁使用泥砂分離機(jī)工藝，對施工全過程進(jìn)行記錄，分析鉆孔樁施工中鉆進(jìn)、清孔、鋼筋籠安裝、混凝土澆筑等全過程功效。各鉆孔樁成孔功效記錄表如下：

從表3和圖6分析數(shù)據(jù)，采用了泥砂分離機(jī)后單根鉆孔樁完成總時(shí)間由32h減少至14.2h，采用了泥砂分離機(jī)后施工時(shí)間縮短明顯的是鉆進(jìn)、清孔工序。

5.2 沉渣厚度對比

對采用常規(guī)泥漿工藝和采用泥砂分離機(jī)工藝的鉆孔樁一清和二清沉渣厚度進(jìn)行記錄，鉆孔樁沉渣記錄表如下：

從表4和圖7數(shù)據(jù)可以看出，采用了泥砂分離機(jī)工藝后一清平均沉渣厚度變化不大，二清平均沉渣厚度由13.3cm減少至5.3cm，采用泥砂分離機(jī)后二清沉渣厚度明顯減小。

5.3 含砂率

現(xiàn)場對進(jìn)出泥砂分離機(jī)的泥漿含砂率進(jìn)行記錄，記錄如下：

經(jīng)過泥砂分離機(jī)分離后的泥漿含砂率均遠(yuǎn)小于規(guī)范要求，能保證成孔和清孔質(zhì)量。

5.4 鉆渣和泥漿

對采用常規(guī)泥漿工藝和采用泥砂分離機(jī)工藝的鉆孔樁泥漿和渣土外運(yùn)量記錄表，記錄表如下：

從表6數(shù)據(jù)可以看出，采用了泥砂分離機(jī)后泥漿數(shù)量總體減少30%，但增加渣土量30%。

6 結(jié)論及注意事項(xiàng)

6.1 結(jié)論

南通繞城高速公路在深厚砂性土層進(jìn)行橋梁鉆孔樁試樁，采用泥砂分離機(jī)工藝后，泥漿性能明顯改善、成樁效率明顯提高，樁基檢測后均為I類樁，成功解決深厚砂土層中塌孔和沉渣厚度超標(biāo)等質(zhì)量問題，為項(xiàng)目創(chuàng)建平安百年品質(zhì)工程創(chuàng)建示范項(xiàng)目添磚加瓦。

1）采用了泥砂分離機(jī)后單根樁成樁效率提升明顯，減少了鉆孔樁機(jī)周轉(zhuǎn)時(shí)間，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2）采用了泥砂分離機(jī)后鉆孔樁孔底沉渣厚度明顯減少，減少樁頂浮漿，提高了鉆孔樁承載力和工程品質(zhì)。

3）采用泥砂分離機(jī)能減少泥漿棄運(yùn)量，減少能耗，提高了公司安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)和綠色環(huán)保水平。

6.2 安全施工注意事項(xiàng)

臨時(shí)用電規(guī)劃、電箱設(shè)置必須滿足標(biāo)準(zhǔn)化要求。

施工現(xiàn)場的臨時(shí)用電，嚴(yán)格按照《施工現(xiàn)場臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定執(zhí)行。

泥砂分離機(jī)使用前，必須安排廠家或?qū)I(yè)人員進(jìn)行嚴(yán)格培訓(xùn)，使操作工人掌握泥砂分離機(jī)原理、操作規(guī)程，杜絕安全隱患，確保設(shè)備在安全狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。

設(shè)備正式啟用前，應(yīng)先不帶負(fù)荷啟動電器控制部分，檢測各級電器運(yùn)作是否正常，空載動作正常后方能帶負(fù)荷進(jìn)行調(diào)試，并觀測電壓表和電流表的工作數(shù)據(jù)正常后，設(shè)備才能正式啟動。

6.3 環(huán)保施工注意事項(xiàng)

鉆孔樁施工中采用泥砂分離機(jī)工藝，除保證泥漿不外溢以及泥漿處置措施符合環(huán)保要求外，還要對分離的渣土做好環(huán)保措施：

1）泥砂分離機(jī)開啟時(shí)，分離的渣土每隔2h采用挖機(jī)進(jìn)行一次清理。

2）分離的渣土可就近打堆、整理，分層堆放。

3）當(dāng)施工現(xiàn)場臨時(shí)堆放的渣土裸露時(shí)間超過8h時(shí)，應(yīng)及時(shí)覆蓋6針密目網(wǎng)。

4）分離的渣土應(yīng)及時(shí)運(yùn)至堆土場堆放，在鉆孔樁現(xiàn)場臨時(shí)堆放的渣土高度不超過3m;

6）運(yùn)輸車輛應(yīng)配備頂棚或遮蓋物，裝運(yùn)過程中應(yīng)對裝載物進(jìn)行適量灑水，采取濕法操作。

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