离心式筛砂器在桥梁桩基施工中的应用

杨震

【摘 要】本文以桥梁桩基施工离心式筛砂器使用前和使用后作对比，阐述了离心式筛砂器在桥梁桩基施工中的重要作用。由于使用了离心式筛砂器，大大减少了在桩基施工中产生的泥浆，不但降低了泥浆外运的成本，而且降低了外运泥浆对环境的污染，对环境的保护做出了一定的贡献。由于离心式筛砂器在施工中的应用，从而缩短了泥浆循环的时间，加快了工期，节约了成本。

【关键词】桩基施工；泥浆比重；离心式筛砂器

1 .工程概况

新建山西中南部铁路通道汤河特大桥位于鹤壁市与安阳市交界处。本桥全长16556.24m，采用双钻孔灌注桩基础。桥址区主要为第四系中更新统冲积残积层，下伏上第三系泥灰岩、砂岩、砾岩且岩层分布较厚。

2 .钻机的选择及清孔的技术标准

在桥梁桩基施工中，根据不同的地质情况可以选用钻冲击钻、旋转钻、套管钻等不同的钻孔设备来成孔。

冲击钻使适用于砂岩、砾岩、泥灰岩等坚硬岩层及各种复杂地质的桩基施工。旋转钻机按泥浆的循环方式分正循环钻机和反循环钻机，正循环钻机适用与黏土、粉土、砂性土等各类土层；反循环钻机适用于黏土、粉土、砂性土和风化岩层。套管钻机适用于砂类土或黏性土层钻孔。针对本工程岩层分布较厚的地质情况宜选用冲击钻成孔。

当钻孔深度达到设计要求时，对孔深孔径孔位和孔形进行检查，确认满足设计要求后，方可进行清孔和浇注混凝土的准备工作。清孔的方法一般有抽渣法、吸泥法以及换浆法。而且清孔必须满足以下标准：1.孔内排出或抽出的泥浆手摸无2-3mm的颗粒；2.泥浆比重不大于1.1；3.含砂率小于2%；4.黏度17-20s；5.浇注水下混凝土前允许沉渣厚度应符合设计要求，设计无要求时，柱桩不大于10cm，摩擦桩不大于30 cm。否则进行二次清孔。

3 .清孔的方法及优化

清孔最常用的方法是换浆法，换浆法分为正循环和反循环两种。清孔的方法虽然简单，要达到以上几条标准要求，具体操作起来是存在一定困难的。

常规的正循环清孔达到标准要求一般需要7-10个小时。这样的清孔时间要消耗大量的电力能源，循环过程要向泥浆池不断的注入清水以及产生大量的泥浆，外运的泥浆在一定程度上对弃渣场周围的环境有所污染。因此清孔在整个桩基施工过程占了很大的时间比例和成本比例。那么我们需要在最短的时间内满足清空标准要求，而本工程岩层分布比较厚，只需快速降低泥浆中的含砂量。常规的正循环是通过沉淀池的沉淀作用来降低含砂量及泥浆比重的。

针对正循环的特点，用含砂率较低的泥浆循环清孔才能有效的缩短循环清孔的时间。所以只有降低注入孔内泥浆的含砂率，才能从根本上解决这一问题。在桩基施工泥浆循环系统的中间增加一个离心式筛砂器与污水泵的水管连接。这样使得由污水泵从泥浆池抽入孔内的泥浆必须经过离心式筛砂器的过滤后再注入孔内循环。离心式筛砂器在循环系统的中间环节对由泥浆池经污水泵注入孔内的泥浆含砂率进行过滤降低。

离心式筛砂器的工作原理：离心式筛砂器式根据流体中的固体颗粒在筛砂器中旋转流动时的筛分原理制成的。当泥浆再一定壓力下从筛砂器的进浆口切向进入筛砂器的壳体内，产生强烈的旋转运动，由于泥浆与砂粒的密度不同，在离心力、向心力、液体曳力以及重力的共同作用下，使密度较低的泥浆从上口出浆口排出，密度较大的砂粒则在下口漏砂口排出。所以经过离心式筛砂器注入孔内的泥浆要比直接由污水泵注入孔内的泥浆含砂率要小的多。这样就从泥浆循环的源头有效的控制了泥浆中的含砂率，也就是说用含砂率更小的泥浆循环清孔要比用含砂率大的泥浆循环清孔效率要高的多。

由于在施工现场的场地局限性，我们一般只能设一个二级沉淀池，就是一个池子用来沉淀泥浆（沉淀池），经过沉淀的泥浆流入另一个池子（泥浆池），泥浆池用来提供泥浆比重和含砂率较小的泥浆循环清孔。这样的二级沉淀池不能很好的降低泥浆比重和含砂率，所以在施工现场一般都采取向泥浆池内不断的注入清水，与此同时将沉淀池内泥浆及时外运，这样才能提高循环清孔的效率。当我们使用了离心式筛砂器后，就大大减少了向泥浆池注入清水的用量，注入清水的量减少需外运的泥浆量随之减少。经现场统计表明使用离心式筛砂器清孔达到标准要求的时间是3个小时左右，需要外运的泥浆量是灌注混凝土体积的3倍左右。而未使用离心式筛砂器之前清孔达到标准要求的时间是8个小时左右，需要外运的泥浆量是灌注混凝土体积的5倍左右。

4. 结论

通过桥梁桩基施工使用离心式筛砂器前后统计数据表明，使用离心式筛砂器清孔的时间大大缩短了，这样节省了用电能、缩短了施工工期。就以本工程做一简单的对比分析：由于使用离心式筛砂器缩短清孔时间，节约的电能为：

471×（8-3）×7.5=17662.5 （kW）

其中：471为本桥桩基的根数；8为未使用离心式筛砂器需要清孔的时间（h）；3为使用离心式筛砂器之后清孔需要的时间（h）；7.5为污水泵的功率（kW/h）。

由于使用离心式筛砂器减少的泥浆经外运量为：

（18174×3.14×12+814×3.142×1.252）-（5-3）=122120立方米

其中：18174为桩径1米的桩基延米；814为桩径1.25米的桩基延米；5为使用离心式筛砂器前外运泥浆量与桩基理论体积比；3为使用离心式筛砂器后外运泥浆量与桩基理论体积比。

从而本工程由于离心式筛砂器的使用可降低成本：

17662.5×0.7+122120×11=1355683.75元

式中：17662.5为节省的用电量（kW）；0.7为电费的单价（元/ kW）；122120为减少的泥浆外运量（?）；11为泥浆外运的单价（元/ ?）。

通过实践证明，离心式筛砂器的使用不仅能很好得加快施工速度，有效缩短工期，还能很好的降低成本。同时由于外运的泥浆钻渣减少了，离心式筛砂器对环境保护也发挥了一定的作用，具有较好的可行性， 值得进一步推广。

参考文献：

[1] 铁路桥涵工程施工质量验收标准TBl0415—2003

[2] 铁路桥涵工程施工技术指南经规标准[2005]110endprint