浅谈旋流分离技术浅谈旋流分离技术在桥梁桩基清孔作业中的应用

1、文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持浅谈旋流分离技术在桥梁桩基清孔作业中 的应用【摘要】 旋流分离技术可用于含砂地层桩基施工的清孔作业，能明显提高清孔速度及清孔质 量，武广客运专线华家湾特大桥部分桩基试用旋流滤砂器辅助清孔作业，效果显著。【关键词】 旋流分离 切向旋转 离心场 密度差 清孔1 引言旋流分离作为一种高效的分离技术，早已广泛应用于医药、化工、环境保护、水处理等 领域。它是根据离心沉降和密度差分原理设计而成，使水流在一定的压力下从滤砂器进口以 切向进入旋流滤砂器，在其内高速旋转，产生离心场，由于砂水（固液）密度差异及离心力 的作用，密度大的固体颗粒被离心力甩向

2、四周 ; 由于设备下部为锥体结构，固体颗粒的切向 转动速度随锥体半径的不断缩小而越来越快；最后沉积到设备底部排污口排出，而密度低的 液体上升，由出水口排出；该设备可有效的去除沙砾、垢、泥、石灰质等微小固体物，从水 系统中分离出来并排除掉。现场施工采用自制滤砂器外观如下图所示：上图中，H=0.45m, A=0.3m, D=25cm据此原理，在华家湾特大桥部分含砂地层桩基作业中，试用旋流滤砂器辅助清孔作业， 迅速并且大大的降低了桩孔内泥浆的含砂率，保证了泥浆质量、清孔质量，并为水下混凝土 的顺利灌注创造了良好条件，效果显著。2 工程概况华家湾特大桥 25#、 26#、 27#、28#墩地处河漫滩，

3、设计桩长分别为23m、25m、23m、23m承台尺寸5.4m x 10.2m，相邻墩台中心距 32.6m,每个墩位各有 8根桩，设计桩径均为1.0m。要求灌前孔内泥浆比重 1.031.1，含砂率不大于2%黏度1622s。桩长范围内的 地质包含粉质黏土、 强、弱风化泥质粉砂岩及弱风化砾岩。其中强、弱风化泥质粉砂岩累计 层厚均超过14m,岩石承载力 300500Kpa。现场施工时处于大干期间，工期紧迫， 因此每个墩位布置 2 台 CZ-6 手动冲击钻机钻机 同时作业，墩台间隔设12mx 4mx 2m的沉淀池及泥浆池各一个，3PNL泥浆泵配合正循环清孔。由于 2 台钻机同时作业，即使有沉淀池过滤，

4、泥浆池内仍产生大量泥砂及细微钻渣，造 成池内泥浆含砂率过大 ，循环清孔时带有相当数量砂粒、钻渣的泥浆进入空内，给桩基清 孔作业带来极大难度，清孔时间长、效率低、质量难以保证。在此情况下，为降低入孔泥浆 含砂率， 在保证工程质量的前提下加快工程进度， 依据旋流分离原理， 试验性采用旋流滤砂器配合正循环进行二次清孔作业。3旋流滤砂器配合正循环清孔工艺现场施工清孔部分工艺如下流程图所示:浆泵接出的橡胶管管口配重后放入孔内，冲孔时管口距离钻机冲程以外；冲孔间歇时钻头提出孔外，配重的泥浆管放至距孔底0.3m0.5m处清孔。3.2 钻孔深度等合格桩孔孔深、孔径、垂直度经检查如合格，开始进行第一次清孔；如其

5、中一项不合格，重 新进行冲孔或提钻扫孔。3.3 正循环换浆清孔将钻头提出孔外，配重的泥浆管下沉至距孔底0.3m0.5m处，开启泥浆泵，泥浆从泥浆池经过泥浆管被泵入孔底，将孔底沉渣冲起悬浮在孔内泥浆中，注入的泥浆反压力促使孔内含有大量沉渣的泥浆自下向上运动直至排出孔外，经过沉淀池过滤，流入泥浆池，完成一个循环。由于一清完成后孔内泥浆比重、稠度太小对孔壁稳定不利，因此现场在第一次清孔时并 未使用滤砂器。一清泥浆指标比重不大于1.2，砂率不大于2.5%比较容易达到。3.4 满足一清指标第一次清孔泥浆指标经检查合格后，迅速下放、焊接钢筋笼，下入导管；如泥浆指标不合格，需继续清孔。钻孔孔位3.5 下放钢

6、筋笼、导管吊车下放钢筋笼入孔内，并迅速下入长度配好的28cm导管并将位置调至孔中央，现场控制导管距离孔底 0.350.5m。3.6 旋流配合正循环清孔清孔时平面现场布置如右图所示：将旋流滤砂器接在泥浆泵和桩孔之间。接入时，入浆口与滤砂器侧面接口相连，出浆口与顶面接口相连，接口用螺栓紧密固定，滤砂器用钢筋支架固定正放。旋流滤砂器配配合正循环清孔平面布置图泥浆泵将泥浆抽入橡胶软管，泥浆沿切线方向进入滤砂器，在其内高速旋转，产生离心场，由于砂、浆液密度差异及离心力的作用，密度大的砂粒被离心力甩向四周；由于设备下部为锥体结构，固体颗粒的切向转动速度随锥体半径的不断缩小而越来越快；最后沉积到设备底部出渣

7、口排出，而密度低的浆液上升，由出浆口排出经橡胶管到导管内，泥浆在泵压下沿导管内自上而下至孔底，其反压力促使孔内含有大量沉渣的泥浆自下向上运动直至排出孔外。排出的泥浆经过流浆槽进入沉淀池，过滤后进入泥浆池进行重复利用。经测试，现场进行二次清孔时，泥浆在孔内上返速度在0.6m/min左右，而这几个墩台下每根桩自桩底至护筒顶的高度均约为 28m二次清孔一个循环平均只需要不到 1个小时， 泥浆比重、稠度和含砂率即可满足要求。25#墩下8根桩清孔情况如下表所示：25#墩各桩清孔时间一览表桩号25-125-225-325-425-525-625-725-8孔深(m26.9526.3026.7526.352

8、6.5226.726.1526.8清孔时间(mi n)50475245554340523.7 清孔合格清孔经检查如合格，进行灌前准备，如不合格，继续清孔。3.8 灌注混凝土清孔合格后，拔除泥浆管，灌注桩体混凝土。混凝土灌注技术比较成熟、不再赘述。3文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持4 需要注意的几点问题4.1 泥浆泵软管在安装旋流滤砂器处布置时，软管进口盘旋走向应与泥浆在旋流滤砂 器内的旋转方向一致，以提高滤砂效果。4.2 由于旋流滤砂器的作用原理，其在工作时除了把砂粒从排污口滤出外，不可避免 的会将

9、部分较浓的部分泥浆同时滤出， 长时间使用会使泥浆比重降低， 因此清孔质量经检查 合格后应尽快进行混凝土灌注作业。4.3 导管下入桩孔后，管底距离孔底的间隙须控制在0.350.5m,过大不易将孔底沉渣冲起悬浮，二清开始的几分钟，要稍微晃动导管，使得孔底沉渣能全部冲起悬浮，不留死 角。5 几点体会 从现场使用效果看,正循环配合旋流滤砂器进行桩基灌注前清孔作业技术,有以下几 个优点：5.1 滤砂器底部出渣口由于尺寸固定无法调节,造成相当部分优良泥浆从底部排出,造成浪费, 后来给底部出渣口处安装了一个球形阀, 通过调节球形阀旋钮, 可手动控制出渣 口尺寸,大大减少了优良泥浆的浪费。5.2 清孔时间和泥

10、浆泵参数也有关系,采用大排量泥浆泵,孔内泥浆上返速度加快, 清孔时间会随着缩短。避免后续桩基混凝土灌注时因采用旋流分离技术配合正循环1/2 ,而且清孔效果良好。5.3 能够迅速提高清孔速度, 确保泥浆三项指标合格, 泥浆比重及含砂率过大产生的浮笼及混凝土灌注困难等问题。进行清孔作业,其清孔时间不及普通冲击正循环清孔时间的5.4 在没有配备砂石泵及空压机、 不具备反循环清孔条件的情况下, 同样可以达到正 循环与泵吸或气举反循环交替采用进行桩基灌前清孔的效果。5.5 在多台钻机同时作业的情况下, 一个桩位进行灌注前清孔作业必然与其他桩位的 成孔作业同时进行, 如此一来, 清孔所用泥浆虽有沉淀池的过滤, 其含砂率仍然会很高,而 旋流滤砂器却能将池内大部分砂粒在经过泥浆泵