自制滤砂器.docx

岩溶地区穿高含砂率土层混凝土灌注桩
自制滤砂器的应用
高杰，吴春雷，何林锋，陈勇
（中国建筑第六工程局有限公司桥梁公司，天津 300457）
摘 要：龙岩大道高架桥工程包含高架桥和地面道路工程两大部分。 其中桥梁工程由北引桥、主桥中引桥和南引桥组成，总长2329m。主桥为独塔斜拉桥，全长340m。引桥为多跨连续梁，全长1989m。龙岩大道高架桥工程基础均采用冲孔灌注桩施工，龙岩地区土层含砂率非常高，造成施工过程中泥浆含砂率居高不下，如何快速、有效、绿色环保地降低泥浆含砂率成为了钻孔灌注桩施工的一大瓶颈。
本文将介绍一种自制滤砂器在北引桥桩基施工中的应用，取代了传统的泥浆净化器，在保证快速、高效的同时，大大降低了能耗，为实现绿色、环保施工提供了保障。
关键词：自制滤砂器；钻孔灌注桩；绿色施工；泥浆含砂率
一 绪论
1.1. 概述
岩溶地区桩基一般为嵌岩桩，多采用冲击钻成孔，成孔时间较长，对周边土层侵蚀影响较大，成孔后清孔时间的长短对桩孔的安全性有较大影响。如遇到穿高含砂率土层的孔位，孔内泥浆含砂率较大，如何快速降低孔内泥浆的含砂率成为该类桩基成败的关键。
解决这一问题的传统做法是在沉淀池和泥浆池之间设置一个泥浆净化器，通过泥浆净化器来调节泥浆的比重、含砂率、稠度等参数。采用泥浆净化器需要较大的动力，施工常用的ZX-250型泥浆净化器额定功率为48kVA，占用较大能耗，同时占用一定场地。
龙岩大道高架桥工程位于龙岩市中心城区，施工场地非常狭小，为更好地利用施工场地和节省较大能耗（节省一个泥浆净化器可节省能耗48kVA），我公司结合多年市政桥梁施工经验研发出一种简易自制滤砂器，通过自制滤砂器来过滤泥浆中的粉砂，快速降低泥浆中的含砂率，减少了泥浆的排放，有效保证孔位安全和施工质量。
1.2. 工程概况
福建省龙岩市龙岩大道高架桥工程引桥桩基采用冲孔灌注桩，桩基设计为嵌岩端承桩，桩基直径为1.5m，桩长最大为90.98m，土层含砂率高，下方还有大型溶洞，地质情况对施工极为不利。
桩位所处地址土层为粉质粘土、卵石土和红粘土，含砂量非常高，其中红粘土砂含量高达74.8%，其中粒径范围小于0.075mm的粉质粘土又占到了56.55%。经现场实测，未经处理的泥浆含砂率高达15%，比规范规定的2%的含砂率高7.5倍，给钻孔施工和混凝土灌注带来严重的影响，若不能快速有效地降低含砂率，势必会对施工安全、工期以及质量带来巨大的难题。
龙岩地区红粘土土层颗粒组成见表1.2。
表1.2 红粘土土层颗粒组成表
土层名称
土层编号
统计
颗粒组成（mm）
卵石
＞20
砾石
20～2
粗砂
2～0.5
中砂
0.5～0.25
细砂
0.25～0.075
粉砂
＜0.075
%
%
%
%
%
%
原生红粘土
②3
统计个数
2
2
2
2
2
2
最大值
12.3
32
10.1
8.7
7.2
67.9
最小值
0
6.1
4.5
2.8
3.2
45.2
平均值
6.15
19.05
7.3
5.75
5.2
56.55
据龙岩本地施工经验，清孔过程中泥浆比重、稠度等参数可通过普通正循环即可满足规范要求，含砂率则需专门进行处理。本工程采用自制滤砂器代替传统泥浆净化器完美的解决了泥浆含砂率的问题，同时节省了施工场地和现场能耗。
二 清孔效果的比较
本文主要进行采用传统泥浆净化器和自制滤砂器两种清孔方法进行比较，两种清孔方式具体使用情形如下：
（1）泥浆净化器ZX-250
传统泥浆净化器设置在沉淀池和泥浆池之间，利用动力离心和高频震动原理， 把泥浆中的砂料快速分离出来，降低泥浆中的含砂率，效果好，但能耗高。
传统泥浆净化器工作思路见图2.1。

图2.1 泥浆净化器工作思路
（2）自制滤砂器
自制滤砂器完全不用单独提供动力，仅靠泥浆池中的泥浆泵泵送泥浆进入滤砂器后，在锥形滤砂器中产生离心旋转作用，使得砂粒首先沉淀出来，并从下方的排砂口排出，进入集砂池，净化后的泥浆从出浆口经排浆管输送至孔位进行正循环清孔。
经现场多次使用证明，滤砂器能有效的将泥浆含砂率降到2%以下，效果非常好，而且极大的降低了能耗。
自制滤砂器工作思路见图2.2。

图2.2 自制滤砂器工作思路
两种清孔方式效果比选见表2。
表2 清孔方法比选表
方案
人力
机械设备
用电量
占地面积
清孔时间
清孔效果
正循环清孔（使用泥浆净化器）
共需3人（电工、工人2人）
泥浆泵（3NPL型，功率）一台、泥浆净化器（ZX-250型，功率48kVA）一台
22kVA+48kVA=70kVA
泥浆净化器（含集砂池）占地2m2
46-6#桩基清孔12小时
泥浆比重：1.05；稠度18Pa·S；含砂率0.5%。
正循环清孔（自制滤砂器）
共需2人（工人2人）
泥浆泵（3NPL型，功率22kVA）一台、自制泥浆净化器一台
22kVA
自制泥浆净化器（含集砂池）占地面积1m2
46-2#桩基清孔12小时
泥浆比重：1.07；稠度19Pa·S；含砂率0.6%。
小结：
（1）采用传统泥浆净化器清孔效果较好，能满足规范要求，但占地面积较大，设备功率为70kVA，设备产生较大噪声。清孔12小时总耗电840KWH，较为费电。
（2）采用自制滤砂器清孔效果略输于泥浆净化器，但完全能够满足施工规范的要求；占地面积较小，不用专门规划场地放置，设备无噪声；设备总功率为22kVA，清孔12小时总耗电264KWH，极大的节约了能源，有效地降低了成本。
三 使用的可行性
使用自制滤砂器操作简便，不需要单独提供动力，巧妙地利用锥形筒体使泥浆进行离心转动，有效地将砂粒从泥浆中分离出来，滤砂效果较好，清孔后泥浆性能完全能满足现行规范的要求，同时大大节约了施工成本，完全具备龙岩地区施工现场操作的可能性。
四 总体方案
4.1. 设计
泥浆滤砂器由四部分组成，从上到下分别为法兰盘、滤砂器、支撑架和排砂口。构造图如下：

滤砂器构造图

1-1断面图 2-2断面图

法兰盘连接构造图
4.2. 加工
法兰盘采用4*M20螺栓连接，中间设置橡胶垫；滤砂器身用钢板卷制焊接而成，进、出浆口用φ100mm铁管焊接而成；支撑架由4根25钢筋组成，钢筋与净化器采用双面焊接，焊接长度为75mm，下方插入夯实的地面30cm；排砂口由φ40mm铁管采用螺纹连接而成。
4.3. 安装
使用前应检查焊缝长度、外观，敲掉焊渣后做防腐处理，检查法兰连接是否可靠，检查泥浆管和泥浆净化器连接牢靠。
安装时要将支撑架插入地面30cm，并将地表土层夯实，确保滤砂器工作时的稳定。
4.4. 使用
滤砂器无需外接动力，只需开动泥浆泵，利用泥浆在滤砂器内离心旋转即可完成滤砂作用。
为了防止下方砂粒堵塞滤砂器，应定期清理，可打开法兰连接以及下方螺纹连接直接用水进行清洗。
五 使用结果
5.1. 使用结果
自制滤砂器在龙岩大道高架桥工程北引桥桩基施工过程中广泛应用，工作时无噪声、无排污、低能耗，除砂效果非常明显，能有效把泥浆含砂率降到1%以下，真正做到了绿色、环保、效率。
本工程清孔采用自制滤砂器取得了比较理想的效果，清孔效果完全满足规范的要求，得到了业主、监理的认可，设备自身不需要动力，不但节省了有限的施工场地，同时节约了能源，有效降低了施工成本。
5.2. 几点思考
（1）自制滤砂器适合用于孔位穿透高含砂率土层的桩位。
（2）自制滤砂器不需要单独提供动力，巧妙地利用锥形筒体使泥浆进行离心转动，有效地将砂粒从泥浆中分离出来，滤砂效果较好，清孔后泥浆性能完全能满足现行规范的要求。
（3）自制滤砂器移动方便，人工移动即可，适用于现场桩基移动作战的特点。
（4）自制滤砂器在龙岩地区得到了有效地应用，根据其设备自身特点，在其他地区穿含砂率土层的桩基也可以有效应用。
（5）自制滤砂器主要对控制泥浆的含砂率有非常好的效果，对泥浆稠度、比重也可以起到一定的优化作用。
六 结束语
自制滤砂器针对穿高含砂率土层混凝土灌注桩具有较好的清孔效果，尤其能有效降低泥浆含砂率，设备简单，移动方便，节省场地，不需动力，有效节约了施工成本，符合企业节能、绿色、降本增效的要求，适合在穿高含砂率土层混凝土灌注桩施工时推广使用。
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