钻孔灌注桩泥浆循环泥砂分离施工技术研究

钻孔灌注桩泥浆循环泥砂分离施工技术研究

张士卫

中铁六局集团路桥建设有限公司 湖南 长沙 410007

摘要：随着我国城市规模的飞速发展，国家先后规划出京津冀城市群、长三角城市群、中原城市群等。城市与城市之间的交通直接决定城市群的发展，高速铁路和高速公路作为城市连接的纽带必然会受到国家的高度重视。钻孔灌注桩对复杂地质和环境有比较强的适应性，因此在桥梁施工中得到了广泛的应用。传统的泥浆循环无法满足施工要求。钻孔桩泥浆循环采用泥沙分离设备，可以循环利用，极大程度的提高了工作效率及废弃泥浆重复利用率，有效降低泥浆排放对周边自然环境的影响，节约施工资金，达到文明施工要求，为日后类似的施工提供了借鉴和依据。

关键词：钻孔、灌注桩、泥浆、循环、沉淀、钻渣

1. 技术应用背景及要求

福厦客专九龙江特大桥工程线路全长7.538km，桥梁工程共计199孔，钻孔桩灌注桩共计1985根，工期紧，任务重，施工环境复杂。传统的泥浆循环无法将泥浆中的钻渣及时沉淀，且又将泥浆抽到孔底，反复循环，大量的钻渣会滞留在孔的底部，严重的时候就会形成板结，致使钻孔缓慢，孔内泥浆性能变化较大，导致清孔时间长、清孔不彻底，容易塌孔，无法满足施工要求。钻孔桩泥浆循环采用泥沙分离设备，可以循环利用，减少废旧泥浆外运数量，且泥砂分离后的砂子可用于临建工程，有效控制了泥浆指标，对工程的安全质量管理、进度指标控制、降低成本都有较好的效果。

2. 特点及工作原理

2.1特点：采用泥砂分离系统减少钻孔桩施工对施工场地的要求，适和多种环境，且操控、使用简便，安装和维护容易。泥砂分离系统单机结构紧凑，运输吊装方便，泥砂分离机放置在集装箱形式的泥浆池上，实现了泥浆集中制备和净化工艺，有效节省机械占用的空间，可以循环使用，并且有效保障了操控人员的安全。

利用旋流器旋转运动，当料料进入旋流器，由于固定粗颗粒所受的离心力较大，能克服水阻力向器壁运动，在自身的重力下向下运动，而细而小的颗粒及浆体离心力较小集中在中心，在外层料浆收缩压迫之下向上运动，最终形成泥沙分离。

泥沙分离器通过设置双层过滤网，滤网筛孔尺寸为0.03mm-16mm，将泥沙进行二次分离，有效提高成孔效率，并对分离出的砂子用于便道等临建工程。

对物料的适应性广，能分离的固相粒度范围较广（0.005～2mm），在固相粒度大小不均匀时能照常进行分离。

2.2工作原理：

钻孔灌注桩泥浆循环泥砂分离施工工法是通过引入泥砂分离机设备对泥沙进行分离，并依据传统的泥浆循环工艺，延伸出一种新的泥浆循环系统，泥浆循环系统是由两台泥浆泵、泥砂分离机、沉淀池、泥浆池组成。首先在泥浆池或孔内造浆，采用1#泥浆泵将泥浆从泥浆池内抽入孔底，钻渣随泥浆上翻至孔口，再利用2#泥浆泵将含钻渣的泥浆抽入泥砂分离机，将泥砂分离；泥浆进入沉淀池经沉淀，打开沉淀池与泥浆池间阀门，将沉淀后的泥浆流入泥浆池进入下一循环。分离出的砂存于砂池内，用于场地的平整或其它临时工程。

3. 施工工艺流程及各工序操作要点

3.1施工工艺流程

泥浆制备和循环分离系统有泥浆搅拌机、泥浆箱、泥浆分离器及泥浆沉淀处理器等设备组成。泥浆采用优质膨润土造浆。施工时首先根据实测的泥浆指标，由泥浆搅拌机调配泥浆。调配好的泥浆进入泥浆箱，送入孔内，从孔内循环出来带钻渣的泥浆，经过泥砂分离器，使浆和渣有效分离。钻渣排到废渣池中，优质的泥浆重新流到钢护筒泥浆池内，往复循环。

3.2操作要点

（1）用卷扬机提升钻锤，上下往复冲击，将土石击碎，部分被挤入井壁之内，通过泥浆使钻渣悬浮，确保钻锤每次都能有效冲击到孔底新的土层。本工艺泥浆一方面起悬浮钻渣作用，另一方面起护壁作用。

（2）组成：由沉淀池、泥浆池、泥砂分离器、泥浆泵等

（3）循环流程:孔内泥浆→泥砂分离器→沉淀池→泥浆池→孔内。

（4）具体操作如下：先在护桶边缘设置一个泥浆泵，使其放至孔口，再将泥浆泵与泥砂分离器连接，将泥浆抽至泥砂分离器内，泥浆由泥砂分离器振动筛将钻渣过滤，（泥砂分离器安装于沉淀池上）然后将泥浆抽至沉淀池，泥浆流经沉淀池经过沉淀后到泥浆池，在泥浆池内设置泥浆泵，再将泥浆抽至孔内，以此进行泥浆循环。

① 在灌桩过程中直接利用2#泥浆泵将泥浆抽入泥砂分离机；

②由于泥浆分离机分离的泥浆为孔口直接抽出泥浆，其渣样可代表孔口渣样，取样比较方便且比较直观。

（5）施工时应在泥浆池旁边准备足够的沙袋，在施工过程中如果出现泥浆泄露，可以用沙袋封堵，防止外泄污染河流。泥浆箱在使用过程中，应定期及时清理多余的泥浆，并转运至指定地点处理，不得随意排放至河内。

（6）泥浆是使用膨润土、火碱和纤维素按照一定比例混合而成，泥浆指标的要求为入孔比重1.1～1.3,黏度一般地层为16～22s,松散地层为19～28s,新制泥浆含砂率应小于等于4%,胶体率大于等于95%，ph值应大于6.5。选料优先采用膨润土。钻孔过程中要随时抽检含砂率和泥浆比重，并做好记录。

（7）泥浆护壁系统开始工作：钻孔深度达到护筒埋深后，开始灌注泥浆。泥浆起护壁的作用,泥浆通过沉淀池，重复利用。施工过程中，保持孔内水位高于地下水位2.0米以上，安排专人检查孔内泥浆水头，随时补充泥浆，以保证液面始终在护筒面以上，确保泥浆满孔，避免坍孔。

（8）灌注结束后测试泥浆池内泥浆指标，若满足造浆指标要求可以用于下一孔，若不满足要求按照废浆处理。

四、主要材料及设备

整套系统是由泥浆沉淀池、振动筛、配浆池、工程泥浆池、泥浆泵及阀门、泥浆管等组成，泥浆池是工程泥浆及废浆容器，泥浆泵和阀门、泥浆管共同组成整个管路系统。

主要材料及设备表

五、质量控制

5.1 成立专门的组织机构，对工程施工进行全方位管理，并对其负全部责任。

5.2 施工中严格按工艺流程操作规定施工，严把每一道工序质量关。对于上一道工序质量不符合要求的，不得转入下一道工序施工。同时建立健全岗位职责,实行全员质量管理，从放样到灌注砼成桩，每个岗位的人员，都要对本岗位工作进行自检，然后班组互检。专职质检员按工艺流程对每道工序进行检查,合格后方可进入下道工序。专职质检员具有质量否决权，层层负责并与经济挂勾，把好质量关。

5.3 材料进场必须要有出厂合格证，对材料的出厂日期、批号等关键数据核查，并按规定批量做有关物理性能试验。

5.4 施工过程中根据相关标准测定泥浆指标，并及时调整以保证泥浆护壁质量。

六、安全措施

6.1安全管理及安全防护措施

（1）建立由项目经理、专职安全员、施工员等组成的安全小组，负责贯彻执行安全生产责任制，落实各项安全技术措施。

（2）开工前要对施工生产人员进行系统的安全教育，制定以安全检查和教育为主要内容的工地安全管理制度。开工前进行安全技术交底，同时开展开工前和班前安全检查工作。

（3）做好生产人员个人劳动防护工作，按规定使用防护用品，禁止酒后进入施工现场。

（4）建立安全生产检查制度，施工班组要坚持开工前、交接班安全检查。巡查发现的各种隐患严格按照“三定”措施进行整改。

（5）电工、焊工等特殊工程必须持证上岗。

（6）场地泥浆池、堆料地点要合理布局。开挖后的桩孔孔口要加盖,灌注空孔部分应及时回填,预防人员坠入。

6.2 施工机械技术及防护措施

（1）敷设轨道的枕木要完好，断面200*200m,枕木间距不大于3m。

（2）轨道铺设要平，两侧用道钉固定，每隔3-4m用内撑连接夹板紧固、牢靠。

（3）桩机移位时应统一指挥，先检查滚轨与轨道有否啮合，并派专人负责看护收入随机电缆线。

（4）采用吊车吊装机械时，应遵守起重安全操作规程。

（5）钻机上应安装综合接地设施，采用长度不小于150mm 的Φ16 钢筋或角钢（镀锌扁钢）焊接与钻机上，接地电阻不大于1Ω。

（6）施工前要检查，确认整套系统性能良好，然后再开始施工。 

（7）钻机停止作业后，钻头必须提出孔内，并放于孔位地面固定牢固，防止卡钻或钻头吊落伤人。

（8）操作期间，操控员必须坚守岗位。施工时，如遇特殊情况和不安全因素，必须立即停止施工，排查并处理后，再继续施工。

（9）钻机移位，必须先切断电源再移动钻机。移动时要设专人指挥和看管电缆线防止钻机压坏电缆。 

（10）钻孔全过程孔口必须加盖板，防止物品落入孔内。成孔后，必须将孔口设置硬防护并加盖保护并尽快浇筑混凝土，防止发生意外，孔口周边不得堆放重物。

七、结束语

钻孔桩泥浆循环采用泥沙分离设备，可以循环利用，减少废旧泥浆外运数量，且泥砂分离后的砂子可用于临建工程，有效控制了泥浆指标，对工程的安全质量管理、施工进度卡控、节约成本方面成效显著。该工法的应用实施，减少了施工对自然环境的破坏，对节能减排效果明显，符合我国国民经济发展需要。因此该工法技术的应用和推广具有广阔的前景。

主要参考文献：

1.《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011。

2.《铁路桥梁钻孔桩施工技术规程》Q/CR9212-2015。

3.《高速铁路桥涵施工质量验收标准》TB 10752-2010。

4.钟仕林、张云、丁静.《钻孔灌注桩泥浆循环处理方法》【J】.山西建筑，2010（04）。