长作业线水上桩基施工泥浆循环方法研究

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摘要：随着我国桥梁设计及施工工艺的快速发展，水上大桥、特大桥也越来越多。对于长作业线水上桩基施工，国内经常利用筑岛围堰和搭设钢平台来辅助施工。当需泥浆护壁、循环的水上桩基施工时，如遇到水中作业点距岸边较远、水上交通不便等情况时，在环保的要求下，泥浆池设置与钻渣倒运是一项困扰水上桩基施工速度与经济性的难题。文章结合大冶湖大桥水上桩基施工实例，对水上桩基冲击钻施工使用双护筒泥浆循环方法进行研究，进而实现经济、快速的泥浆池设置及钻渣倒运，并为同类工程施工提供参考依据。本文围绕研究的提出、原理的分析、现场的施工、效益证明进行论述。

Abstract： With the rapid development of China's bridge design and construction technology， the major bridge and the super majro bridge above water are increasing. For water pile foundation construction above water in a long line， the island cofferdam and steel platform are always used to assist construction at home. When taking pile foundation construction above water needing slurry wall protection and mud circulation， if the underwater operating point is far away from the shoreside and the water traffic is inconvenience， under the requirements of the environmental protection， mud pool setting and slag transportation is a problem of the speed and economy of the pile foundation. According to Daye Lake Bridge pile foundation construction above water， the method of double tube for mud circulation used in the pile foundation drilling construction above water was studied， so as to realize the economic and quick setting of mud pool and slag transporting， which has provided reference for similar engineering construction.

关键词：水上桩基；双护筒；泥浆循环；钻渣倒运；方法研究

Key words： pile foundation above water；double tube；mud circulation；slag transport；method research

中图分类号：U445.55+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0159-03

0 引言

随着桥梁施工工艺的成熟，跨河、跨湖等水上大桥及特大桥也越来越多，长作业线水上桩基施工也越来越多。水上桩基施工一般需要进行泥浆循环，现今泥浆循环方法为设置沉淀池和循环池进行正循环或反循环施工，而水上泥浆池又分为有动力形式和无动力形式。有动力形式多为泥浆池设置在泥浆船上，当水域受水位影难以满足泥浆船通航要求时，泥浆船方法不再适用；且泥浆船体积大，对于分散的桩基施工，其转向难度大，使用成本偏高，泥浆外运效率低。无动力形式多为泥浆池设置在栈桥上、水中浮箱中或以相邻未施工桩基护筒作循环池，当泥浆池设置在栈桥上会占用较大的栈桥空间，增大了栈桥尺寸，增加了栈桥成本，且泥浆池倒运易造成栈桥拥堵，影响其他工程部位施工，清渣效率低；当泥浆池采用钢浮箱形式，需要较多的钢浮箱，周转不便、成本高；当采用附近未施工桩基护筒作循环池时，沉淀的钻渣影响此桩基泥浆循环效率，总体施工效率低。因此传统泥浆循环方法难以满足长作业线水上桩基施工低成本、高效率的要求。在现今环保意识日渐强烈的情况下，当水中作业点距岸边较远、水上交通不便时泥浆循环池的设置及钻渣倒运成为制约桩基施工经济性、高效性的重要因素。

1 双护筒泥浆循环方法的提出

水上作业施工时其施工平台是影响其经济性与高效性的重要因素，当水上桩基施工需要大的施工平台时则其经济性与高效性均较差。现今一般的泥浆循环方法除了以其它桩基护筒做循环池外均需增加平台，因此这些方法造成桩基施工效率低、成本高。本文提出使用双护筒泥浆循环的方法以少占用平台、不影响其他桩基施工的方式进行施工，此方法以小护筒做沉淀池，而小护筒置于未施工桩护筒内，即不影响其他桩基施工也不另外占用施工平台。

2 双护筒泥浆循环方式研究原理

如图1，图2所示为双护筒泥浆循环施工原理示意图。双护筒泥浆循环原理为：首先在未施工桩基护筒内安装小护筒，小护筒与未施工桩基护筒之间安装过滤网，施工桩基护筒与未施工桩基护筒之间以泥浆槽或泥浆管相连。施工中桩基钻孔及清空过程中产生的钻渣混入泥浆经由泥浆槽流入未施工桩基小护筒内，如图1正循环所示；或经泥浆管流入小护筒内，如图2反循环所示。小护筒中泥浆中携带的钻渣在小护筒内沉淀，小护筒内泥浆装满后通过滤网再次过滤后流入未施工桩基大护筒内。未施工桩基大护筒内泥浆通过泥浆泵抽回到施工桩基所在护筒内，形成泥浆循环，在泥浆从未施工桩基抽回到施工桩基护筒过程中在管道中增加旋流除砂器，排出泥浆中细砂降低泥浆砂率，此过程即为泥浆循环过程。当小护筒、废渣箱基本装满钻渣时，通过装载机或挖机结合运输车倒运废渣至指定弃渣场。

3 双护筒泥浆循环方法现场运用

3.1 施工操作及要点

3.1.1 施工准备

①施工前设计并加工好大护筒、小护筒、废杂箱、泥浆槽/管等装置，并准备好旋流除砂器，通过验收后准备投入使用。②按照施工规范要求，大护筒直径一般大于桩基直径20～40cm，护筒运输过程中需在护筒内部增加支撑，防止护筒在运输过程中变形而对桩基施工造成影响。③做好测量放样工作，并由测量员书面与现场技术人员交接，现场保护好护桩，并组织报检。

3.1.2 安装带滤网小护筒

①根据地质情况选择合适大小孔洞的过滤网，过滤网用扎丝安装在小护筒与大护筒之间，原则上过浆不过渣且浆不糊网，过滤网在使用中工人应注意对过滤网上的钻渣进行清除，防止堵住过滤网。②小护筒吊耳应完好，小护筒安装时将吊耳挂在大护筒上，小护筒稳固调整好后安装滤网。吊装小护筒时应慢吊轻放，避免小护筒碰撞大护筒而对大护筒造成偏位或损坏。

3.1.3 连接各部件

连接各施工部件并试运行。安装泥浆槽或泥浆管时应注意泥浆槽或泥浆管与两个大护筒的连接质量，避免在泥浆循环过程中泥浆漏至循环系统外而对环境造成污染。

3.1.4 泥浆管与泥浆槽的选择

①泥浆槽的使用有限制，仅在施工桩护筒处高程高于小护筒口高程时适用于泥浆槽且施工桩泥浆充足的情况下，保证泥浆能顺利流入小护筒内。但是使用泥浆槽可以比较直观地观察泥浆质量。其他情况下使用泥浆管和泥浆泵。②使用泥浆槽时应有泥浆管和泥浆泵作为备用，防止遇到溶洞等特殊情况造成漏浆，此时则必须使用泥浆管加泥浆泵进行泥浆循环。

3.2 实践及运用

根据黄阳项目大冶湖特大桥这一在建项目桩基施工实例，分析双护筒泥浆循环方法的工效与经济性。黄阳项目位于湖北省黄石市大冶市，其主要控制性工程为横跨大冶湖的大冶湖特大桥，全长3967m，水上作业长度约3.6km，水中桩基504根，根据其地质情况，采用冲击钻进行水中桩基施工。根据水文资料每年12月份到次年3月份为大冶湖枯水期，枯水期水深1～2m，不满足船只通航要求。此工程有以下几个特点：枯水期水深较浅不满足船只通航要求、水中作业战线较长、水中作业点距离岸边较远、水中作业面不集中、水上交通不便。为满足质量、安全、环保的要求，泥浆池的设置和泥浆循环是影响水上桩基施工高效性与经济性的重要因素。

4 效益分析

4.1 工效分析

将双护筒泥浆循环方法用于大冶湖特大桥冲击钻桩基施工时，对其桩基（桩径2m，桩长24m）冲孔及清孔时间进行调查，调查情况如下。

对大冶湖特大桥桩基应用相邻施工痘护筒作为泥浆循环池施工工艺进行桩基泥浆循环施工时冲孔及清孔时间调查统计，得出现场桩径2m，桩长24m的水上桩基平均冲孔时间约为10天，清孔约为49.5小时。

双护筒泥浆循环施工工艺与一般泥浆循环施工工艺对比分析，一根桩径2m、桩长24m的桩基冲孔时间由原来10天缩短为7天，清孔时间由原来49.5小时缩短为24小时，所以相同情况下一根桩基施工节约时间约为4天。

4.2 经济效益分析

将双护筒泥浆循环方法运用在桩基施工中，与传统泥浆循环法桩基施工相比，考虑人工费用、机械费，以及加快工期项目节省的开支。经过调查及资料查找传统工艺一根桩径2m，桩长24m桩基冲孔时间10天，新型工艺冲孔时间为7天，清孔时间49.5小时，新型工艺清孔时间为2小时；人工费200元/日。

5 总结

大冶湖特大桥水上桩基运用双护筒泥浆循环施工方法，利用小护筒周转倒运钻渣加快了泥浆过滤清渣速度，降低了泥浆比重、黏度、砂率指标，提升了桩基施工速度，降低了施工成本。

通过证明双护筒泥浆循环施工方法在经济性及工效方面均有较大改善，在不增加钢平台或筑岛面积的情况下，充分利用施工所必须的钢护筒等机具解决了水上桩基施工泥浆循环、过滤倒运钻渣的问题，完成了研究目标。双护筒泥浆循环施工方法可适用于国内外大多数水上桩基施工，具有广泛的推广意义，能为行业内同行提供参考。

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