浅谈旋流分离技术

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1、浅谈旋流分离技术在桥梁桩基清孔作业中的应用鲁胜利（中铁十一局三公司湖北十堰）【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，产牛离心场，rti于砂水（固液）密度差杲及离心力的作用，密度大的固体颗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

2、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；该设备町有效的去除沙砾、垢、泥、石灰质等微小固体物，从水系统中分离出來并排除掉。现场施工采用自制滤砂器外观如下图所示：岀水口排污口上图中，H=0.45m,A二0.3m,①D二25cm。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，迅速并口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工程概况华家湾特人桥25#、26#、27#、28#墩地处河漫滩，设计桩长分别为23m、25m、23in、23m,承台尺

3、寸5.4mX10.2m,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。要求灌询孔内泥浆比重1.03〜1.1,含砂率不人于2%,黏度16〜22s。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300~500Kpa。现场施工时处于人干期间，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12mX4mX加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，泥浆池内仍产生人址泥砂及细微钻渣，造成池内泥浆含砂率过大，循环清孔时带有相当数量砂粒

4、、钻渣的泥浆进入空内，给桩基清孔作业带来极人难度，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卜•流程图所示：3.1注浆冲击，正循环排渣直径1.2m,高度l・5m,壁厚10mm钢护筒下放就位经检查合格后,钻机就位冲孔，泥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0.3ni〜0.5m处淸孔。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

5、第一次淸孔；如其中一项不合格，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0.3m〜0・5n）处，开丿』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屮，注入的泥浆反压力促使孔内含有大量沉渣的泥浆口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。山于一淸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—诙淸孔时并未使用滤砂器。一淸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淸孔泥浆指标经检杳合格后，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。3.5下

6、放钢筋笼、导管吊车下放钢筋笼入孔内，并迅速下入长度配好的028cm导管并将位置调至孔中央，现场控制导管距离孔底0.35-0.5mo3.6旋流配合正循环清孔淸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止放。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，产旋流滤砂器配配合正循环清孔平面布置图生离心场，ill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；山于设备卜•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來越快；最后沉积到设

7、备底部出渣口排出，而密度低的浆液上升，山出浆口排出经橡胶管到导管内，泥浆在泵压下沿导管内口上而下至孔底，其反压力促使孔内含有大量沉渣的泥浆口下向上运动氏至排出孔外。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，现场进行二次淸孔时，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口桩底至护筒顶的高度均约为28m,二次淸孔一个循环平均只需要不到1个小时，泥浆比重、