CN102619479A - 水下大型钻孔灌注桩环保施工技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下施工技术，特别是一种水下大型钻孔灌注桩环保施工技术，其特征是：该施工技术利用泥浆分离器对施工泥浆进行筛选，分离外排泥浆颗粒直径大于0.074毫米的劣质泥浆，保留泥浆颗粒直径小于0.074毫米的优质泥浆，将优质泥浆循环用于钻孔护壁，将外排泥浆通过导流槽运至泥浆船，利用海运以及陆运将外排泥浆运至陆上污泥处理***做进一步的干化处理，在陆上污泥处理***中，将运送来的外排泥浆先通过干化场进行干化，待自然干化一段时间后，转运至晒沙场进行晒沙，待含水量降至50％时运至弃土场以备后用。该工艺简便直观，节约环保，质量易保证，解决了传统工艺高消耗、高污染、低效率等缺点。

Description

水下大型钻孔灌注桩环保施工技术

技术领域

本发明涉及一种水下施工技术，特别是一种水下大型钻孔灌注桩环保施工技术。 

背景技术

在钻孔灌注桩施工过程中通常需要投加大量高性能泥浆来维护钻孔孔壁，增强孔壁的力学性能，改善施工机械与成孔孔壁间的接触环境，提高钻孔成功率，从而避免施工过程中的孔壁坍塌和钻孔缩径等事故的发生。钻孔中所投加的泥浆具有强碱、高粘的物化特性，环境危害性大，有关研究表明钻孔灌注桩外排泥浆的PH值即可达到10以上，碱性较强，而强碱对生物的生命活动具有致命伤害，环境危害性强，影响周边的生态环境。如何控制施工期间泥浆的排放问题是该类工艺的重中之重，特别是敏感水体上大型钻孔灌注桩施工，施工期间的泥浆排放量大，泥浆的化学成分复杂，环境危害将更大，如不加以处理直接排放，将造成现场周边水环境的严重污染。 

发明内容

本发明的目的是提供一种水下大型钻孔灌注桩环保施工技术，它有效的解决了施工期间泥浆的排放问题，具有泥浆消耗小、环境污染小、效率高等特点。 

本发明的技术方案是水下大型钻孔灌注桩环保施工技术，其特征是：该施工技术利用泥浆分离器对施工泥浆进行筛选，分离外排泥浆颗粒直径大于0.074mm的劣质泥浆，保留泥浆颗粒直径小于0.074mm的优质泥浆，将优质泥浆循环用于钻孔护壁，将外排泥浆通过导流槽运至泥浆船，利用海运以及陆运将外排泥浆运至陆上污泥处理***做进一步的干化处理，在陆上污泥处理***中，将运送来的外排泥浆先通过干化场进行干化，待自然干化一段时间后，转 运至晒沙场进行晒沙，待含水量降至50％时运至弃土场以备后用。 

所述的陆上污泥处理***使用了二次过滤***，二次过滤***的过滤体是由两块格栅与无纺布夹合而成的。 

所述的导流槽的宽是泥浆分离器排泥槽宽加上两倍的导流槽护壁钢板厚度和2厘米的保护厚度；导流槽采用导流槽支撑进行支撑，支撑数量不得小于4个；导流槽的制作钢板不得小于3毫米。 

所述的导流槽护壁的高是泥浆分离器排泥槽高加上10厘米的保护厚度；导流槽护壁水平角度不得小于45度，且不能大于60度。 

所述的导流槽支撑的由承托层和支撑立柱构成，承托层的制作钢板不得小于3毫米，承托层与导流槽之间支撑立柱与钻台之间均由螺栓固定，螺栓直径须大于20毫米，另外支撑立柱是由槽钢构造，其槽钢厚度不得低于3毫米，支撑的斜向抗拉强度不得低于4.25kN，纵向抗压强度不得低于5kN。 

所述的干化场处理时间不得小于4天，晒沙场处理时间不得小于2天。 

所述的干化场的单元宽度不得小于3米。 

本发明的特点是：1.水下大型钻孔灌注桩环保施工技术是通过设计泥浆运输、处理和利用***，运用泥浆过滤分离器对施工泥浆进行筛选，分离外排劣质泥浆(大于0.074mm)，保留优质泥浆(小于0.074mm)，将优质泥浆循环用于钻孔护壁，外排泥浆通过交通设备运到指定地点进行处理并加以利用。二次过滤***为了降低泥浆处理渗滤液的含泥量，便于后期的渗滤液的浓缩回用工作。 

2.操作简便直观，节约环保，质量易保证，解决了传统工艺高消耗、高污染、低效率等缺点。 

附图说明

下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明： 

图1是水下大型钻孔灌注桩环保施工技术工艺流程图； 

图2是陆上污泥处理***布置图； 

图3是水上导流槽主视图； 

图4是二次过滤***设计图； 

图中，1、钻机；2、水上施工平台；3、钢护桶；4、泥浆分离器；5、导流槽；6、优质泥浆回流管；7、泥浆船；8、集水井；9、处理井；10、陆上污泥处理***；11、干化场；12、泥浆分离器排泥槽；13、导流槽支撑；14、过滤体；15、工字钢。 

具体实施方式

实施例1 

如图1所示，钻机1通过水上施工平台2通到水下进行施工，***由钢护桶3进行保护，挖出的泥浆通过泥浆分离器4进行分离，分离外排泥浆颗粒直径大于0.074mm的劣质泥浆，保留泥浆颗粒直径小于0.074mm的优质泥浆，将优质泥浆循环用于钻孔护壁，优质泥浆通过优质泥浆回流管6流回施工处，废弃泥浆通过导流槽5运至泥浆船7，通过海运和陆运将废弃泥浆运至路上污泥处理***10进行处理，处理后的泥浆运至弃土场以备后用。晾晒时产生的尾水由集水井8收集，并通过处理井9进行处理，收集浓缩后循环用于钻孔桩泥浆的制备。 

图2是陆上污泥处理***10布置图，经过运输到达陆上污泥处理***10的污泥通过干化场11和晒沙场进行脱水处理，当含水量降至50％时运至弃土场以备后用。 

图3是水上导流槽的主视图，经过泥浆分离器4处理过的泥浆经由泥浆分离器排泥槽12和导流槽5运至泥浆船7上，导流槽5下方由导流槽支撑13进 行支撑。 

图4是二次过滤***设计图，为了降低泥浆处理渗滤液的含泥量，便于后期的渗滤液的浓缩回用工作，特别设计了二次过滤***，二次过滤***的过滤体14主要由格栅和滤布(无纺布)构成，固定在工字钢15上。 

实施例2 

描述施工时的详细工艺流程： 

钻孔桩内污泥经过分离器分离后由导流槽运至泥浆船，而后由泥浆船运至岸边，在岸边处由岸基上塔吊配合抓斗抓至陆上汽车，经汽车运至干化场进行无害化处理，在处理过程中将对污泥所形成的渗滤液进行收集浓缩后循环用于钻孔桩泥浆的制备。 

污泥处理***主要由干化场、晒砂场、尾水收集浓缩池等部分组成。运至处理场的污泥通常经过污泥干化场自然干化4～5天后，清运至晒砂场进行进一步脱水处理，当含水率降至50％左右时运至弃土场以备后用。 

作业条件：1.现场需足够面积的陆上处理***建设条件；2.陆上处理***需根据水上钻孔灌注桩施工规模进行专业设计；3.陆上处理***设计时需要考虑降雨对泥浆处理的影响。 

导流槽的设计要点： 

导流槽的宽(B)＝泥浆分离器排泥槽宽(b)+2×导流槽护壁钢板厚度(e)+2cm(保护厚度)； 

导流槽护壁的高(D)＝泥浆分离器排泥槽高(d)+10cm(保护厚度)； 

导流槽护壁水平角度(α)≥45°，≤60°； 

导流槽采用导流槽支撑进行支撑，支撑数量不得≤3个，支撑的安装间距为图中OA长度的1/3。 

导流槽的制作钢板不得＜3mm。 

导流槽支撑的由承托层(上部分)和支撑立柱(下部分)构成，承托层的制作钢板不得＜3mm，承托层与导流槽之间支撑立柱与钻台之间均由螺栓固定，螺栓直径须≥20mm，另外支撑立柱是由槽钢构造(槽钢厚度不得低于3mm)，支撑的斜向抗拉强度不得低于4.25kN，纵向抗压强度不得低于5kN。 

导流槽的施工要点：1.导流槽须进行专项设计，施工时须严格按照设计要求进行施工；2.导流槽支撑须固定牢固，以防止导流槽的折断与滑落。 

由于钻孔灌注桩施工外排泥浆具有不可压缩性，蒸发和过滤时比阻较小，较易通过干化场进行干化处理，在日常运行过程中，通常在晴天的条件下，堆土高度(污泥层厚度)为1000mm含水率为90％左右的污泥，经过4～5天的干化处理后，污泥的含水率将降到50％左右，随后污泥将清运至晒砂场进行进一步脱水处理后运至弃土场备用。通常要求干化场污泥处理时间(t_干)不得＜4天，晒砂场处理时间(t_晒)不得＜2天。 

干化场的面积(M_干)由钻孔灌注桩施工时产生的外排污泥量(W_泥)、当地最大日降雨量(Q_雨)、当地清水蒸发量(Q_蒸)等参数决定。日常运行发现图6.2-3干化场处理能介于2～3m³/(m².d)，在设计过程中取下限2m³/(m².d)值，故干化场面积如下： 

h_d＝h_d’+h_c

式中：G_max：孔桩污泥最大日外排量，由设计或施工方案中获取，m³/d； 

T_干：为处理周期，通常为4～5d； 

h_d：干化场边高，m； 

h_d’：干化场设计边高，主要根据结构稳定性能进行设置，通常为0.5～1.5m，三排砂袋堆垒时取1.2～1.5m，双排砂袋堆垒时取1～1.2m，单排砂袋堆垒而成时0.5～1m； 

d：时间，以天为单位； 

h_c：保护高度，通常取0.2m，m； 

Δ_a：泥浆处理前后含水率的差值，Δ_a＝W₀-W_e，％； 

W₀为干化前泥浆的含水率，通常值为80～90％； 

W_e为泥浆干化的目标含水率，通常取值为50％。 

当M_干＞M_干’时，干化场面积即以M_干值为准，当M_干＜M_干’则取M_干’值为干化场面积。 

钻孔灌注桩污泥干化场须由一定数量的干化单元构成，每个处理单元只处理当日一天内的污泥，达到处理时间后的污泥将清运至晒砂场进行污泥的晾晒处理。单元内污泥全部清运后方可处理下一批污泥。处理单位的数量(n)＝整个干化场的处理周期(T_干)。 

处理单元面积 

处理单元长度 

干化场总宽度   B_T＝n×(B_d+2b_s)+(n+3)×b_g

干化场总长度   L_T＝L_d+(n+4)×b_g+2b_s

式中：b_g-边沟宽度，m； 

b_s-砂袋宽度，m； 

B_d为处理单元宽度，通常介于3～4m之间，B_d可以根据现场地形进行取值，但是为了便于机械车辆的进入，处理单元宽度不得＜3m； 

处理单元内的横向与纵向坡度取值范围为1～2％。 

晒砂场面积(M_晒)＝T_晒×m 

式中：T_晒为晒砂场的工作周期，通常取2d。 

为了降低泥浆处理渗滤液的含泥量，便于后期的渗滤液的浓缩回用工作，特别设计了二次过滤***，二次过滤***主要由格栅和滤布(无纺布)构成，为了便于施工与后期维护管理，建议将格栅与滤布(无纺布)的装配在一起，格栅在前，滤布在后，相关设计计算如下： 

栅槽宽度    B＝S(n-1)+en 

$n=\frac{Q_{\max }}{\mathrm{ehv}}$

式中：B-栅槽宽度，m； 

S-格条宽度，一般取0.01m，m； 

e-栅条净间隙，e通常取0.003～0.01m； 

n-格栅间隙数； 

h-栅前水深，h_g+0.1，m； 

v-过栅流速，m/s，最大设计流量时为0.8～1.0m/s，平均设计流量时为0.3m/s； 

Q_max-最大设计流量，m³/s， 

k_q为流量变化系数，通常介于1.35～2，视相邻处理单元污泥处理时间间隔而定，间隔较短＜0.5d，取上限，高于2d，取下限； 

过栅的水投损失： 

h₁＝kh₀

$h_0=\mathrm{\ξ}\frac{v^2}{2g}$

h₁-过栅水头损失，m； 

h₀-计算水头损失，m； 

k-系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大倍数，由于格栅后同时增加了无纺布，水头损失较大，因此一般k＝5； 

ξ-阻力系数，与栅条断面性状有关， 

本***中断面为矩形，β＝2.42。 

为了避免栅前涌水，故将栅后槽底下降h₁作为补偿。 

栅槽总高： 

H＝h+h₁+h₂

式中：H-栅槽总高度，m；h-栅前水深，m；h₂-栅前渠道超高，m，一般用0.3m。 

栅槽总长度： 

L＝l₁+l₂+l₃+1.0+0.5

$l_1=\frac{B-B_1}{2\mathrm{tg\α}}$

$l_3=\frac{l_1}{2}$

H₁＝h+h₂

式中：L-栅槽总长度，m；H₁-栅前槽高，m；l₁-进水渠道渐宽部分长度，m；B₁-进水渠道宽度，m；α-进水渠道展开角，一般用20°；l₂-格栅的厚度，m；l₃-栅槽与出水渠连接渠的渐缩长度，m。 

格栅+无纺布过滤体，是由两块格栅与无纺布夹合而成的。 

输水***的设计需要同时考虑，下雨天的雨水外排和泥浆脱水过程中所产的渗滤液的收集工作。在雨天的情况下处理***内雨水通过收集边沟收集后，多余雨水通过溢流堰外排出***外，由于渗滤液比重大，雨水的比重小，在大雨的情况下，雨水挡板降低比重轻的雨水进入渗滤液收集***的数量，使大部分雨水经过溢流堰将外排出***，比重大的渗滤液自然流入收集***，从而保证收集***内的渗滤液不受雨水的稀释。 

排水渠道设计需要同时考虑渠道的建设成本、渠道的建造材料、干化场的外排水量等因素，为了节约处理费用，干化场渠道通常采用土质明渠进行建造，明渠的设计需要考虑到渠壁的冲刷与淤积影响。渠道的宽深比可以根据现场地形情况进行设计。 

干化场渠道四周的过水流量均不相同，尾端渠道流量(Q_e)最小，前端渠道流量(Q_f)最大，旁侧渠道流量(Q_b)相对较小。 

Q_f＝Q_max

$Q_e=\frac{B_d}{B_d+2L_d}{Q}_{\max }$

$Q_b=\frac{L_d}{2B_d+L_d}{Q}_{\max }$

渠道的流速(v_q)值与渠道深(h_g)、渠道上宽度(b_g)、渠道材质有关，当渠道水深在0.4～1m范围以内时，最大流速采用表1所示，设计流速应＜最大设计流速。 

表1明渠最大设计流速 

当水流深度h在0.4～1m范围以外时，表列流速应乘以下列系数： 

h＜0.4m，系数0.85； 

h＞1m，系数1.25； 

h≥2m，系数1.40。 

渠道面积(A_g)＝b_g×h_g+h_g ²×ctgα₁

通常ctgα₁取1.5，h_g通常＜1m。 

梯形渠道过水断面面积：A_g＝b_g×h_g+h_g ²×ctgα₁

梯形渠道过水湿周： $x=b_g+2h_g\×\sqrt{1+(\mathrm{ctg\α}}{)}^2$

矩形渠道过水断面面积：A_g＝b_g×h_g

矩形渠道过水湿周：x＝2h_g+b_g

通常ctgα₁取1.5，h_g通常＜1m。 

$Q=\mathrm{AC}\sqrt{\mathrm{RI}}$

$C=\frac{1}{n}{R}^{1/6}$

$R=\frac{A_g}{X}$

n：为粗糙系数，粘土渠一般为0.017。 

运用最后3个公式对计算所得的渠道进行水力核算，符合要求后即可进行实施。 

砂袋通常选用食品行业使用的蛇皮袋(b_d)，袋内装满普通建筑细砂即可，可以取用沉井施工过程的沉泥代替。 

陆上处理***施工注意事项：1.根据陆上处理***的专项设计进行陆上处 理***施工，施工时注意利用周围地形，另外要注重泥浆浓缩处理场的尾水管布置工作；2.为方便污泥的外运，须注重处理场周边施工便道的修筑；3.为了防止污泥水渗入地下污染地下水，陆上处理***中的人工滤层干化场施工时，须注意干化场的防渗工作，干化场地板须用200～400mm厚的粘土夯实或用100～150mm的素混凝土，也可以用150～300mm厚的三七灰土夯实做成。 

陆上处理***操作要领：1.干化场每个处理单元只处理当日一天内的污泥，达到处理时间后处理单元内的污泥将清运至晒砂场进行污泥的进步处理；2.晒砂场的污泥含水率降至到制定要求后须及时运走，防止污泥的堆积，阻碍污泥的处理；3.运行过程中，安全员须每日对导流槽的固定支撑装置进行检查，并要求施工人员对破损部分进行维修，以防止安全事故的发生。 

运输线路布置时，须考虑到交通的便利和运输过程中的安全和环保工作，防止运输过程中的泥浆泄露而产生的二次污染，在运输时须进行设备运行安全的专项验证。 

在以上步骤均布置完好的情况下，进行水上钻孔桩的施工。按照原先的设计进行水上钻孔桩的施工。 

分离出来的污泥经过浓缩和无害化处理后力学性能得到提高，特别是后期的圆砾类污泥具有较强的力学特性，质地坚硬，是一种高强的道路填筑材料，适合用于施工便道与后期道路的填筑。在钻孔桩施工的同时，利用钻孔桩施工所产生的污泥进行道路施工，不仅降低了道路填方的取土量，减少取土坑的数量，而且降低了钻孔桩施工所产生泥浆对周边环境的污染，对水土流失的控制及环境生态的破坏均有较强的控制作用。 

污泥处理过程中所产生的尾水内含有较多强碱类物质，对环境危害较大，但是尾水内的物质能够改善钻孔灌注桩污泥性能，具有提升污泥对孔壁护壁能 力和提升钻孔精度等作用，通过尾水处理***对尾水进行浓缩处理后回用于钻孔桩施工现场，不但能降低环境污染，而且可以节约污泥调节剂的消耗，因此该***具有重要的生态和经济价值。 

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。 

Claims (7)

1.水下大型钻孔灌注桩环保施工技术，其特征是：该施工技术利用泥浆分离器(4)对施工泥浆进行筛选，分离外排泥浆颗粒直径大于0.074毫米的劣质泥浆，保留泥浆颗粒直径小于0.074毫米的优质泥浆，将优质泥浆循环用于钻孔护壁，将外排泥浆通过导流槽(5)运至泥浆船(7)，利用海运以及陆运将外排泥浆运至陆上污泥处理***(10)做进一步的干化处理，在陆上污泥处理***(10)中，将运送来的外排泥浆先通过干化场(11)进行干化，待自然干化一段时间后，转运至晒沙场进行晒沙，待含水量降至50％时运至弃土场以备后用。

2.根据权利要求1所述的水下大型钻孔灌注桩环保施工技术，其特征是：所述的陆上污泥处理***(10)使用了二次过滤***，二次过滤***的过滤体(14)是由两块格栅与无纺布夹合而成的。

3.根据权利要求1所述的水下大型钻孔灌注桩环保施工技术，其特征是：所述的导流槽(5)的宽是泥浆分离器排泥槽(12)宽加上两倍的导流槽护壁钢板厚度和2厘米的保护厚度；导流槽(5)采用导流槽支撑(13)进行支撑，支撑数量不得小于4个；导流槽(5)的制作钢板不得小于3毫米。

4.根据权利要求3所述的水下大型钻孔灌注桩环保施工技术，其特征是：所述的导流槽护壁的高是泥浆分离器排泥槽(12)高加上10厘米的保护厚度；导流槽护壁水平角度不得小于45度，且不能大于60度。

5.根据权利要求3所述的水下大型钻孔灌注桩环保施工技术，其特征是：所述的导流槽支撑(13)的由承托层和支撑立柱构成，承托层的制作钢板不得小于3毫米，承托层与导流槽(5)之间支撑立柱与钻台之间均由螺栓固定，螺栓直径须大于20毫米，另外支撑立柱是由槽钢构造，其槽钢厚度不得低于3毫米，支撑的斜向抗拉强度不得低于4.25kN，纵向抗压强度不得低于5kN。

6.根据权利要求1所述的水下大型钻孔灌注桩环保施工技术，其特征是： 所述的干化场(11)处理时间不得小于4天，晒沙场处理时间不得小于2天。

7.根据权利要求1所述的水下大型钻孔灌注桩环保施工技术，其特征是：所述的干化场(11)的单元宽度不得小于3米。 

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