滤砂器的工作原理、制作及在钻孔灌注桩清孔中的应用.doc

滤砂器（筒）的工作原理、制作方法及在钻孔灌注桩清孔中的应用
徐大岭

【摘要】本文主要介绍了滤砂器（筒）的工作原理、制作方法和在钻孔灌注桩的最后一道工序—清孔中的应用。使用滤砂器（筒）清孔，可以大大缩短清孔施工时间，使泥浆指标完全达标。
【关键词】滤砂器（筒）、工作原理、制作方法、清孔、应用
1. 引言
桩基施工中，清孔是桩孔成孔后的非常重要也是非常关键的一道工序，清孔质量直接影响到下道工序水下混凝土灌注的质量，最终影响到成桩的质量。一般采用人工清除浆渣，人工捞砂的办法。此法耗时较长，清孔后的效果很不理想，往往含砂率需要很长时间才能达标。这是因为地层中含砂层、土壤中的粗颗粒、岩粉等均以砂的形式体现出来。当然，场地条件较好的可以设置沉淀池，此法效果较好，但受到场地限制。实际施工中，经常是工期要求较短，施工钻机集中，场地狭小。因此，如何才能快速完成清孔，使泥浆指标迅速完全达标，大量缩短施工时间？十几年来，我们不断探索这一问题的解决方法，其中采用滤砂器（筒）（图1图2）清孔是该工序非常行之有效的方法之一。
2. 滤砂器（筒）的工作原理
如图1图2，经过泥浆泵加压的泥浆从进浆口进入滤砂器（筒）内后，形成高速旋转涡流，在离心力作用下，泥浆中的砂粒与泥浆分离，同时在重力和离心力双重作用下向下析出，通过滤砂器（筒）底部的出砂口排出，达到浆砂分离的目的（如图3）。分离析出砂后的泥浆，经过滤砂器（筒）顶部的出浆口排出循环进入孔内。如此周而复始，从而达到快速清孔的目的。
3. 滤砂器（筒）的制作
3.1. 需要的材料
(1) 主钢管：直径不小于415mm，长度800mm，壁厚40mm以上。
(2) 短管（进浆管）：外直径根据所用高压泥浆软管内径选择，二者应相匹配；长度不小于300mm，壁厚应在30mm以上。
(3) 弯管（出浆管）：直径同上，弯曲直径500mm以上，直线段150mm，壁厚30mm以上。
(4) 连接短管（连接出渣口与球阀）：直径50mm，长度100mm，壁厚50mm以上，一端需要有螺丝用于同球阀连接。
(5) 球阀（控制排渣）：直径50mm。用于控制出渣速度。
(6) 钢筋（支撑腿）：直径16mm，长度1000mm。共3根。用作支撑站立。
3.2. 制作方法
将上述材料按照滤砂器（筒）示意图（图2）组装和焊接即可。
需要强调的是进浆管倾角应保持2-3度左右倾斜（如图4），其轴线要同主钢管横切面切线平行，且一侧外缘紧贴主钢管内壁（如图3），以保证进入主钢管内部的泥浆可以高速旋转。这是影响滤砂器（筒）滤砂效果的关键因素。
主钢管有500mm长就可以了，其余300mm应间隔抽取掉5-8块，剩余部分加工成漏斗状。如果有合适的漏斗材料则更好，直接焊接成型即可。
漏斗底口与连接短管是最易磨损的部位，选取的材料壁宜适当厚一些，也可以损毁后再行修补。球阀由于开合次数较多，加上流质泥砂的磨损，也是易损件。
4. 滤砂器（筒）的使用与注意事项
(1) 不论正循环还是反循环，滤砂器（筒）连接时应在泥浆泵之后，并且二者之间的连接软管尽量短，以保证泥浆的高流速。
(2) 滤砂器（筒）使用时应保持直立。
(3) 使用前应人工捞除较大的岩渣。较大的岩渣会加速加剧滤砂器（筒）的磨损，且容易堵塞出渣口。如发现滤砂器（筒）内有较大的岩渣时，可以停泵将滤砂器（筒）内的泥浆全部排出后再行使用。
(4) 出渣量和出渣速度通过球阀人工控制，同时要结合泥浆损失量适当补水。通过排渣补水，泥浆比重也会同时降低，因此排渣速度开始时不宜过快，防止泥浆比重过快降低，孔内较大的渣砂不能被及时托带出来，造成沉淀物过多。
(5) 清孔时要经常变换孔内底部管口的位置，保证孔底各部位都能清到。
5. 滤砂器（筒）的效果比对
以设计直径1200mm，孔深25m的桩孔为例，充盈系数按1.1，其容积为25×1.1×π(1.2/2)2 =31.1m3。如果使用3PN泥浆泵清孔，设计最大上水量108 m3/h，使用一段时间后其效率假定为原来的70%，则实际上水量为75.6m3/h。理论上孔内泥浆循环一遍需要时间为：3.1/75.6×60=25（min）。
下表（表1）是某工程中两孔清孔时使用和未使用滤砂器（筒）的结果比对（两孔情况一致：设计直径1200mm，孔深25m，3PN泥浆泵，测试前泥浆比重1.25，含砂率8%）：
表1
累计清孔时间（h）
使用滤砂器（筒）
未使用
泥浆比重
含砂率（%）
泥浆比重
含砂率（%）
0
1.26
8
1.25
8
1
1.19
3
1.22
5
2
1.14
1.8
1.2
4
3
1.1
1
1.17
3
4
1.09
0.5
1.15
2
5
1.08
0.3
1.13
1.7
6
1.07
<0.2
1.12
1.5
12

1.1
1.0
24以上

1.08
0.5

图5 使用与未使用清孔器（筒）清孔泥浆指标与清孔时间曲线
通过表1及图5可以明显的看出，使用滤砂器（筒）清孔时间可以成倍缩短，20多米的孔一般2个小时左右完全可以达标（注：该工程受地质条件限制，泥浆比重1.15左右即为达标，实际施工中可根据具体要求控制排渣速度和补水速度，进而控制泥浆比重）。实际使用中效果非常令人满意。
6. 滤砂器（筒）的缺陷
尽管滤砂器（筒）实际使用当中效果非常好，也有其不足之处。比如经过滤砂器（筒）后的泥浆会损失较大的水头（压力）。不过这种失压现象可以通过选用不小于3PN的泥浆泵，加大进浆压力来解决。相比而言，此缺陷不足为道。
7. 结语
利用滤砂器（筒）来清孔，可以事半功倍，大大缩短清孔时间，保证清孔质量。一个滤砂器（筒），成本大约300元左右，可以使用多个工地，经济实用。同时可以节约大量人力物力，仅节约的电力一项就很可观。尤其是工期紧、场地受到严重限制的工地，此器更有无可比拟的优越性。目前，此器在山东部分桩基队伍中已得到广泛应用，清孔效果好得让你意想不到。一句话，用了都说好。

参考文献：
无。

作者：
1徐大岭：山东临沂鲁蒙桩基有限公司 山东临沂 276003 从事钻孔灌注桩一线工作16年
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2008-1-20