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钻孔灌注桩泥浆脱水分离机，钻孔灌注桩泥浆脱水离心机
关键词:灌注桩;钻孔泥浆;脱水;卧螺离心机1 概述
在建筑基础施工灌注桩钻孔过程中通常采用泥浆护壁技术,但废泥浆的处理一直是困扰工程施工的难题。废泥浆中含有大量的粘土矿物和岩屑,稠度大,既不能直接排放,又难以自然沉降。若不及时处理,不但影响施工,而且会造成环境污染或水质污染等公害。现行的处理方式是用槽罐车把现场泥浆水运到郊外垃圾场,让其自然干化。这种处理方式原始落后,产生了许多问题:一是费用高、效率低,施工紧张时,槽罐车昼夜运输尚不能满足施工进度要求;二是施工现场环境恶劣,泥浆水四溢令人难以插足,工程队常因泥浆水漏入下水道造成管道堵塞而遭受巨额罚款;另外,槽罐车在运输途中也常因泥浆水漏洒在城区干道上而污染了市容环境。
本试验用卧式螺旋卸料沉降型离心机(以下简称卧螺离心机) 对钻孔泥浆进行实验室与现场脱水, 经离心脱水分离后提高沉渣干度,缩小体积,可作为回填土装车外运,因而将大大节省泥浆的运输和排放费用;而且经离心分离后的液体含固率降低,可以回流到泥浆槽内,随时调节泥浆浓度,有利于提高钻进速度和成孔质量。申先生13665887027，浙江杰能环保科技设备有限公司。
2 卧螺离心机工作原理
卧螺离心机是一种高效节能的固液分离机械, 其结构如图1 所示。
这种离心机的工作原理为:钻孔泥浆从进料管加入,经螺旋输送器内的物料加离心机步加速后,通过螺旋输送器筒体上的加料孔进入离心机转鼓。受转鼓高速旋转的离心力的作用,泥浆中颗粒、密度较大的沉渣(岩屑) 迅速地沉积到转鼓内壁,由与转鼓同方向旋转但有一定转速差的螺旋输送器推向转鼓小端,从排渣孔甩出。泥浆中密度较小的清液(水) , 在离心力的作用下,处于转鼓液池的内层,沿着清液通道,从位于转鼓大端的溢流孔溢出。
卧螺离心机的主要操作参数有分离因数f r 、转鼓与螺旋输送器之间的差转速Δn 。其中分离因数f r 是表示离心力场大小的一个特征参数,其定义式为f r = rω2/ g (其中r 为转鼓内半径,ω为转鼓旋转的角速度, g 为重力加速度) ,其物理意义为离心加速度与重力加速度之比。f r 越大,表明离心加速度越大。试验中,采用调速电机改变转鼓转速即可改变离心机的分离因数。差转速Δn 通过改变转臂带轮的直径进行调节。
卧螺离心机与其它形式的固液分离机械相比, 具有结构紧凑、在相同的处理能力下机器的体积小、质量轻,便于搬动;处理量大、分离性能好、适用范围广、固相回收率高,脱水成本低;无滤网滤布,能自动连续操作,使用、安装和维护方便等优点,已广泛用于地质矿产、石油、化工、冶金、制药和环境保护等多个工业部门。
3 钻孔泥浆离心脱水的实验室试验
为考察卧螺离心机用于灌注桩钻孔泥浆脱水的效果,采用我单位化机实验室的LW - 200 型离心机脱水试验装置对钻孔泥浆进行了4 次不同操作参数下的脱水试验。
3. 1 试验用泥浆
试验用泥浆取自杭州市朝晖地区的一个高层住宅基础建设工地的泥浆池。试验泥浆特性为:含水率80 % ,固相真密度2106 kg/ L ,含固率70 %左右, 湿泥饼密度1179 kg/ L 。
3. 2 试验系统
试验系统主要由高位槽、电磁流量计和LW - 200 型卧螺离心机组成。试验时,将待脱水的钻孔泥浆送入高位槽,打开流量调节阀,经电磁流量计计量后,进入离心机中进行离心沉降脱水试验。
3. 3 试验用离心机的主要技术参数
型号LW - 200 ,转鼓直径200 mm ,转鼓长度650 mm ,工作转速6000 r/ min 以下(无级可调) ,分离因数4000 (max) ,差转速0～71 r/ min 之间可调, 电机功率4 kW ,外形尺寸1520 mm ×460 mm ×370 mm。
3. 4 试验结果
试验中,在保持处理量为1 m3/ h 不变的情况下,通过改变离心机的分离因数,考察离心机对钻孔泥浆的脱水效果。
试验所用钻孔泥浆及经离心机分离后的沉渣和清液均采用烘干称重法分析,称重用TG- 729 型单盘电光分析天平,测量精度为1/ 10000 g。试验结果见表1 。
从试验结果可以看出,在处理量、差转速等操作参数保持不变的情况下,随着分离因数的增大,分离后清液含固率明显降低。但分离因数对沉渣含固率的提高作用不大。
4 灌砼泥浆的现场脱水试验
在实验室试验研究的基础上,为进一步考察卧螺离心机用于灌注桩钻孔泥浆脱水的可行性,摸索适用于灌注桩钻孔泥浆的离心机结构参数和合适的操作条件,使用我所新研制的LW450 型离心机在钻孔现场进行了多次脱水试验。限于工地现场条件,只获取了一个有效的试验数据。
4. 1 试验用泥浆
试验用泥浆取自杭州市上德立交工地现场,直接用泥浆泵从泥浆池抽取进入卧螺离心机内,由于受工地现场条件的限制,试验时现场只有浇灌砼时替换出来的原孔内泥浆,经取样分析,试验时钻孔泥浆含固率为37.33 %。
4. 2 试验用离心机的主要技术参数
型号LW450 ,转鼓直径450 mm ,转鼓长度1265 mm ,工作转速2500 r/ min 以下(无级可调) ,电机功率1815 kW ,外形尺寸:2400 mm ×1800 mm ×800 mm ,整机质量116 t 。
4. 3 试验时离心机的操作参数
工作转速1485 r/ min ,分离因数555 , 差转速2113 r/ min ,泥浆含固率(质量) 37.33 % ,处理量4.5 m3/ h 。
4. 4 试验结果
沉渣含固率76127 % ,清液含固率20128 %。分析以上试验结果可知,卧螺离心机对于浇灌砼时的置换泥浆的固液分离仍能取得较好的分离效果。对于固液密度差更大的灌注桩钻孔泥浆,用卧螺离心机实现其现场脱水可望取得更好的效果。
5 经济性评价
采用卧螺离心机进行钻孔泥浆脱水的经济效益十分显著,据在上德立交工地现场调查,钻一根灌注桩所产生的泥浆约为120 m3 ,杭州市目前的泥浆运排费为40 元/ m3 ,即一根灌注桩所需的泥浆运排费为4800 元;而若采用离心机脱水工艺,综合考虑电费、机器折旧费、人工管理费、沉渣的装载和运输费及离心机的安装费,一根桩的泥浆处理费仅需2400 元左右,比原工艺节省支出50 %。
6 结语
通过在实验室和工地现场两种条件对钻孔泥浆和灌砼替换泥浆的脱水试验,可以得出如下结论:
(1) 卧螺离心机用于灌注桩钻孔泥浆的脱水可以取得较好的脱水效果,脱水后沉渣的含固率可以达到70 %～76 % ,脱水后沉渣的含水率减少62 % , 体积大为减小,并能堆积成型,可以另行堆放作进一步自然干化或直接装车外运。
(2) 经离心机分离后的清液可以用来调节泥浆浓度,有利于提高钻孔进度和成孔质量,同时还能节约用水,这对缺水地区的钻孔尤显重要。
(3) 采用卧螺离心机进行钻孔泥浆脱水的经济效益十分显著,具有良好的工程应用前景。
(4) 采用离心机脱水工艺可以有效改善钻孔现场的工作环境,减少运输车辆和对环境的污染,具有明显的社会效益。
(5) 限于试验条件,未能作更深入的对比试验。如要将本试验结果应用于工程实践,尚需对机器的结构、操作参数作进一步的研究。
