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气举法在围堰吸泥工程中的应用与分析

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石怀远

【摘要】举例介绍气举法在工程中的应用，以及在施工中的控制及操作。

【关键词】气举法吸泥；应用与分析；控制；操作

1、工程概况

本标段起讫桩号为K77+095～K81+110.5，总长4015.5m，为济祁高速公路淮合段LJ-01合同段。主桥为（120+200+120）m预应力混凝土矮塔斜拉桥跨越淮河，长440m，其围堰组成缩口钢板桩，围堰长为25.2米，宽为20.4米。设计院提供的桩基周围地质如下图一。

图一

由于工期紧，为了尽快安装围檩施工承台，我部集思广益查取相关类似经验决定采取气举吸泥把多余的泥沙排至钢围堰外，该工序是制约后期整个工期的关键。

2、气举法原理

2.1、气举定义：

（1）利用从地面向管道内注入高压气体将泥沙举升至围堰外面排出。

2.2、工作原理

6-7m3空压机供气通过软管连接高压钢管进入排泥管（高压管）下口附近，注入管道内的高压气体与泥沙混合，为防泥砂堵管，采用活盖板将入口密封，在管内和管外形成强大气压差，泥砂顺管被举出围堰外。

3、设备选择

3.1、施工机具

3.1.1、空压机

最大排气量8-9m3/min，额定排气压力0.6-0.8Mpa，可选型号VFP6/7或VFP7/7。采用两台9m3空压机给两根？30进气钢管供气。

3.1.2、风管

外径？300mm聚乙烯盘管，长度根据空压机清孔覆盖范围和桩孔深度决定。

4、吸泥程序

待设备进入围堰内到达泥砂面之前，即开始供气，避免设备接触泥砂后沉入泥砂内时发生堵孔现象（即泥砂堵住排泥砂管内高压气管侧壁上的气孔）。根据钢丝绳的松紧程度判断排泥砂管口是否已经接触泥砂面，之后调整排泥管管口高度，使排泥管口距离泥面约30cm左右，吸泥效果最好。

气举法工况见下图二所示。

现场工况

图二

5、吸泥设备匹配性理论验算

（1）验算依据

取临界值：管内外压力平衡时存在如下关系式：

ρ混g（hf+hb+h0）=ρ水gh水位差（1）

式中：ρ混為正常吸泥过程中排泥管内混合物密度；hf为沿程水头损失；hb为弯头局部水头损失。

m混v2混+m混gh1=m混gh0（2）

式中：m混为混合物质量；v2混为混合物获得的平均速度。

在吸泥进入正常阶段后，设备排出的混合物的总体积与进入吸泥设备的空气和水的总体积等值。

（2）验算过程

①混合物的平均流速

v混=V混/πr2（3）

式中：V混为每分钟排出混合物的流量。

经过施工中分析知，吸泥过程中，设备排出的混合物的流量为：

排泥管出口直径为？300，那么r=0.15m，则混合物的平均流速：

v混=2.25/（3.14×0.152×60）=0.53m/s

②求沿程水头损失hf

管断面为圆形，用公式：

hf=f·L·v混2/（D·2g）（4）

式中：hf为沿程水头损失；f为圆管摩阻系数，f=8gn2/R1/3；

D为圆管直径，取300mm；R为水力半径，R=D/4；

n为糙率系数，查表取0.014；L为沿程长度，L=40m。

把以上数值代入式（4），求得：hf=0.07m

？求ρ混（体积数据取1min内输出量）

ρ混=（ρ水·V水+ρ泥砂·V泥砂）/（V水+V泥砂+V空气）（5）

式中：泥浆密度取ρ泥砂=1.7g/cm3；水密度为ρ水=1.0g/cm3；V水=100/60=1.67m3/min；V泥砂=V混-V水=2.25-1.67=0.58m3/min；空压机供气系数取0.8。将以上数据带入式（4），求得：

ρ混=（1.0×1.7+1.7×0.58）/（2.25+1.7×9×0.8）=0.184g/cm3

④求弯头局部水头损失hb

hb=fb1·fb2·v混2/2g（6）

式中：fb1、fb2为损失系数，fb1查表取0.32，弯管角度θ=90o时fb2=1。

把相关数值代入式（6）求得：hb=0.004m，故hf+hb=0.074m

⑤把v混代入能量守恒公式（2），其中h1=6+13=19m，取19m，求得：h0=19.15m

⑥把h0和hf+hb代入压力平衡公式求得：h水位差=3.6m

即在两台9m3空压机供气、当钢板桩内水位差大于3.6m时，吸泥深度可达19m，由此理论验算，说明该工程气举法所选设备规格、性能是匹配的、合理的。

6、气举法的优越性

该工程用气举法具有以下明显的优越性：

（1）气举法整套设备中不含砂石泵，不受砂石泵的体积限制，主要体积组成为排泥管，而排泥管管径为？300mm，在使用过程中较为方便自由，节省了大量时间和人力。

（2）排泥管底口强大的气压差可以辅助冲击板结的泥沙，降低了对射流泵的性能要求。

（3）标高易控制，吸泥效率高。操作简便，用时少，满足工程进度要求。

7、气举法在本工程应用中应注意的问题

（1）高压进气管在