摘 要

论文主要研究了在水中桥墩施工中，常会采用到钢围堰创造干作业环境，和需要对围堰底进行清淤处理后方可进行封底。区别于目前采用的清淤吸砂设备包括吸砂船和吸砂泵等的一种适用性强、吸砂力强、效率高、成本低的吸砂装置。该装置主要由潜水泵、空压机和吸砂筒构成。利用三个高压潜水泵，配合空压机，使下部圆柱形罩筒内形成强大的倒向漩涡，该漩涡可以形成强大的吸力使罩筒底部碎石聚集并且抽出。

研究结果表明：通过对吸砂构造研究、计算原理研究、模型实验研究、仿真研究和技术参数研究。可得出在不同沙粒和环境下，吸砂筒相应的形状及改良方案，包括气旋增压、分级增压以及喇叭口吸砂筒等的方案。也证明了及装置的可行性。

关键词：钢围堰；清淤；潜水泵；空压机；吸砂筒；倒向漩涡

Abstract

This paper mainly researched that during the construction of the piers in the water, people always use steel cofferdam to create dry working environment, and must complete dredging for steel cofferdam before ground Sealing. The device is mainly composed of submersible pump, air compressor and suction sand barrel, and it is different from suction sand dredging device used at present with strong applicability, suction sand power, high efficiency and low cost including suction sand barge, suction sand pump and so on. Using three high-voltage submersible pump and air compressor, this device makes a strong backward vortex in the lower cylinder cover tube, and the vortex can form a powerful suction to make the gravels at the bottom of cover tube to gather and pull out.

The results prove that through the study of suction sand structure, the calculation principle, model experiment, the simulation and technical parameters, we can get the shapes of desiccators and improved solutions in the different grain of sand and environment that include Cyclone booster, booster classification, bell mouth sand suction tube solutions, etc. And it also proves the feasibility of the device.

Keywords: steel cofferdam; dredging; submersible pumps; compressor; sand suction tube; vortex backward

目录

第1章 绪论 3

1.1课题的来源和研究的意义 3

1.1 国内外研究现状分析 3

1.1.1 钻进挤靠法 3

1.1.2 冲爪清理法 3

1.1.3 人工挖孔法 3

1.1.4 机械挖掘法 （同样适用于水位较浅的河道清基） 3

1.1.5 压密注浆加人工挖孔法 3

1.1.6 现有水下清基方法 4

1.2 研究目标和研究内容 5

1.2.1 研究目标 5

1.2.2 研究内容 5

1.3 解决的关键问题和创新点 6

1.3.1 关键问题 6

1.3.2 创新点 6

第2章 桥梁基础钢围堰施工清基吹气吸砂构造研究 7

2.1 产品原型示意图 7

2.2 关键部件说明 9

2.2.1潜水泵 9

2.2.2空压机 9

2.2.3吸砂筒 10

第3章 桥梁基础钢围堰施工清基吹气吸砂计算原理研究 11

3.1 计算原理基本说明 11

3.2 问题转化及计算模型示意图 11

3.2.1流化床（气力输送）原理简化模型 11

3.2.2 强制漩涡计算模型 13

第4章 新装置的多种改进方案 15

4.1 分级增压方案 15

4.1.1 分级增压方案示意图 15

4.1.2 方案说明 15

4.2 气旋增压方案 16

4.2.1 气旋增压方案示意图 16

4.2.2 方案说明 17

4.3 喇叭口方案 18

4.3.1 喇叭口方案示意图 18

4.3.2 方案说明 19

5.1工程实例运用分析 20

5.1.1工程概况 20

5.1.2块自由悬浮速度vf=47m/s 20

5.1.3气流喷射速度vm=389.6m/s 20

5.1.4石块最大运动高度H 20

5.2气压模型计算 21

5.2.1问题一 21

5.2.2问题二 22

5.2.3问题三 22

5.3.1流化床（气力输送）原理简化模型 23

5.3.2涡流计算模型 24

第六章 有限元仿真分析及CAD绘图 26

6.1有限元模型仿真 26

6.2 CAD绘图 28

第七章 钢围堰和吸砂装置的工法流程 31

7.1采用钢管桩内部支撑 31

7.2采用钢板拼接 31

7.3连接器 31

7.4空气吸砂机 31

7.5平台与围堰结合利用 31

第八章 工法实例、材料清单及经济效益 32

8.1工程应用概况 32

8.2.1施工工艺流程及操作要点 32

8.2.2钢围堰施工流程 32

8.3.材料与设备 33

8.4.质量控制 34

8.5.环保措施 34

8.6.效益分析 34

8.7.应用实例 36

8.7.1项目名称：崇阳三峡移民后续工作工程白云潭大桥项目；地点：崇阳县天城镇白云潭渡口 36

8.7.2项目名称：城铁南站至淦河大道西段工程淦河大桥项目，地点：咸宁市龙潭加油站 36

8.7.3项目名称：金桂湖景观道路沙湾中桥，地点：咸宁市桂花镇 36

第九章 结论与展望 37

参考文献 38

1. 绪论

1.1课题的来源和研究的意义

水中桥墩施工中，常会采用到钢围堰创造干作业环境，此时需要对围堰底进行清淤处理后方可进行封底。目前主要采用的清淤吸砂设备有吸砂船和吸砂泵等。吸砂船适用于船舶可通行的环境，对于水位较浅的地方较常采用吸砂泵，然而吸砂船的机动性差，成本较高，而吸砂泵不能对水下泥砂进行冲刷，吸砂能力不强并且效率低，孔径小，易卡死，能耗高。因此需要一种适用性强，吸砂力强，效率高，成本低的吸砂装置。新研发的装置能够有效的解决传统吸砂作业装置的弊端，效率高操作方便同时也能运用于大范围的江河之中，具有较高的推广度和实际运用价值。

国内外研究现状分析

钻进挤靠法

该法遇零星块石时采用，无效时及时改用其他方法，但是操作时间不易过长,否则，钻孔扩径严重。

冲爪清理法

关于在零星石块挤靠无效时，可换小径钻头在孔底打小孔，使石块掉到其中，接着用冲爪抓除。

人工挖孔法

对河塘埠头石板、古河岸石坝、墙基条石和暗滨抛石等,此法可派上用场，以钢砼或素砼护壁逐层下挖直至扫清干净，采用此法首先须先解决好关于孔内降水问题。

机械挖掘法 （同样适用于水位较浅的河道清基）

对埋深4m以内杂乱堆积的石块 （普遍赋存于河滨淤泥或强流塑地层中），施工基坑护栏工程的挡土墙排桩和止水帷幕桩时使用。先用挖掘机将护栏结构所占据范围的地下块石、 条石一律挖除，然后，将挖沟回填夯实再施工钻孔桩。最好在人工降低地下潜水面后，再开挖。

压密注浆加人工挖孔法

当块石埋深较大（超过4m），量多，粒径大，块石间隙或地层，为极易液化和产生管涌的粉土等地层，人工井点降水难以奏效时，采用此法。应首先在桩位四周进行高压注浆，使块石间隙，或地层土体加固，然后再进行人工挖孔清除。其难点，是在压密注浆孔需要用潜孔锤施工。处理深度较大，挖掘孔径超过1.5m时，应采用钢护筒以保证安全。

现有水下清基方法

直接清障沉桩法

直接开挖清障后再按常规沉桩工艺沉桩，即直接清障沉桩法。对疑似障碍物区域泥面以下进行大规模基床开挖，将疑似障碍物全部清除，随后跟进抛填袋装碎石，以确保岸坡的整体稳定。

优点：清障后可保证按常规沉桩施工工艺顺利实施，没有沉桩质量的控制风险。