深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统的制作方法

1.本实用新型涉及钻孔灌注桩泥浆循环处理系统，尤其涉及一种深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统。


背景技术：

2.在进行深水区钻孔灌注桩施工作业时，需要在水面上搭设施工平台，通常采取钢管桩+钢桁架的结构形式，但是由于施工平台狭小，没有足够的作业空间设置泥浆分离、沉淀、储存等处理池，通常使用泥浆船外运处理或借助领近桩基的钢护筒作为沉淀池。采用泥浆船进行泥浆处理时，存在处理成本高的缺点，且在水位较浅及通航条件较差的区域，泥浆船无法进入开展作业。使用钢护筒作为沉淀池进行处理时，由于钢护筒的容量小，钻进过程中产生的大量钻渣容易将钢护筒填满，需要不断地对钢护筒内的钻渣进行清掏，处理效率低，难以满足钻进作业的需求；随着施工技术的发展，也有利用离心机械对泥浆中的钻渣进行主动分离，这种方式虽然能够快速地对钻渣进行分离，但是钻渣分离设备需要外接动力源，需要消耗大量的能源，经济效益差。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于针对深水区有限空间钻孔灌注桩施工泥浆处理的技术难题，提出了一种深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统。
4.为了达到目的，本实用新型的技术方案为：
5.本实用新型涉及的深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统，由反循环钻杆、泥浆输送管、施工平台、钢护筒、滤篮、泥浆提升泵、泥浆提升管、螺旋分离装置、支撑架、溜槽、集渣桶组成；所述施工平台依托钢护筒搭设，所述钢护筒有多个，所述钢护筒打入河床下方坚硬的土层内；所述滤篮搭设在钢护筒上，所述滤篮有多个，包括一级滤篮、二级滤篮、三级滤篮等，所述泥浆提升泵、泥浆提升管安装在有滤篮的钢护筒内；所述螺旋分离装置架设在一级滤篮上方，螺旋分离装置安放在支撑架上，所述支撑架支撑在施工平台上；所述螺旋分离装置由内侧锥筒、驱动叶片、螺旋提升叶片、转轴、外侧锥筒、活动密封塞组成，所述驱动叶片、螺旋提升叶片安装固定在转轴上，所述驱动叶片、螺旋提升叶片位于内侧锥筒内，所述内侧锥筒位于外侧锥筒内，所述内侧锥筒与外侧锥筒顶部连接固定，所述内侧锥筒与外侧锥筒底部设有环形底板；所述活动密封塞安装在内侧锥筒顶端，所述外侧锥筒上安装有集渣环，所述集渣环上有出渣孔；所述溜槽上端与集渣环上的出渣孔对齐，溜槽的下端伸入集渣桶内，所述集渣桶摆放在施工平台上；所述泥浆输送管的一端与反循环钻杆相连，泥浆输送管的另一端与螺旋分离装置的内侧锥筒底端相连。
6.优选地，所述反循环钻杆抽出的含渣浆液经泥浆输送管进入螺旋分离装置内，所述含渣浆液在螺旋分离装置内初步分离成泥浆及钻渣，所述泥浆经滤篮多级过滤；所述二级滤篮的孔径小于一级滤篮的孔径、所述三级滤篮的孔径小于二级滤篮的孔径，提升对钻渣的过滤效果；所述滤篮过滤后的泥浆存储于下方的钢护筒内，所述钢护筒内的泥浆通过
泥浆提升泵及泥浆提升管抽入下一级滤篮内过滤，三级滤篮过滤后的泥浆通过泥浆提升泵及泥浆提升管抽入反循环钻杆、钻头所在的钢护筒内。
7.优选地，所述环形底板上的出浆孔有多个，所述多个出浆孔沿环形底板周向均匀设置，所述出浆孔截面面积之和≥泥浆输送管截面面积
×
2，保证过滤后的泥浆能够快速地从螺旋分离装置内排出，避免积聚在螺旋分离装置内。
8.优选地，所述集渣环倾斜设置，所述出渣孔位于集渣环较低的一侧，钻渣落入集渣环后，由于集渣环倾斜设置，钻渣将滑入集渣环较低的一侧，然后从较低一侧的出渣孔落入溜槽内。
9.优选地，所述转轴与内侧锥筒的轴线在一条直线上，所述转轴下端有轴承，所述轴承与内侧锥筒之间有固定杆件，固定杆件一端与轴承固定，固定杆件的另一端与内侧锥筒固定，保证转轴的轴线与内侧锥筒的轴线在一条直线上。
10.优选地，所述转轴顶部设有限位顶板，所述限位顶板通过限位螺母固定在转轴顶部，所述活动密封塞穿过转轴，活动密封塞上有导向杆，所述导向杆从限位顶板上穿出，所述导向杆上设有压缩弹簧，压缩弹簧处于压缩状态，所述压缩弹簧一端抵在活动密封塞上，压缩弹簧的另一端抵在限位顶板上；所述限位顶板为活动密封塞提供支撑及限位，压缩弹簧使活动密封塞紧贴内侧锥筒的顶端（关闭状态），对内侧锥筒进行封闭，待内侧锥筒内的钻渣积聚至一定体积后，挤压顶推活动密封塞，使活动密封塞向上运动（打开状态）。
11.优选地，所述内侧锥筒的直径从下至上逐渐减小，所述内侧锥筒从下至上依次分为变径提速段、锥形提升段、钻渣积聚段，所述变径提速段为封闭段，所述锥形提升段及钻渣积聚段为过滤段，所述封闭段由封闭钢板制作，所述过滤段由多孔钢板制作，所述驱动叶片位于封闭段内，所述螺旋提升叶片位于过滤段内；所述螺旋分离装置的工作原理为：钻头在河床上进行钻孔的施钻作业，钻进过程中，反循环钻杆将含渣浆液向上抽出，含渣浆液经泥浆输送管进入内侧锥筒，含渣浆液经变径提速段（即封闭段）提速，由于直径变小，含渣浆液的流速加快，然后含渣浆液高速冲击驱动叶片，通过驱动叶片带动转轴转动，转轴同时带动螺旋提升叶片转动，螺旋提升叶片将含渣浆液向上提升至锥形提升段（即过滤段）内，含渣浆液内的泥浆从内侧锥筒的过滤段内流出，进入内侧锥筒与外侧锥筒之间，然后从环形底板上的出浆孔流出；含渣浆液内的钻渣留在内侧锥筒内，并在螺旋提升叶片的作用下继续向上运动至钻渣积聚段内，钻渣积聚段内的钻渣积聚至一定体积后，顶起活动密封塞，从内侧锥筒顶部挤出，落入集渣环内，然后从集渣环内的出渣孔落入溜槽内，并最终从溜槽滑入集渣桶内。
12.优选地，所述螺旋提升叶片的外径等于内侧锥筒的内径，并随内侧锥筒内径的变化而变化，保证螺旋提升叶片对含渣浆液的提升挤压效果，从而保证钻渣与泥浆的分离效率。
13.优选地，所述支撑架由限位环、支撑杆、联系杆组成，所述限位环安装在支撑杆上端，所述联系杆安装在支撑杆的中部，将相邻支撑杆进行联结，提升支撑架的整体稳定性。
14.采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
15.1、螺旋分离装置利用泥浆的流动进行驱动，无需设置外置的动力源，可显著降低泥浆处理的费用，节约施工成本。
16.2、螺旋分离装置体积小，通过支撑架架设在钢护筒上方，不会大面积占用施工平
台上的作业空间，使用于作业空间有限的水上钻孔灌注桩泥浆处理施工。
17.3、螺旋分离装置结构简单可靠，无复杂的的机械结构，不易发生堵塞等情况，且便于进行维修、保养作业。
18.4、使用螺旋分离装置对泥浆中的钻渣初步分离，分离掉其中大量钻渣，然后通过设置在钢护筒顶端不同孔径的滤篮进行多级过滤，有效分离泥浆中的钻渣，保证泥浆的性能指标满足要求。
19.5、采用螺旋分离装置+多级滤篮循环处理的方式，具有处理效果好的优点；可根据钻进作业的速度随时调整泥浆处理的效率，并且不降低泥浆处理质量，同时具有稳定、可靠的优点。
20.6、泥浆通过管路进行输送，处理后的泥浆存储在钢护筒内，不会泄露至河流中，避免污染自然水体，绿色环保。
附图说明
21.图1是泥浆多级处理循环系统工艺原理图；
22.图2螺旋分离装置钻渣分离装置工艺原理图（图1中局部大样图）；
23.图3螺旋分离装置三维结构示意图；
24.图4活动密封塞三维结构示意图（图3中局部大样图）；
25.图5螺旋分离装置（内侧锥筒）结构段划分示意图；
26.图6支撑架三维结构示意图。
27.图中标注：1-反循环钻杆，11-钻头，12-泥浆输送管，13-施工平台，14-钢护筒，15-钻孔，16-河床，2-含渣浆液，21-钻渣，22-泥浆，3-滤篮，31-一级滤篮，32-二级滤篮，33-三级滤篮，34-泥浆提升泵，35-泥浆提升管，4-螺旋分离装置，41-内侧锥筒，411-变径提速段，412-锥形提升段，413-钻渣积聚段，414-封闭段，415-过滤段，42-驱动叶片，43-螺旋提升叶片，44-转轴，441-轴承，442-固定杆件，45-外侧锥筒，451-环形底板，452-出浆孔，453-集渣环，454-出渣孔，46-活动密封塞，461-导向杆，462-压缩弹簧，463-限位顶板，464-限位螺母，5-支撑架，51-限位环，52-支撑杆，53-联系杆，61-溜槽，62-集渣桶。
具体实施方式
28.为了加深对本实用新型的理解，下面将参考附图1至附图6，对本实用新型的实施例作详细说明，以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
29.如附图1、附图2所示，本实用新型涉及的深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统，由反循环钻杆1、泥浆输送管12、施工平台13、钢护筒14、滤篮3、泥浆提升泵34、泥浆提升管35、螺旋分离装置4、支撑架5、溜槽61、集渣桶62组成；所述施工平台13依托钢护筒14搭设，所述钢护筒14有多个，所述钢护筒14打入河床16下方坚硬的土层内；所述滤篮3搭设在钢护筒14上，所述滤篮3有多个，包括一级滤篮31、二级滤篮32、三级滤篮33等，所述泥浆提升泵34、泥浆提升管35安装在有滤篮3的钢护筒14内；所述螺旋分离装置4架设在一级滤篮31上方，螺旋分离装置4安放在支撑架5上，所述支撑架5支撑在施工平台13上；如附图3所示，所述螺旋分离装置4由内侧锥筒41、驱动叶片42、螺旋提升叶片43、转轴44、外侧锥
筒45、活动密封塞46组成，所述驱动叶片42、螺旋提升叶片43安装固定在转轴44上，所述驱动叶片42、螺旋提升叶片43位于内侧锥筒41内，所述内侧锥筒41位于外侧锥筒45内，所述内侧锥筒41与外侧锥筒45顶部连接固定，所述内侧锥筒41与外侧锥筒45底部设有环形底板451；所述活动密封塞46安装在内侧锥筒41顶端，所述外侧锥筒45上安装有集渣环453，所述集渣环453上有出渣孔454；所述溜槽61上端与集渣环453上的出渣孔454对齐，溜槽61的下端伸入集渣桶62内，所述集渣桶62摆放在施工平台13上；所述泥浆输送管12的一端与反循环钻杆1相连，泥浆输送管12的另一端与螺旋分离装置4的内侧锥筒41底端相连。
30.如附图3、附图5所示，所述内侧锥筒41的直径从下至上逐渐减小，所述内侧锥筒41从下至上依次分为变径提速段411、锥形提升段412、钻渣积聚段413，所述变径提速段411为封闭段414，所述锥形提升段412及钻渣积聚段413为过滤段415，所述封闭段414由封闭钢板制作，所述过滤段415由多孔钢板制作，所述驱动叶片42位于封闭段414内，所述螺旋提升叶片43位于过滤段415内；所述螺旋提升叶片43的外径等于内侧锥筒41的内径，并随内侧锥筒41内径的变化而变化，保证螺旋提升叶片43对含渣浆液2的提升挤压效果，从而保证钻渣21与泥浆22的分离效率。所述转轴44与内侧锥筒41的轴线在一条直线上，所述转轴44下端有轴承441，所述轴承441与内侧锥筒41之间有固定杆件442，固定杆件442一端与轴承441固定，固定杆件442的另一端与内侧锥筒41固定，保证转轴44的轴线与内侧锥筒41的轴线在一条直线上。
31.如附图3所示，所述环形底板451上的出浆孔452有多个，所述多个出浆孔452沿环形底板451周向均匀设置，所述出浆孔452截面面积之和≥泥浆输送管12截面面积
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2，保证过滤后的泥浆22能够快速地从螺旋分离装置4内排出，避免积聚在螺旋分离装置4内。所述集渣环453倾斜设置，所述出渣孔454位于集渣环453较低的一侧，钻渣21落入集渣环453后，由于集渣环453倾斜设置，钻渣21将滑入集渣环453较低的一侧，然后从较低一侧的出渣孔454落入溜槽内。
32.如附图4所示，所述转轴44顶部设有限位顶板463，所述限位顶板463通过限位螺母464固定在转轴44顶部，所述活动密封塞46穿过转轴44，活动密封塞46上有导向杆461，所述导向杆461从限位顶板463上穿出，所述导向杆461上设有压缩弹簧462，压缩弹簧462处于压缩状态，所述压缩弹簧462一端抵在活动密封塞46上，压缩弹簧462的另一端抵在限位顶板463上；所述限位顶板463为活动密封塞46提供支撑及限位，压缩弹簧462使活动密封塞46紧贴内侧锥筒41的顶端（关闭状态），对内侧锥筒41进行封闭，待内侧锥筒41内的钻渣21积聚至一定体积后，挤压顶推活动密封塞46，使活动密封塞46向上运动（打开状态）。
33.如附图1所示，所述反循环钻杆1抽出的含渣浆液2经泥浆输送管12进入螺旋分离装置4内，所述含渣浆液2在螺旋分离装置4内初步分离成泥浆22及钻渣21，所述泥浆22经滤篮3多级过滤；所述二级滤篮32的孔径小于一级滤篮31的孔径、所述三级滤篮33的孔径小于二级滤篮32的孔径，提升对钻渣21的过滤效果；所述滤篮3过滤后的泥浆22存储于下方的钢护筒14内，所述钢护筒14内的泥浆22通过泥浆提升泵34及泥浆提升管35抽入下一级滤篮3内过滤，三级滤篮33过滤后的泥浆22通过泥浆提升泵34及泥浆提升管35抽入反循环钻杆1、钻头11所在的钢护筒14内。如附图2所示，所述螺旋分离装置4的工作原理为：钻头11在河床16上进行钻孔15的施钻作业，钻进过程中，反循环钻杆1将含渣浆液2向上抽出，含渣浆液2经泥浆输送管12进入内侧锥筒41，含渣浆液2经变径提速段411（即封闭段414）提速，由于直
径变小，含渣浆液2的流速加快，然后含渣浆液2高速冲击驱动叶片43，通过驱动叶片42带动转轴44转动，转轴44同时带动螺旋提升叶片43转动，螺旋提升叶片43将含渣浆液2向上提升至锥形提升段412（即过滤段415）内，含渣浆液2内的泥浆22从内侧锥筒41的过滤段415内流出，进入内侧锥筒41与外侧锥筒45之间，然后从环形底板451上的出浆孔452流出；含渣浆液2内的钻渣21留在内侧锥筒41内，并在螺旋提升叶片43的作用下继续向上运动至钻渣积聚段413内，钻渣积聚段413内的钻渣21积聚至一定体积后，顶起活动密封塞46，从内侧锥筒41顶部挤出，落入集渣环453内，然后从集渣环453内的出渣孔454落入溜槽61内，并最终从溜槽61滑入集渣桶62内。
34.如附图6所示，所述支撑架5由限位环51、支撑杆52、联系杆53组成，所述限位环51安装在支撑杆52上端，所述联系杆53安装在支撑杆52的中部，将相邻支撑杆52进行联结，提升支撑架5的整体稳定性。
35.以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统，其特征在于，由反循环钻杆（1）、泥浆输送管（12）、施工平台（13）、钢护筒（14）、滤篮（3）、泥浆提升泵（34）、泥浆提升管（35）、螺旋分离装置（4）、支撑架（5）、溜槽（61）和集渣桶（62）组成；所述施工平台（13）依托钢护筒（14）搭设，所述钢护筒（14）有多个，所述钢护筒（14）打入河床（16）下方坚硬的土层内；所述滤篮（3）搭设在钢护筒（14）上，所述滤篮（3）有多个，包括一级滤篮（31）、二级滤篮（32）和三级滤篮（33），所述泥浆提升泵（34）、泥浆提升管（35）安装在有滤篮（3）的钢护筒（14）内；所述螺旋分离装置（4）架设在一级滤篮（31）上方，螺旋分离装置（4）安放在支撑架（5）上，所述支撑架（5）支撑在施工平台（13）上；所述螺旋分离装置（4）由内侧锥筒（41）、驱动叶片（42）、螺旋提升叶片（43）、转轴（44）、外侧锥筒（45）、活动密封塞（46）组成，所述驱动叶片（42）和螺旋提升叶片（43）位于内侧锥筒（41）内，并安装固定在转轴（44）上，所述内侧锥筒（41）位于外侧锥筒（45）内，所述内侧锥筒（41）与外侧锥筒（45）顶部连接固定，所述内侧锥筒（41）与外侧锥筒（45）底部设有环形底板（451）；所述活动密封塞（46）安装在内侧锥筒（41）顶端，所述外侧锥筒（45）上安装有集渣环（453），所述集渣环（453）上有出渣孔（454）；所述溜槽（61）上端与集渣环（453）上的出渣孔（454）对齐，溜槽（61）的下端伸入集渣桶（62）内，所述集渣桶（62）摆放在施工平台（13）上；所述泥浆输送管（12）的一端与反循环钻杆（1）相连，泥浆输送管（12）的另一端与螺旋分离装置（4）的内侧锥筒（41）底端相连。2.根据权利要求1所述深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统，其特征在于，所述反循环钻杆（1）抽出的含渣浆液（2）经泥浆输送管（12）进入螺旋分离装置（4）内，所述含渣浆液（2）在螺旋分离装置（4）内初步分离成泥浆（22）及钻渣（21），所述泥浆（22）经滤篮（3）多级过滤；所述二级滤篮（32）的孔径小于一级滤篮（31）的孔径、所述三级滤篮（33）的孔径小于二级滤篮（32）的孔径。3.根据权利要求1所述深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统，其特征在于，所述环形底板（451）上设置多个出浆孔（452），所述出浆孔（452）沿环形底板（451）周向均匀设置，所述出浆孔（452）截面面积之和≥泥浆输送管（12）截面面积
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2。4.根据权利要求1所述深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统，其特征在于，所述集渣环（453）倾斜设置，所述出渣孔（454）位于集渣环（453）较低的一侧。5.根据权利要求1所述深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统，其特征在于，所述转轴（44）与内侧锥筒（41）的轴线在一条直线上，所述转轴（44）下端有轴承（441），所述轴承（441）与内侧锥筒（41）之间有固定杆件（442），固定杆件（442）一端与轴承（441）固定，固定杆件（442）的另一端与内侧锥筒（41）固定。6.根据权利要求1所述深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统，其特征在于，所述转轴（44）顶部设有限位顶板（463），所述限位顶板（463）通过限位螺母（464）固定在转轴（44）顶部，所述活动密封塞（46）穿过转轴（44），活动密封塞（46）上有导向杆（461），所述导向杆（461）从限位顶板（463）上穿出，所述导向杆（461）上设有压缩弹簧（462），压缩弹簧（462）处于压缩状态，所述压缩弹簧（462）一端抵在活动密封塞（46）上，压缩弹簧（462）的另一端抵在限位顶板（463）上。
7.根据权利要求1所述深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统，其特征在于，所述内侧锥筒（41）的直径从下至上逐渐减小，所述内侧锥筒（41）从下至上依次分为变径提速段（411）、锥形提升段（412）、钻渣积聚段（413），所述变径提速段（411）为封闭段（414），所述锥形提升段（412）及钻渣积聚段（413）为过滤段（415），所述封闭段（414）由封闭钢板制作，所述过滤段（415）由多孔钢板制作，所述驱动叶片（42）位于封闭段（414）内，所述螺旋提升叶片（43）位于过滤段（415）内。8.根据权利要求1所述深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统，其特征在于，所述螺旋提升叶片（43）的外径等于内侧锥筒（41）的内径，并随内侧锥筒（41）内径的变化而变化。9.根据权利要求1所述深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统，其特征在于，所述支撑架（5）由限位环（51）、支撑杆（52）、联系杆（53）组成，所述限位环（51）安装在支撑杆（52）上端，所述联系杆（53）安装在支撑杆（52）的中部。

技术总结
本实用新型涉及的深水区有限空间钻孔灌注桩泥浆多级循环处理系统，由反循环钻杆、泥浆输送管、施工平台、钢护筒、滤篮、泥浆提升泵、泥浆提升管、螺旋分离装置、支撑架、溜槽、集渣桶组成；施工平台依托钢护筒搭设，滤篮搭设在钢护筒上，滤篮有多级，螺旋分离装置架设在一级滤篮上方，溜槽上端与集渣环上的出渣孔对齐，溜槽的下端伸入集渣桶内；反循环钻杆抽出的含渣浆液经泥浆输送管进入螺旋分离装置内，含渣浆液在螺旋分离装置内初步分离成泥浆及钻渣，泥浆经滤篮多级过滤后存储于下方的钢护筒内，钢护筒内的泥浆通过泥浆提升泵及泥浆提升管抽入下一级滤篮内过滤。螺旋分离装置利用流动的泥浆驱动，可显著降低泥浆处理成本。可显著降低泥浆处理成本。可显著降低泥浆处理成本。


技术研发人员：ꢀ(51)Int.Cl.E21B7/136
受保护的技术使用者：杭州悦为科技有限公司
技术研发日：2021.06.28
技术公布日：2022/5/25