旋挖鉆機流砂層施工工法詳解
粉砂、細砂、礫砂層等地層受結構松散、地下水位高、抗剪強度較差的影響,工程施工中特別容易發生潛蝕,塌孔等現象,造成擴徑、超方、泥漿含砂量高、沉渣層過厚等施工質量問題,甚至會發生局部坍塌或樁孔整體坍塌,進而埋鉆等嚴重后果。在該地層施工最安全的方法是采用全護筒,但由于代價昂貴,很難在國內使用。在目前國內現有條件下,只能通過有效使用泥漿護壁和改進鉆進操作方法等工藝手段,來防止事故發生,最大程度降低事故出現率,提高成孔合格率。
一、案例解析
某建筑公司在安徽省巢湖市和縣施工,現場使用的是旋挖鉆機成孔樁徑1.8m,成孔樁深48m。在地下20~35m處為粉細砂地層,周圍河流眾多、地下水豐富,砂粒處于懸浮狀態而失去穩定,能隨滲流的水一起流動,形成流砂現象。
二、問題分析
現場觀察地質條件,結合現場鉆取出的鉆渣,發現該工程鉆進的難點主要有兩點:
(1)上部有8m厚的流塑狀淤泥質粘土,中間是15m左右的流砂地層,下部是中風化的砂巖,鉆進中易出現塌孔、吸鉆,縮頸現象。需配置合理的泥漿,在鉆進過程中起到較好的護壁作用;
(2)在鉆進至流塑地層時,需注意操作方式的調整,過多的擾動很可能導致孔壁意外事故的發生。
三、解決措施
解決塌孔問題主要在于防止初始塌孔的形成,防止發生連續塌孔的惡性循環,即:解決塌孔主要在于防,而不是在于救。
(1)合理調配泥漿,針對流塑地層的特點,需要配置高粘度,中等容重的泥漿進行護壁。鑒于國內膨潤土質量好壞不一、泥漿粘度要求較高等原因,泥漿的配比可按照如下方案:
水:膨潤土:CMC:純堿=1000:140:2.5:4,并加入少許粘土攪拌均勻后,控制泥漿容重在1.20左右,粘度不小于45s,PH〉8。尤其值得注意的是:在泥漿池中加入膨潤土、纖維素、純堿后需靜置一段時間(24小時),待膨潤土完全水合后,在泥漿池中倒入粘土,用長臂小挖掘機充分攪拌。且在開鉆前2小時用小挖掘機再次攪拌,開鉆前檢測所配置的泥漿是否達到要求(挖掘機攪拌過程中應時刻注意測量泥漿各參數值,達到工程所需值后即可停止攪拌),否則再向泥漿池中酌情添加原料;
(2)在鉆頭上設置通氣孔,保證提鉆過程中鉆頭上下泥漿流動,防止出現提鉆過程中的真空現象;
(3)保持泥漿液面高出地下水水面2~3m,可以通過加高護筒或在孔周圍設置粘土壩來實現;
(4)調整操作方式:控制泥漿液面,并在鉆孔過程中始終保持距護筒上邊緣30~40cm。(特別在提鉆時)。鉆至軟土及砂層時:軟土和砂土層為易塌孔地層,操作時要盡量注意減少對孔壁的沖刷和擾動,操作方法嚴格遵循“三慢”原則:即提、放鉆及鉆進轉速慢,通過嚴格控制鉆具的運動速度,來減少泥漿對孔壁的擾動,并為泥皮形成留足時間;地面觀察:時刻關注泥漿液面,當發現泥漿液面突然下降且大量泡沬涌出時,可判斷出現局部塌方,應立即停止鉆進并保證在鉆斗斗底打開的情況下,緩慢地提升鉆頭,防止因擾動而引起二次塌方;局部塌方事故處理:當發現有局部塌方時,繼續向孔內注入泥漿同時提出鉆頭,用挖掘機向孔內傾倒足量粘土,然后下放鉆頭反轉壓實粘土,邊壓邊反轉,待穩定后再用前文所述方法鉆進。
在操作的過程中要注意如下事項:在鉆進過程中還應時刻注意泥漿液面,若發現有塌方跡象時應盡快采取相應措施;保持泥漿液面高度,勤加泥漿;在整個鉆進過程中,提、放鉆頭一定要非常緩慢;注意鉆機沉降情況,一旦發現異常立刻安排鉆機離場,現場人員及時撤離。
四、解決效果
通過以上改進效果明顯:鉆進過程中沒有出現塌孔、吸鉆、埋鉆等不良現象。鉆進效率較高,降低了施工成本,提高施工效益。
五、工法小結
流砂地層的鉆進只要選擇的工法適當,穩定,高效的鉆進是可以實現的,施工中需滿足三方面的要求:科學的泥漿配置,合理的鉆進方式,充分的施工準備,流砂層鉆進將不再是旋挖鉆機施工范圍擴大路上的絆腳石。
隨著國內基礎建設熱潮的興起,大型工程項目陸續開工建設,施工工藝不斷成熟,在這一背景下,工法技術的不斷研發、推廣,對于國內在高鐵,高速公路,快軌,特大橋梁等大型工程建設項目會有一個很好的推動作用。