深厚砂質(zhì)地層旋挖鉆機成孔施工案例

深厚砂質(zhì)地層是旋挖鉆機成孔施工時遇到較多的地層之一，若要順利施工，一般須采用泥漿護壁。但是當樁孔深度較大時，成孔過程中孔內(nèi)泥漿含砂率就經(jīng)常超標，使得護壁效果降低，容易誘發(fā)塌孔等事故；成孔后，孔底沉渣的厚度也往往超出要求，需要特殊處理才能保證鋼筋籠下放和混凝土灌注正常施工，這樣就降低了施工效率，增加了施工成本。因此，在解決了塌孔隱患之后，如何控制好泥漿的含砂率以及孔底沉渣厚度就成為砂層成孔的必然要求。
一、案例分析
江蘇常州某特大橋工程，設計樁徑1.8m，最大成孔深度86.5m，地質(zhì)條件主要是硬塑粘土層和細砂土交互，其中細砂層累計厚度超過40m。地下水埋深淺，只有2m左右。成孔采用徐工280旋挖鉆機，配置摩阻鉆桿，鉆斗為直筒截齒撈砂斗。
施工中遇到的主要問題是：表層地層較易塌方，增加了下護筒難度；在鉆進過程中孔內(nèi)泥漿的含砂率迅速升高，達百分之十以上，大大超出標準要求；成孔之后孔內(nèi)沉渣厚度大，造成鋼筋籠后面幾米下放困難；孔內(nèi)側(cè)壁塌方，混凝土灌注超方近30m3。
二、問題分析
1、泥漿質(zhì)量不佳，護壁效果差
現(xiàn)場實測了泥漿池內(nèi)泥漿的比重和粘度，分別只有1.06和16s，明顯低于該類地層對泥漿參數(shù)的要求。泥漿比重和粘度偏低會影響泥皮厚度和孔內(nèi)側(cè)壁泥漿壓力，容易引發(fā)側(cè)壁塌方和沖刷，砂土進入孔內(nèi)泥漿后進一步降低了泥漿質(zhì)量，形成惡性循環(huán)。
2、鉆具提升速率過快，側(cè)壁高速水流沖刷砂土
鉆具提升時，頂部和底部形成一定程度的負壓，提升速度越快，壓差越大，水流速度越快。當鉆具內(nèi)部設置的流水通道不足以滿足泄水要求時，水流將傾向于通過沖刷側(cè)壁形成更大的流水通道，削減壓差。在遇到不密實砂土層或內(nèi)聚力低的粉質(zhì)土或細砂土時容易將顆粒沖刷入泥漿，為沉渣增加了物料來源。
3、單次進尺深度過大
單次進尺深度過大，斗內(nèi)滿滿的砂土在由孔底提往地面過程中易隨泥漿的流動流入孔內(nèi)。尤其是深孔，往往有幾分鐘的時間，在泥漿壓差的作用下，滲流破壞了鉆斗內(nèi)上層側(cè)壁留水口以上的土，土隨泥漿自流水口進入孔內(nèi)泥漿中。
4、過度孔底擾動
過度的孔底擾動，如關閉斗門時過多的反轉(zhuǎn)，將造成孔底砂層的劇烈擾動，形成鉆進過程孔底浮漿?？椎赘{在下次鉆進時被壓入到鉆斗上部，提升過程中進入泥漿，成為沉渣來源。
5、選用鉆具不合理
現(xiàn)場使用了直筒鉆斗，且保徑條厚度只有1cm左右，鉆斗側(cè)壁同孔壁近乎直接接觸，在有頸縮的地層將會親密接觸，粘連或負壓將增加該層的損失，進而影響到相鄰地層。鉆具上開設的流水口位置過低，也增加了斗體內(nèi)土的流失。
6、其他可能原因
在該類地層施工時，造成沉渣厚度偏大還可能的原因是：孔底活動底板與固定底板結(jié)合不緊密，將造成鉆斗內(nèi)渣土流失。成孔后靜置時間過長，造成本來可以懸浮在泥漿中的細顆粒沉淀到孔底，造成孔底沉渣過厚。
三、解決措施
1、預防措施
（1）合理選擇鉆具。
深樁厚砂層樁孔鉆進時宜選擇錐形鉆具，適當減小筒底直徑，略微增加外側(cè)保徑條的厚度，最大限度降低鉆具提升和下放過程對側(cè)壁的擾動；鉆具流水口設置在靠近筒壁頂部位置，以盡量減小筒內(nèi)砂土在提升鉆具過程中的流失。
（2）調(diào)整鉆進方法。
單次鉆進進尺要控制在斗內(nèi)土在流水口以下的水平，以避免進入斗內(nèi)的砂土自流水口進入泥漿中；鉆進完成后，關閉斗門時盡量減少擾動孔底土，減少孔底渣土懸浮量；提升過程中，在易塌方地層對應的高程要適當降低提升速率，減少側(cè)壁流水沖刷造成砂土進入泥漿。
（3）泥漿配置和管理。
初始配置泥漿時就應根據(jù)地層特點控制好泥漿的比重及粘度等指標，并選擇質(zhì)優(yōu)的膨潤土。一般砂土地層泥漿池內(nèi)泥漿比重要控制在1.1左右，粘度控制在18s左右。
砂土地層不可避免有砂土進入泥漿，需要著重加強泥漿的管理?？稍诨亓髂酀{口設置除砂設備，減小回流泥漿對池內(nèi)泥漿的影響；避免將灌注混凝土后面部分含砂率大的泥漿流向孔內(nèi)；及時檢測泥漿池內(nèi)泥漿的含砂率、比重和粘度，及時補充新泥漿。
2、二次清孔
（1）旋挖鉆機專用清孔鉆具清孔。
在孔深檢驗前用特制的清孔鉆斗。清渣頭清孔鉆頭應具有的特點是：外徑適當減少；孔底不布齒而采用刮板；筒體底板間嚴密配合減少漏砂等。
（2）氣舉反循環(huán)二次清孔。
端承樁要求灌注混凝土前孔底沉渣厚度在50mm以內(nèi)。為達到該標準，可借助灌注混凝土用的導管，利用空壓機設備進行氣舉反循環(huán)清孔。因其直接將孔底沉渣自導管排出且返流速度快，不僅用時短，而且可以清除顆粒較大的沉渣。
3、緊湊的施工組織
孔底沉渣厚度與孔內(nèi)泥漿靜置時間是正相關的，靜置時間越長，沉渣越厚，越容易出現(xiàn)塌方等事故，所以要加快鋼筋籠搭接焊和下導管的速度。鋼筋籠搭接焊可以增加人手，能用新工藝（如螺紋連接）的可以優(yōu)先采用；下導管前事先連接每兩節(jié)導管，做好導管長度搭配的設計，檢查好導管間的螺紋連接可靠性；使用得力的作業(yè)平臺等。
4、灌注混凝土措施
為減少二次清孔到混凝土灌注前這段時間孔底沉渣對成樁質(zhì)量的影響，可采取如下兩點措施：
（1）使用球閥閉水，減少導管內(nèi)前端混凝土在灌注過程中遇水離析而增大孔底混凝土泛起阻力；
（2）在斗內(nèi)混凝土達到一半左右時提升閥門灌注混凝土，同時要開足混凝土攪拌車馬力向漏斗內(nèi)灌注混凝土，以保證一定的混凝土高度和連續(xù)性，確保將孔底沉渣壓返到混凝土面以上。
四、解決效果
按照上述措施處理后，成孔質(zhì)量明顯提高：孔內(nèi)泥漿含砂率大幅降低至百分之五以內(nèi)；一次清孔后下放鋼筋籠順利完成，二次清渣量明顯減少；沒有出現(xiàn)大的孔壁塌方，混凝土灌注量略高于設計用量，控制在了合同允許的1.06充盈系數(shù)以內(nèi)。
小結(jié)：
用旋挖鉆機鉆進深厚砂層時，要從泥漿配置、鉆具選擇、操作方法等方面做好預防砂土進入泥漿的措施；要做好施工組織，確保各工序間的有序連接，快速施工減少沉渣；選擇專用清孔鉆具一次清孔，并借用混凝土灌注導管結(jié)合氣舉反循環(huán)二次清孔可確保沉渣厚度達標。

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