富水砂卵石大漂石地層旋挖樁施工技術(shù)

呂攀

摘 要：以成都地鐵4號線二期工程某車站為例，對富水砂卵石大漂石地層旋挖樁施工技術(shù)進(jìn)行了研究。解決了在富水砂卵石大漂石地層中旋挖鉆機(jī)成孔難、孔斜不易控制，砂卵石地層級配不連續(xù)，大漂石含量較多，地層架空現(xiàn)象嚴(yán)重，易漏漿塌孔等問題，對類似工程尤其是成都市富水砂卵石大漂石地層中地鐵圍護(hù)樁工程施工有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：大漂石;旋挖樁;鉆頭改進(jìn);施工技術(shù)

中圖分類號： TU32.3 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）30-61-3

1 ?工程概況

成都地鐵4號線二期工程光華公園站位于成都市溫江區(qū)，旋挖樁穿越地層主要為砂土、砂卵石土，卵石粒徑一般為40～200mm，漂石含量約5%～20%，平均漂石含量20.9%，局部地段富集，漂石粒徑集中在200～400mm。

2 ?旋挖鉆機(jī)選型

由于地層中漂卵石粒徑大，石質(zhì)堅(jiān)硬程度分類均為堅(jiān)硬巖，孔斜不易控制，對鉆機(jī)功率、扭矩及鉆壓等相關(guān)性能參數(shù)要求較高，需達(dá)到中型旋挖鉆機(jī)要求。

現(xiàn)場比選的旋挖樁施工鉆機(jī)有三種，分別是中冶京誠的R258C型旋挖鉆機(jī)，徐工的XR2200型旋挖鉆機(jī)，中聯(lián)重科的ZR250B型旋挖鉆機(jī)，均為中型旋挖鉆機(jī)。通過在現(xiàn)場隨機(jī)對三種鉆機(jī)地鉆進(jìn)功效進(jìn)行收集比選，得出了各鉆機(jī)在本地層條件下的實(shí)際鉆孔功效。（見表1）

經(jīng)比選，投入R258C型旋挖鉆機(jī)進(jìn)行圍護(hù)樁施工。該鉆機(jī)最大輸出扭矩達(dá)到250kN.m，最大加壓力為180kN，發(fā)動機(jī)功率為261kW，自重75t。在施工研究過程中，該鉆機(jī)的性能、成孔速度及質(zhì)量完全滿足要求。

3 ?旋挖鉆頭改良施工技術(shù)

3.1 旋挖鉆頭選取

旋挖鉆進(jìn)施工鉆孔灌注樁選用合適的鉆頭對減少鉆頭本身的消耗、節(jié)約能源、提高成孔的速度和質(zhì)量以及整個施工效率的提高起著至關(guān)重要的作用。鉆頭選用不合適會導(dǎo)致鉆頭本身消耗增加，浪費(fèi)設(shè)備動力能源，還可能會因成孔速度慢而導(dǎo)致孔內(nèi)事故。

旋挖鉆頭的選用必須以鉆遇地層為前提，根據(jù)鉆遇地層選用合適的鉆頭不僅僅是技術(shù)問題，更加是經(jīng)濟(jì)問題?？茖W(xué)地選擇鉆頭及合理的使用鉆頭，在一定程度上能豐富旋挖鉆機(jī)的施工工藝，拓寬旋挖鉆機(jī)的施工領(lǐng)域，提高施工工效、降低成本、縮短工期，而且在環(huán)保、能源消耗、孔內(nèi)事故等等方面能收到很好的效果。

旋挖截齒鉆頭和開體鉆頭都是旋挖鉆機(jī)施工中應(yīng)用最為廣泛的鉆頭，適用于砂卵石地層，在生產(chǎn)性試驗(yàn)階段，采用這兩種鉆頭進(jìn)行對比試驗(yàn)。

施工中發(fā)現(xiàn)，由于開體鉆頭開口過大，而本地層膠結(jié)性較差，當(dāng)鉆渣裝滿鉆斗后再提渣過程中容易造成大量鉆渣掉落，從而降低了鉆孔功效，而雙層底的旋挖鉆頭主要適用于砂土、膠結(jié)較差粒徑較小的卵石層，濕孔鉆進(jìn)條件下使用雙層底旋挖鉆斗也可有利于孔底的清孔施工。雙開門孔底雙面吃土，鉆具穩(wěn)定性好，不易偏，切削齒為截齒，適合于砂卵石地層。

因此，本工程選用雙底雙開門截齒鉆頭。

3.2 旋挖鉆頭改進(jìn)

雖然雙底雙開門截齒鉆頭在本地層中的施工功效要優(yōu)于開體鉆頭，但針對本工程大漂石砂卵石地層條件，尤其是卵石土地層卵石粒徑>25cm較多的情況，也存在鉆頭截齒磨損大、施工成本高、鉆進(jìn)速度慢進(jìn)而導(dǎo)致塌孔等情況。普通鉆頭底面開口僅能吃進(jìn)粒徑<25cm的漂卵石，對于粒徑>25cm的漂卵石，需鉆機(jī)對其施加壓力，利用截齒將其切削磨碎后裝入鉆斗中進(jìn)行吃土鉆進(jìn)。這樣就存在截齒磨損大，增加了施工成本，加大了對地層的擾動，增加了塌孔的可能性，不利于孔斜的控制，影響鉆進(jìn)速度的問題。（見圖1）

圖1 ?新截齒與廢截齒磨損對比

根據(jù)上述普通鉆頭在本地層中遇到的問題，對鉆頭采取了有針對性的技術(shù)改良，即對底面開口部位進(jìn)行切削，增大其開口尺寸，在旋挖鉆進(jìn)時能吃進(jìn)粒徑>30cm的漂卵石，從而加快鉆進(jìn)速度，降低施工成本。（見圖2、圖3）

普通雙底雙開門截齒鉆頭經(jīng)過上述改造后，加快了旋挖鉆進(jìn)速度，減少了截齒用量，成孔質(zhì)量滿足要求，改良效果明顯。（見表2）

4 ?護(hù)壁化學(xué)泥漿的應(yīng)用

在試樁階段，按照試樁方案，采用的是常規(guī)的膨潤土泥漿護(hù)壁。本工程范圍內(nèi)卵石土層滲透系數(shù)k取18～35m/d，為強(qiáng)透水層，且場地地下水位埋深為5～8m，地下水位高，存在護(hù)壁泥漿流失現(xiàn)象，造成泥漿浪費(fèi)，配合比不易控制，進(jìn)而導(dǎo)致無法形成護(hù)壁泥膜或形成泥皮黏附力差，易于脫落，導(dǎo)致孔壁穩(wěn)定性差，易塌孔。膨潤土泥漿鉆渣沉淀速度慢，清孔時鉆渣很難同時沉淀下來，往往在首次清孔后，下完鋼筋籠，二次清孔前沉渣厚度均超過1m，需要進(jìn)行二次清孔，水下混凝土澆筑過程中，仍有大量鉆渣沉淀，影響樁身質(zhì)量。另外，地鐵施工的環(huán)保要求很高，而采用膨潤土泥漿需在場地內(nèi)新建造漿及輸將臨建設(shè)施，廢棄泥漿需采取措施進(jìn)行外運(yùn)，不但增加了施工成本，也不利于文明環(huán)保施工。

在本工程中水文地質(zhì)條件下，需要較大黏度的泥漿達(dá)到穩(wěn)定的護(hù)壁效果，徹底解決鉆孔過程中的塌孔問題，同時，要求鉆渣沉淀速度快，確保樁身質(zhì)量。經(jīng)過反復(fù)對比研究，決定采用化學(xué)聚合物泥漿。本工程中采用聚丙烯酰胺（PAM）化學(xué)聚合物泥漿并摻加氫氧化鈉改善性能。

化學(xué)聚合物泥漿主要由高分子聚合物水解后形成。由于泥漿聚合物分子量高達(dá)1800萬以上，水解后分子璉擴(kuò)散并會與其他分子璉重新連接，故會形成較為黏稠的近似糊狀的泥漿，能夠最大限度地粘住并沉淀鉆屑。該泥漿體系能對孔壁提供壓力，防止在不穩(wěn)定地層中鉆孔的坍塌;同時最大化旋挖鉆的裝載能力，提高掘進(jìn)速度。（見表3）

由于化學(xué)聚合物泥漿本身的快速沉淀鉆屑性能，在成孔時孔內(nèi)懸浮鉆屑就已經(jīng)非常少了，所以在鋼筋籠后測量沉渣厚度均不超過10cm，根據(jù)實(shí)際情況可不進(jìn)行二次清孔，有效提高了成孔效率和成樁質(zhì)量，體現(xiàn)了較膨潤土泥漿的優(yōu)越性。泥漿總是保持清澈透明，鉆具鉆桿表面干凈，在孔內(nèi)由于鉆具連續(xù)運(yùn)動，聚合物泥漿和水混合的越均勻黏度就越強(qiáng)，凝聚力也就越快，泥漿在孔內(nèi)內(nèi)也沒一點(diǎn)雜質(zhì)沉淀。無毒無污染，廢漿易于降解處理，有利于文明環(huán)保施工。

5 ?結(jié)語

在富水砂卵石大漂石地層進(jìn)行旋挖樁施工，適宜采用中型旋挖鉆機(jī)，并通過試驗(yàn)比選出可靠的鉆機(jī)品牌及型號，從設(shè)備選型方面保證成孔速度及質(zhì)量。

雙底雙開門截齒鉆頭是適合在富水砂卵石大漂石地層中旋挖成孔施工中采用，并對普通鉆頭進(jìn)行改造后，加大底部開口尺寸，從而加快了旋挖鉆進(jìn)速度，減少了截齒用量，成孔質(zhì)量滿足要求，改進(jìn)效果明顯。

通過實(shí)踐對比出了在富水砂卵石大漂石地層中旋挖成孔中采用化學(xué)泥漿的優(yōu)越性，以及通過試驗(yàn)得出了適合本地層施工的配合比。

參 考 文 獻(xiàn)

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