旋挖鉆機在巖溶地區(qū)的施工工藝工法

陶橋生

（廣西恒橋基礎工程有限公司，廣西 桂林541001）

旋挖鉆機是一種鉆進能力非常強的挖鉆設備, 幾乎所有的泥、巖地質(zhì)條件都可以使用該機器進行鉆孔和挖進,而且成孔質(zhì)量比較可靠,對環(huán)境造成地污染也比較小,施工優(yōu)勢十分突出,所以近年來被得到了廣泛應用。其中巖溶地區(qū)施工工程中應用尤為頻繁,因為泥、巖的物理力學性質(zhì)比較特殊,常規(guī)鉆孔方法經(jīng)常會出現(xiàn)吸鉆、打滑或者糊鉆等問題,而新研制的旋挖鉆機功能完善,可以根據(jù)實際施工情況靈活切換操作模式, 能夠有效消除傳統(tǒng)施工模式中的缺陷,最大程度提高鉆進施工效率,增強施工工藝的適用能力和范圍。

1 旋挖鉆機施工工藝工法

1.1 整平場地

確定旋挖鉆機所處的位置,對其進行夯實,對場地進行整平處理,提升其平整度,確保混凝土罐車、吊車與鉆機等施工機械施工安全并能夠順暢地進出現(xiàn)場,水、電及現(xiàn)場道路均需滿足施工標準。

1.2 開展測量定位

開工前期,結(jié)合設計圖紙,復核樁基坐標信息,檢查測量儀器是否滿足使用標準,確定測量儀器合格之后即可應用。對地面標高進行測量,確定施工平臺標高,精準地將樁基的中心位置找出,埋設護筒后,繼續(xù)復核樁位,同時安裝使用十字護樁。

1.3 準備鉆機

所用的是履帶式旋挖鉆機設備,通過自有的行走系統(tǒng),調(diào)整鉆機,進行行走就位與對中,完成對中之后,對樁基所對應的中心相對坐標進行鎖定與設置,在檢查鉆桿垂直度時,通過鉆機操作室內(nèi)的儀表顯示及全站儀輔助檢測。

1.4 進行護筒埋設工作

使用鋼板為原材料來制作護筒,內(nèi)徑超過樁徑約20cm,護筒高度為200 到300cm(如遇易塌陷的松軟地層,則根據(jù)實際情況增加護筒高度),啟動旋挖鉆機給護筒施加壓力,使其進入到土層內(nèi)部,設計的樁中心與護筒中心應當保持一致,中心偏差需控制在5cm之內(nèi),傾斜度偏差需低于1%,護筒頂面部位標高應當高于地面,具體高度約為0.3m。

1.5 復核樁基位置并放樣

埋設護筒之后,需在啟動鉆機前,查看樁基所處的位置,確定樁基位置是否產(chǎn)生偏差。

1.6 開挖沉淀池與泥漿池,調(diào)制泥漿材料

合理運用各種泥漿材料和功能不同外加劑:膨潤土主要發(fā)揮出造漿的作用,對比粘土,其可以形成更高的造漿率,泥漿也可以形成更好性能； 使用纖維素能夠使孔壁處以比較快的速度生成薄膜,縮減失水率,控制滲透水量,強化保水性能；應用工業(yè)純堿,使泥漿形成更大的pH 值,分散泥漿材料中的顆粒,顆粒表面形成更多的負電荷,水化膜厚度增加,同時吸附能力也有所提升,泥漿可以保持更強的穩(wěn)定性與更高的膠體率。

1.7 鉆孔要點

對鉆桿垂直度展開復核,主要通過旋挖鉆機配備電子控制系統(tǒng)顯示并調(diào)整鉆桿的垂直度,實施旋挖鉆進期間,處于護筒刃腳部位時,需轉(zhuǎn)換為低檔,以緩慢的速度繼續(xù)鉆進,從而確保刃腳部位設有牢固穩(wěn)定的護壁。鉆進到刃腳下方1m,結(jié)合土質(zhì)變動調(diào)整速度持續(xù)鉆進,面對粉砂層,調(diào)慢速度,將空鉆循環(huán)圈數(shù)增加,強化護壁效果,及時清理現(xiàn)場泥漿。發(fā)現(xiàn)底層出現(xiàn)變動或者鉆進2m 的深度時,需確定土質(zhì)與進行信息記錄,核查設計資料。旋挖鉆進期間,必須復測樁基的樁位,在鉆進過程及終孔后,使用檢孔器進行檢測,確定孔徑與垂直度,結(jié)合其變動對鉆頭直徑加以調(diào)整。鉆進期間,對泥漿的基本指標展開監(jiān)測,重點檢測含砂率與比重。在旋挖機鉆進的同時,應用泥漿泵,將泥漿注入孔中,孔內(nèi)需保持水頭高度。

1.8 實施成孔檢測

樁基成孔之后, 通過檢孔器對孔的孔徑與中心位置實施檢測,檢測孔深時直接運用測繩,提前通過鋼尺對測繩的實際長度展開復核。

1.9 清孔處理

檢孔工作結(jié)束后,啟用平底撈砂鉆頭實施清孔掏渣,清孔期間,速度不能過快,在此環(huán)節(jié)中同樣需保障孔中維持水頭高度。

2 案例分析

2.1 工程概述

湘桂線北起湖南永州,南至廣西柳州,經(jīng)由永州地區(qū)、桂林地區(qū)及柳州地區(qū),區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖地層廣泛分布,巖溶發(fā)育,全線可溶巖長度約為250km,占線路長度的69%左右,巖溶發(fā)育段長約160km,尤以桂林地區(qū)巖溶最為發(fā)育,地質(zhì)極其復雜。橋址所處位置屬沖積平原地貌,相對高差2m以內(nèi),絕對高程147～152m,地表覆土較薄,局部基巖裸露,橋區(qū)大部分位于水田段,巖溶極為發(fā)育,其中12#墩下部發(fā)育一個深約50～60m的大溶洞, 充填軟塑狀粘土； 44#墩下發(fā)育一個深約18～30m的大溶洞,為空洞。

2.2 問題分析

巖溶地貌或稱為喀斯特地貌,在溶蝕性地下水的長期綜合作用下形成,可以使用樁工設備,特別是入巖旋挖鉆機,用來在巖溶地質(zhì)進行施工。本工程中的灰?guī)r巖溶地質(zhì)的施工難點主要在于地質(zhì)條件的復雜性和施工中不可預見的因素太多,地層巖性自上而下主要為上覆第四系全新統(tǒng)人工填筑土(Q4ml),沖洪積(Q4al+pl)淤泥、淤泥質(zhì)粘土、粘土,下伏石炭系下統(tǒng)(C1y)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾白云巖。橋區(qū)下伏灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾白云巖,巖溶強發(fā)育,部分地段發(fā)育串珠狀溶洞,大部份為空溶洞,部份呈全充填軟塑狀粘土或淤泥或半充填狀態(tài)。由于灰?guī)r等可溶巖基巖面一般有溶蝕現(xiàn)象,局部易參差不齊,引起巖層面高差不一,常見斜巖地質(zhì)情況發(fā)生。橋止范圍地質(zhì)構(gòu)造覆土較薄,局部稍厚,下伏基巖質(zhì)硬性較脆,巖體完整性較好,部分地段基巖出露,層理不清,代表性巖層產(chǎn)狀:N42°W/17°SW。未見明顯構(gòu)造跡象。

2.3 工法改進措施

2.3.1 鉆具改進措施

針對溶洞地質(zhì),要采用直筒型鉆具,在滿足作業(yè)要求的基礎上,將鉆筒高度調(diào)節(jié)到最大,甚至專門定制加高、加厚、加密鉆具。如果在施工期間空溶洞較深,遠遠超出鉆斗高度,就要求鉆斗具有導向功能,避免出現(xiàn)偏移的現(xiàn)象。在遇到一些堅硬度較高的硬巖地質(zhì)時,則要采用筒式鉆頭或者牙輪鉆頭。在普通型鉆頭的基礎上,增加一定的鉆齒,還要額外增設無齒葉片,可以達到增加導向能力的作用。不同鉆具的改進方法有所不同,具體如下:一是筒鉆及撈砂鉆頭,這類鉆頭容易出現(xiàn)卡鉆的問題,為此要額外增加導向結(jié)構(gòu),同時結(jié)合作業(yè)需求選擇操作方式,才能避免上述問題。二是螺旋鉆頭,要結(jié)合作業(yè)需求增加最大外徑鉆齒。三是補開排漿孔,施工之前準備足夠原料,包括泥漿、水資源等,一旦出現(xiàn)嚴重漏漿問題,可以快速補充漿液,為提鉆排漿提供便利,還需要補設排漿口。

2.3.2 溶洞穿越方式研究

一是溶洞頂板穿越方式,結(jié)合收集到的地勘報告作業(yè),在距離溶洞頂板500mm以后,可以更換筒鉆,采取研磨方式逐漸鉆進,直到穿越頂板,施工期間要注意預防卡鉆問題。該項目的45#--4 號樁較為特殊,勘察后發(fā)現(xiàn)溶洞頂板超出預計厚度2m,而地質(zhì)勘查報告顯示為0.7m,只能將地質(zhì)勘查報告作為參考依據(jù),操作時還需要仔細觀察,判斷地層實際情況。開孔鉆進作業(yè)持續(xù)較長時間,并且隨著鉆具不斷深入,底板厚度也在不斷增加,只能更換筒鉆及螺旋鉆,取出大量的水晶顆粒及巖芯。二是進入溶洞后操作要領,選用嵌巖雙底撈砂斗,操作采用輕加壓鉆進,禁止大加壓力鉆進,以防出現(xiàn)斜孔現(xiàn)象而導致卡鉆。

3 結(jié)論

總而言之,巖溶地區(qū)由于地質(zhì)條件比較特殊,所以其施工難度要比常規(guī)條件下的施工工程高出許多,針對該類地層,必須采取妥當?shù)你@孔方法,才能順利高效地按照施工要求完成基礎施工操作。大量實踐證明,旋挖鉆機在巖溶地區(qū)施工工程中的應用具有很強的實際作用價值,通過合理選用鉆機操作方式、更換鉆具或者調(diào)整鉆齒的布置等,可以獲得良好的泥巖地層成孔效果,有效降低施工常見質(zhì)量通病的發(fā)生概率, 在提高施工效率的同時也保證了施工質(zhì)量,對促進我國針對巖溶地區(qū)的施工工程整體水平具有十分積極的促進作用。