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旋挖钻机流砂层施工工法详解

发布时间:2015-07-17 10:21:38 点击次数:

    粉砂、细砂、砾砂层等地层受结构松散、地下水位高、抗剪强度较差的影响,工程施工中特别容易发生潜蚀,塌孔等现象,造成扩径、超方、泥浆含砂量高、沉渣层过厚等施工质量问题,甚至会发生局部坍塌或桩孔整体坍塌,进而埋钻等严重后果。在该地层施工最安全的方法是采用全护筒,但由于代价昂贵,很难在国内使用。在目前国内现有条件下,只能通过有效使用泥浆护壁和改进钻进操作方法等工艺手段,来防止事故发生,最大程度降低事故出现率,提高成孔合格率。


一、案例解析
    某建筑企业在安徽省巢湖市和县施工,现场使用的是旋挖钻机成孔桩径1.8m,成孔桩深48m。在地下20~35m处为粉细砂地层,周围河流众多、地下水丰富,砂粒处于悬浮状态而失去稳定,能随渗流的水一起流动,形成流砂现象。
二、问题分析
    现场观察地质条件,结合现场钻取出的钻渣,发现该工程钻进的难点主要有两点:
(1)上部有8m厚的流塑状淤泥质粘土,中间是15m左右的流砂地层,下部是中风化的砂岩,钻进中易出现塌孔、吸钻,缩颈现象。需配置合理的泥浆,在钻进过程中起到较好的护壁作用;
(2)在钻进至流塑地层时,需注意操作方式的调整,过多的扰动很可能导致孔壁意外事故的发生。
三、解决措施
    解决塌孔问题主要在于防止初始塌孔的形成,防止发生连续塌孔的恶性循环,即:解决塌孔主要在于防,而不是在于救。
(1)合理调配泥浆,针对流塑地层的特点,需要配置高粘度,中等容重的泥浆进行护壁。鉴于国内膨润土质量好坏不一、泥浆粘度要求较高等原因,泥浆的配比可按照如下方案:
    水:膨润土:CMC:纯碱=1000:140:2.5:4,并加入少许粘土搅拌均匀后,控制泥浆容重在1.20左右,粘度不小于45s,PH〉8。尤其值得注意的是:在泥浆池中加入膨润土、纤维素、纯碱后需静置一段时间(24小时),待膨润土完全水合后,在泥浆池中倒入粘土,用长臂小挖掘机充分搅拌。且在开钻前2小时用小挖掘机再次搅拌,开钻前检测所配置的泥浆是否达到要求(挖掘机搅拌过程中应时刻注意测量泥浆各参数值,达到工程所需值后即可停止搅拌),否则再向泥浆池中酌情添加原料;
(2)在钻头上设置通气孔,保证提钻过程中钻头上下泥浆流动,防止出现提钻过程中的真空现象;
(3)保持泥浆液面高出地下水水面2~3m,可以通过加高护筒或在孔周围设置粘土坝来实现;
(4)调整操作方式:控制泥浆液面,并在钻孔过程中始终保持距护筒上边缘30~40cm。(特别在提钻时)。钻至软土及砂层时:软土和砂土层为易塌孔地层,操作时要尽量注意减少对孔壁的冲刷和扰动,操作方法严格遵循“三慢”原则:即提、放钻及钻进转速慢,通过严格控制钻具的运动速度,来减少泥浆对孔壁的扰动,并为泥皮形成留足时间;地面观察:时刻关注泥浆液面,当发现泥浆液面突然下降且大量泡沬涌出时,可判断出现局部塌方,应马上停止钻进并保证在钻斗斗底打开的情况下,缓慢地提升钻头,防止因扰动而引起二次塌方;局部塌方事故处理:当发现有局部塌方时,继续向孔内注入泥浆同时提出钻头,用挖掘机向孔内倾倒足量粘土,然后下放钻头反转压实粘土,边压边反转,待稳定后再用前文所述方法钻进。
    在操作的过程中要注意如下事项:在钻进过程中还应时刻注意泥浆液面,若发现有塌方迹象时应尽快采取相应措施;保持泥浆液面高度,勤加泥浆;在整个钻进过程中,提、放钻头一定要非常缓慢;注意钻机沉降情况,一旦发现异常立即安排钻机离场,现场人员及时撤离。
四、解决效果
    通过以上改进效果明显:钻进过程中没有出现塌孔、吸钻、埋钻等不良现象。钻进效率较高,降低了施工成本,提高施工效益。
五、工法小结
    流砂地层的钻进只要选择的工法适当,稳定,高效的钻进是可以实现的,施工中需满足三方面的要求:科学的泥浆配置,合理的钻进方式,充分的施工准备,流砂层钻进将不再是旋挖钻机施工范围扩大路上的绊脚石。
    随着国内基础建设热潮的兴起,大型工程项目陆续开工建设,施工工艺不断成熟,在这一背景下,工法技术的不断研发、推广,对于国内在高铁,高速公路,快轨,特大桥梁等大型工程建设项目会有一个很好的推动作用。


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