淺談公路橋梁下伏采空區(qū)鉆孔施工

【摘要】本文以307國道復(fù)線陽泉市坡頭至水峪段一級公路半坡大橋煤礦治理工程為背景，探討了鉆孔施工以及施工中遇到的問題及其處理方法，為類似工程提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】采空區(qū)；鉆孔施工；高速公路

一、工程概況

307國道復(fù)線陽泉市坡頭至水峪段一級公路西起郊區(qū)平坦鎮(zhèn)坡頭村，東止平定縣巨城鎮(zhèn)水峪村。采空區(qū)第三合同段半坡大橋在擬建一級公路K11+070～K11+466之間，位于平坦鎮(zhèn)半坡村南。鉆孔總計(jì)166個(gè)。其中帷幕孔47個(gè)，注漿孔119個(gè)。

二、地質(zhì)條件

1、地層巖性

大橋揭露地層自上而下分別為第四系（Q）松散層、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）。地層巖性為一套海陸交互相沉積，主要巖性以泥巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖、石灰?guī)r及煤組成?？刹擅鹤陨隙路謩e為3#、12#、15#煤層是本次采空區(qū)治理的主要對象。

①第四系松散沉積層（Q）：上部為粉土、亞粘土，灰黃～黃褐色，亞粘土粉粒質(zhì)含量較高，夾亞砂土薄層，軟塑狀。下部亞粘土，含鈣質(zhì)結(jié)核，軟～硬塑狀。該層一般厚度為29.4～57.9m之間，平均厚度為43.0m。

②二疊系山西組（P1s）：巖性以灰色泥巖、灰白色砂巖為主，局部夾薄層石灰?guī)r。主要含煤地層為3#煤層，煤層分布較穩(wěn)定，一般厚度1.0～2.6m，平均厚度1.56m。

③石灰系太原組（C3t）：巖性以灰色泥巖、灰白色砂巖為主，局部夾厚層石灰?guī)r。主要含煤地層12#、15#，其中12#煤層分布穩(wěn)定為可采煤層，一般厚度0.4～3.6m，平均厚度2.1m；15#煤層厚度較大分布穩(wěn)定為可采煤層，一般厚度2.5～6.8m，平均厚度6.0m。

2、地質(zhì)構(gòu)造

大橋區(qū)域內(nèi)地層總體走向北西，傾向南西，傾角小于15°，為簡單的單斜構(gòu)造。局部有褶皺，未見斷裂構(gòu)造或其他巖漿侵入體。

3、采空區(qū)特征

由于該采空區(qū)處在特殊的地質(zhì)環(huán)境下，與以往公路建設(shè)中所遇到的采空區(qū)相比具以下特點(diǎn)：

①采空區(qū)內(nèi)煤層從緩傾斜到急傾斜。煤層采出后頂板巖層的變形形式以塌陷槽、抽冒為主。

②該區(qū)可采煤層為12#、15#煤層，多層開采使采空區(qū)塌陷、冒落更為嚴(yán)重，局部可形成離層現(xiàn)象。

③重復(fù)開采時(shí)影響采空區(qū)塌陷變形的穩(wěn)定性，使采空區(qū)的變形情況更為復(fù)雜化。

三、鉆孔機(jī)械

合理的選擇施工機(jī)械，可以大大節(jié)約施工成本和工期，根據(jù)工程機(jī)型性能、地質(zhì)條件及工程量，主要采用鉆孔機(jī)械設(shè)備如下表：

鉆孔主要機(jī)械設(shè)備

四、鉆孔施工

1、施工放樣

施工放樣采用坐標(biāo)放樣法，按設(shè)計(jì)文件上的孔位坐標(biāo)，用索佳智能全站速測儀逐孔測量放點(diǎn)，木樁編號標(biāo)記。施工要求橋墩、臺(tái)及隧道上的鉆孔孔位誤差不得超過設(shè)計(jì)位置的±0.5m，其它鉆孔孔位誤差不得超過設(shè)計(jì)位置的±1.0m。

施工放樣166個(gè)鉆孔，其中帷幕孔47個(gè)，注漿孔119個(gè)。個(gè)別因受地形、地表建筑物等影響的鉆孔，項(xiàng)目部經(jīng)過多方努力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，未進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。

2、鉆孔施工工藝

鉆孔施工包含測量、鉆機(jī)就位、安裝、施工鉆進(jìn)、鉆孔變徑、測斜、提交資料等工作，其具體工作流程詳見：鉆孔施工工藝流程圖。

3、鉆孔施工

（1）施工過程

鉆機(jī)施工前，應(yīng)對動(dòng)力系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、鉆塔等各部位進(jìn)行認(rèn)真檢查。初時(shí)鉆進(jìn)，應(yīng)控制進(jìn)尺及鉆壓，鉆孔作業(yè)必須連續(xù)進(jìn)行，不得在的中斷。因故必須停鉆時(shí)，必須提起鉆桿、巖芯管、鉆頭，防止埋鉆，孔口必須加蓋防護(hù)。鉆進(jìn)結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行鉆孔沖洗，孔內(nèi)沉渣不得堵塞注漿區(qū)域。當(dāng)鉆孔終孔未注漿前，孔口應(yīng)加蓋防護(hù)，防止雜物掉入孔內(nèi)，影響后續(xù)施工。

（2）鉆孔成孔結(jié)構(gòu)

按設(shè)計(jì)要求，開孔孔徑不小于

φ127mm，鉆至完整基巖5～6m后，

變徑φ89mm鉆進(jìn)至終孔，詳見下圖：鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖。

（3）鉆孔終孔要求

孔位：橋墩、臺(tái)、隧道≤0.5m，其它≤1.0m；

孔斜：每百米孔斜不超過1°；

孔深：終孔層位為15#煤層采空區(qū)冒落帶或煤層底板下0.5m。

巖芯采取率：采空區(qū)上覆地層巖芯采取率>60%，采空塌陷部位巖芯采取率>30%。

（4）鉆探技術(shù)要求

①施工鉆機(jī)必須嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)文件規(guī)定的技術(shù)要求，采用回轉(zhuǎn)清水鉆進(jìn)，第四系松散地層可以采用跟管鉆進(jìn)或泥漿護(hù)壁。

②鉆探記錄員應(yīng)嚴(yán)格、認(rèn)真填寫規(guī)定的各類原始記錄表，對鉆進(jìn)過程需詳細(xì)準(zhǔn)確記錄。

③橋墩、臺(tái)及終孔深度大于150m鉆孔要求測斜，測斜標(biāo)準(zhǔn)每百米孔斜不應(yīng)超過1°。

④按設(shè)計(jì)要求，總孔數(shù)5%的鉆孔要求為全取芯孔，對取芯鉆孔采空區(qū)上覆地層巖芯采取率>60%，采空塌陷部位巖芯采取率>30%。

⑤對非取芯鉆孔應(yīng)盡量在預(yù)計(jì)采空區(qū)位置以上15～20m處至采空區(qū)底板以0.5m范圍內(nèi)取芯，以便判斷采空區(qū)的性質(zhì)。

⑥鉆孔終孔后，經(jīng)驗(yàn)收合格，方可進(jìn)入下一道工序。

4、鉆孔資料整理

所有鉆孔自定位開始至終孔驗(yàn)收，均由專業(yè)技術(shù)人員嚴(yán)格把關(guān)，內(nèi)容需填報(bào)及時(shí)準(zhǔn)確、真實(shí)可靠。

五、施工問題及處理措施

1、孔壁坍陷問題

原因分析：①施工工藝控制不當(dāng)，對地質(zhì)條件關(guān)注不夠，未根據(jù)土質(zhì)實(shí)際情況采用合適的泥漿和成孔工藝，導(dǎo)致泥漿護(hù)壁質(zhì)量差；②對清孔的沖洗液和孔底沉渣控制不嚴(yán)，導(dǎo)致泥漿粘度和密度降低，孔壁靜水壓力衰減，孔壁牢固度降低；③在松散砂土中鉆進(jìn)過快，或在某一處空轉(zhuǎn)時(shí)間過長，或用給水管直接沖刷孔壁；

處理辦法：①發(fā)生孔壁坍陷，應(yīng)暫停施工判明坍陷部位并認(rèn)真分析原因。②認(rèn)真分析地層結(jié)構(gòu)，成孔選擇合適的方法和機(jī)具；③及時(shí)檢測泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)后方可施工；④加強(qiáng)鉆孔的現(xiàn)場管理，鉆進(jìn)速度和空轉(zhuǎn)時(shí)間要控制適宜。

2、鉆孔偏斜

原因分析：施工中，經(jīng)常發(fā)生鉆孔偏斜的問題，造成該問題的主要原因?yàn)橛幸韵氯N：①場地不平②鉆機(jī)機(jī)臺(tái)不平③施鉆不當(dāng)。

處理措施：詳見《鉆孔防斜與糾偏措施一覽表》

3、縮頸問題

原因分析：塑性土膨脹，使孔徑小于設(shè)計(jì)尺寸。

處理措施：①選用密度、膠體率、黏度相對較大的質(zhì)量高的泥漿，盡可能降低失水量；②將合適數(shù)量的合金刀片焊接于導(dǎo)正器外側(cè)，起鉆或鉆進(jìn)時(shí)可發(fā)揮掃孔作用；③成孔時(shí)加大泵量，提高成孔的速度，孔壁則不會(huì)滲水和引起膨脹；④采用上下反復(fù)掃孔的辦法擴(kuò)大孔徑消除縮頸。

4、卡鉆、埋鉆

（1）發(fā)生原因：①主要是碎石層護(hù)壁不夠牢固，導(dǎo)致個(gè)別大孤石滾落造成卡鉆；②碎石層中或12#煤層冒落帶填充物中碎石下落；③大橋施工中發(fā)生埋鉆事故，分析原因主要15#煤層采空區(qū)冒落帶塌孔造成。

（2）處理措施：①根據(jù)鉆進(jìn)記錄顯示，鉆進(jìn)過程中在碎石層曾發(fā)生過偏孔現(xiàn)象，因此推斷孔位位置有較大孤石，且卡鉆位置與偏孔位置基本一致，采用鋼軌制小鉆頭反復(fù)沖擊的方法，可將大孤石卡鉆部分砸碎解決卡鉆問題；②為防止碎石下落造成卡鉆，在穿越碎石層、冒落帶時(shí)，向孔內(nèi)拋填熟黏土團(tuán)，同時(shí)調(diào)高泥漿比重。③預(yù)防冒落帶段塌孔造成埋鉆，進(jìn)入15#煤層采空區(qū)后加強(qiáng)鉆機(jī)管理，達(dá)到要求及時(shí)終孔。若事故發(fā)生可采用送水慢速轉(zhuǎn)動(dòng)或上下串動(dòng)鉆具，使粘附的泥餅和巖粉松動(dòng)，也可用吊錘上下?lián)舸颍蝗艮D(zhuǎn)動(dòng)依舊無效，說明粘附嚴(yán)重，可用反絲鉆桿，反出孔內(nèi)鉆桿，當(dāng)反到粘附處，阻力很大，立即停止，下鉆具進(jìn)行沖孔，待沖洗后再進(jìn)行反，直至反完孔內(nèi)鉆桿；若反完鉆桿，鉆具仍提拉不動(dòng)，可先用吊錘打，若無效，再反掉巖心管接頭進(jìn)行鉆透，直至取上粗徑鉆具。

六、施工安全注意事項(xiàng)

（1）當(dāng)班人員必須佩戴安全帽，上下塔架必須采取安全保護(hù)措施。

（2）鋼絲繩勤檢查、勤保養(yǎng)，斷絲超過規(guī)定值時(shí)需及時(shí)更換。

（3）起落鉆頭速度應(yīng)均勻，不得突然加速，避免碰撞套管和孔壁。

（4）對工人應(yīng)進(jìn)行安全教育，操作規(guī)程教育，嚴(yán)防發(fā)生工程質(zhì)量和人身事故。

（5）由于該礦區(qū)煤層為高瓦斯煤層，鉆孔時(shí)為防止有害氣體冒出，項(xiàng)目部需派專人配備瓦斯鑒定器在施工現(xiàn)場巡回監(jiān)測。

七、結(jié)束語

此大橋下伏采空區(qū)地質(zhì)復(fù)雜，通過仔細(xì)研究各工點(diǎn)的地質(zhì)情況，針對不同的地質(zhì)采取了不同的處理措施，很好地解決了施工出現(xiàn)的問題，保證了下一工序鉆孔注漿的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]任紅旗. 煤礦采空區(qū)鉆孔注漿治理工藝，2001，（6）.

[2]徐正.淺議橋梁樁基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工技術(shù)，2010，（3）.