黏土在松散地層護(hù)壁堵漏的工程實(shí)踐

楊 小 麗

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024;2.山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

在鉆孔樁施工中，遇到破碎松散、坍塌漏失等較為復(fù)雜的地質(zhì)情況，多采用增加孔內(nèi)泥漿粘度和比重的方法進(jìn)行處理，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件更為復(fù)雜時(shí)，還要向孔內(nèi)直接填入黏土。那么，填入的黏土性狀與護(hù)臂堵漏效果之間存在什么樣的因果關(guān)系。本文就此做一具體分析，希望對(duì)類(lèi)似條件下的施工有所幫助。

1 不同性狀黏土的護(hù)壁堵漏效果

1)泥漿。泥漿是由黏土與水混合，采用機(jī)械攪拌、泥漿泵沖攪、鉆頭回進(jìn)或沖擊等主動(dòng)或被動(dòng)方式使黏土充分混合分散于水中形成懸液。泥漿在回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工中使用最為廣泛。對(duì)于級(jí)配良好的小顆粒松散地層，如各類(lèi)砂層或砂礫卵石層中成孔，使用泥漿可以獲得很好的護(hù)臂堵漏效果。當(dāng)?shù)貙訔l件較復(fù)雜時(shí)，適當(dāng)調(diào)整泥漿粘度、比重等參數(shù)，必要時(shí)添加適量的處理劑，使用效果更佳。這方面各施工單位有很多成功的經(jīng)驗(yàn)。2)原狀黏土塊。鉆孔漏失的應(yīng)急處理時(shí)，需要將原狀潮濕或干的黏土塊填入問(wèn)題孔段，使黏土塊顆粒直接進(jìn)入地層縫隙發(fā)揮護(hù)壁堵漏作用。另外，在級(jí)配良好的含有較大顆粒的松散地層，如漂卵石層一般采用沖擊鉆機(jī)成孔，而原狀黏土塊是沖擊鉆機(jī)施工中不可缺少的護(hù)壁材料。由于沖擊方法是無(wú)循環(huán)漿液鉆進(jìn)，鉆進(jìn)生產(chǎn)的鉆渣依靠孔底附近孔段中高粘度、大比重泥漿懸浮起來(lái)，以滿(mǎn)足持續(xù)鉆進(jìn)的需要。當(dāng)泥漿中鉆渣含量過(guò)高時(shí)，對(duì)鉆頭產(chǎn)生很大阻力而影響鉆進(jìn)效率時(shí)，需要進(jìn)行掏渣清孔。后繼鉆進(jìn)仍是填入適量原狀黏土塊造漿、懸浮鉆渣、沖擊鉆進(jìn)、掏渣清孔。如此循環(huán)往復(fù)，直至終孔。這是沖擊鉆的傳統(tǒng)成熟工藝。3)經(jīng)機(jī)械揉搓加工后的團(tuán)塊狀黏土。潮濕的且經(jīng)過(guò)機(jī)械揉搓后的團(tuán)塊狀黏土是事先將黏土用水浸透，然后使用專(zhuān)門(mén)的擠壓設(shè)備或者挖掘機(jī)、裝載機(jī)等施工機(jī)械進(jìn)行碾壓揉搓獲得的團(tuán)塊狀黏土，這種性狀的黏土主要用于極為松散以及漏失嚴(yán)重的、級(jí)配較差的漂卵石地層和人工回填的塊石土地層的沖擊施工中。經(jīng)加工后的黏土塊不易分散解體，大部分能夠沉落于孔底，在受到鉆頭的擠壓刮碾后，進(jìn)入巖土顆粒間的縫隙深部，起到粘結(jié)地層顆粒和封堵縫隙的作用，還可以有效防止黏土顆粒流失，減少黏土的消耗量。對(duì)該類(lèi)黏土塊的使用經(jīng)驗(yàn)不多，本文結(jié)合工程實(shí)例介紹。

2 用團(tuán)塊狀黏土堵漏的實(shí)例

2.1 工程概況

擬建古交汾河大橋6墩臺(tái)5跨橋，跨距13.0 m，每墩3根鉆孔灌注樁，樁間距4.0 m，樁徑1.4 m，樁長(zhǎng)約16 m，地面至樁端約20 m。施工場(chǎng)地處于河床內(nèi)，地層結(jié)構(gòu)為:地表至11 m為回填的砂礫漂卵石，大小混雜，極為均一，其中粒徑小于9 cm的占85%，大于20 cm的占15%，部分漂石粒徑超過(guò)50 cm，最大的超過(guò)90 cm。11 m至樁端為強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化～微風(fēng)化巖。工程使用沖擊鉆機(jī)成孔。經(jīng)調(diào)查，該場(chǎng)地中的漂卵石是原附近的采礦場(chǎng)，將河床沖積形成的漂石和砂卵礫石挖掘出來(lái)后，篩選出所需礦石碎屑，再將篩余砂石松散堆積回填到河床內(nèi)。目前河床中部分沒(méi)有挖掘的位置，尚有位置不明的遺留水平巷道。在砂石無(wú)序回填堆積中，易于滾動(dòng)滑落的大粒徑漂卵石，在重力作用下滑落形成堆積體，鉆進(jìn)過(guò)程中易于坍塌，且泥漿漏失嚴(yán)重，影響工程質(zhì)量和施工速度。

2.2 坍塌漏漿情況

正式施工之前試打試驗(yàn)鉆孔，在孔深6 m左右已出現(xiàn)孔壁坍塌現(xiàn)象，經(jīng)處理鉆進(jìn)繼續(xù)0.5 m時(shí)，嚴(yán)重漏漿并造成坍孔。其中一個(gè)鉆孔坍塌后，用黏土全部回填后仍然無(wú)法成孔;另一個(gè)鉆至6 m時(shí)，距孔口約3 m遠(yuǎn)突然坍塌，形成了大坑，施工人員無(wú)法繼續(xù)施工。

2.3 原因分析

該工程使用沖擊鉆機(jī)，采用黏土造漿護(hù)壁堵漏。施工時(shí)，將泥漿管放到孔底進(jìn)行泥漿循環(huán)進(jìn)行排渣。由于孔內(nèi)泥漿粘度、比重大，含砂量高，無(wú)法使用儀器測(cè)定泥漿參數(shù)。經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為施工中直接將原狀干黏土塊投到孔里不利于護(hù)壁。干的碎黏土在下沉過(guò)程中，部分顆粒不能沉到孔底，只能懸浮在泥漿中。當(dāng)鉆頭工作時(shí)懸浮顆粒隨著鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)還上下浮動(dòng)，很難進(jìn)入地層縫隙中發(fā)揮粘結(jié)作用，致使護(hù)壁效果不明顯。

2.4 改進(jìn)措施

1)對(duì)造漿和堵漏黏土進(jìn)行處理。調(diào)整原狀黏土含水量，破壞其結(jié)構(gòu)，使其在孔內(nèi)受到鉆頭擠壓時(shí)能夠進(jìn)入孔壁并堵住縫隙。具體方法是:先將黏土用水浸透，然后使用施工機(jī)械對(duì)其進(jìn)行碾壓揉搓，使黏土成為粘結(jié)的團(tuán)塊狀備用。處理好的黏土塊含水量以用手勉強(qiáng)捏變形為宜，不可太軟。經(jīng)處理后的黏土遇水很難分散破碎，填入鉆孔絕大多數(shù)都會(huì)沉到孔底，由于其含水量不高，其機(jī)械強(qiáng)度較泥漿失水形成的泥皮大很多，在鉆頭強(qiáng)有力的沖擊和擠壓作用力下，黏土進(jìn)入顆粒縫隙起到有效地粘結(jié)封閉作用，從而保證了孔壁的穩(wěn)定。2)小開(kāi)挖預(yù)埋鋼套管護(hù)壁。根據(jù)挖掘機(jī)能力，預(yù)先在孔位埋設(shè)長(zhǎng)度3 m的鋼套管。雖然套管護(hù)壁深度有限，但仍然能夠起到一定作用。同時(shí)，由于是預(yù)埋鋼套管解決了沖擊鉆開(kāi)孔鉆進(jìn)時(shí)的不連續(xù)性和鉆頭失穩(wěn)碰撞孔壁等不利因素，縮短了鉆機(jī)成孔的輔助時(shí)間。

2.5 施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

1)嚴(yán)禁快速下放鉆頭，避免鉆頭刮碰孔壁而導(dǎo)致局部坍塌。2)孔內(nèi)泥漿比重保持在1.2～1.25(簡(jiǎn)易測(cè)量)，以利于懸浮鉆渣、提高鉆速。3)漂卵石層鉆進(jìn)中，完成每個(gè)回次沖渣后，填入的黏土塊高度要大于回次進(jìn)尺，保證黏土的連續(xù)銜接。4)及時(shí)修補(bǔ)磨損的鉆頭，保持標(biāo)準(zhǔn)的保徑出刃和破巖底刃，滿(mǎn)足正常鉆進(jìn)需要。5)鉆進(jìn)中，操作手不可離開(kāi)崗位，隨時(shí)觀(guān)察孔內(nèi)漿液面變化，若出現(xiàn)泥漿漏失，要及時(shí)停止鉆進(jìn)并做出護(hù)壁處理。同時(shí)還要仔細(xì)觀(guān)察鉆機(jī)周?chē)孛媲闆r，對(duì)地下洞穴造成的地面塌陷要有相應(yīng)的應(yīng)急處置措施。6)提鉆速度不可太快，尤其至鋼護(hù)筒底部時(shí)提鉆速度要緩慢，避免碰撞護(hù)筒底口導(dǎo)致其變形發(fā)生卡鉆。7)手動(dòng)沖擊鉆機(jī)沖程應(yīng)控制在1.5 m左右，以增加沖擊頻率、提高鉆速。