正循環(huán)鉆與旋挖鉆組合在夾有厚細砂層地質中的應用

盧成華

摘要：施工鉆孔樁時，在夾有厚細砂層地質中，采用正循環(huán)鉆機和旋挖鉆機組合的形式，既能保證細砂層的成孔質量，又能保證成孔進度。

關鍵詞：厚細砂層;鉆孔樁;正循環(huán);旋挖鉆;組合

前? 言

隨著國民經濟的發(fā)展，我國基礎建設規(guī)模不斷擴大，鉆孔灌注樁的應用歷史悠久，應用范圍也極其廣泛，從公路橋梁到鐵路橋梁，從房屋建筑到航運設施，在其基礎施工時大量應用鉆孔灌注樁。但我國地大物博，隨著建設領域的拓展，鉆孔樁施工時遇到的地質情況也千變萬化，復雜多變，如何根據具體地質情況采用何種鉆孔機械，確保質量和工期，成為我們一直需要研究的課題。本文針對在夾有厚細砂層等極易塌孔的地層中，把成孔速度快的旋挖鉆機和傳統(tǒng)的正循環(huán)鉆機進行組合成孔，既能保證細砂層的成孔質量、節(jié)約鋼護筒跟進數量，又能保證成孔進度，可產生可觀的社會效益。

1 工程背景

新建皖贛鐵路的建成將成為連接蘇皖和贛東、閩的重要鐵路干線，也是京滬、滬昆、華東二通道等重要地區(qū)鐵路網干線的重要聯系通道。項目的建設將優(yōu)化和完善全國鐵路網結構，并對加快中部崛起，促進鐵路沿線的經濟發(fā)展，擴展長三角經濟輻射都有重要的戰(zhàn)略意義。

青弋江特大橋為皖贛鐵路擴能改造工程的重要組成部分，跨上潮河連續(xù)梁上部結構為（65+2×100+65）m連續(xù)梁，是青弋江特大橋架梁通道上的控制工點，下部結構主墩墩號為364#～366#墩，位于正在施工的分洪道內，無水。樁基每個承臺為9根φ220cm群樁基礎，共27根，樁長為44.5m，孔深達53m，采用土圍堰填筑施工平臺施工。

2 選題理由

2.1地質條件差

主墩位于河道內，水源豐富，河床以下5～15m為細砂層，極易塌孔，成孔質量難以控制，對施工機械的選型要求高。

2.2工期緊

根據皖贛鐵路整體工期安排，本連續(xù)梁屬于架梁通道上的控制工點，且下部結構必須在枯水期完成施工，故需要以最快的速度完成，以實現顯著的社會效益。首根樁施工時采用了施工速度最快的旋挖鉆施工，結果砂層位置塌孔嚴重，該方法無法保證施工質量，故急需采取有效措施在保證質量的前提下確保工期。

2.3經濟效益明顯

原設計采用15m長鋼護筒跟進防砂層塌孔，鋼護筒重量達18t。首根樁采用2m護筒并用旋挖鉆成孔，結果塌孔嚴重，混凝土充盈系數達50%，混凝土浪費嚴重。若能優(yōu)化方案，既能節(jié)約護筒，又能不塌孔，則能節(jié)約成本，為企業(yè)創(chuàng)效。

綜上各種原因，為了在有限的工期內和極差的地質條件下，通過優(yōu)化施工方案，突破常規(guī)思路，采用多種樁機組合的方式，確保大孔徑鉆孔樁在砂層中的成樁質量，節(jié)約投資，加快施工進度。

3 試樁情況

3.1 護壁泥漿：施工過程中所用的泥漿方量至少為200㎡，但在開挖泥漿池的過程中發(fā)現，河中為流沙地質，開挖至深50cm左右時，挖下去的流沙就會流回到開挖的池中，導致無法繼續(xù)深挖，所以采用泥漿護壁開挖的計劃暫時擱置。項目部決定采用化學漿糊在孔中造漿的施工方法，化學漿糊的特點是粘度大，但比重接近于水。此化學漿糊的組成為水：纖維素：燒堿：泥漿粉=1000：0.5：1：1.5，在實際施工過程中按此比例所造的漿，比重1.01，粘度為32s∽35s之間。當首根樁鉆進到20m位置時出現了塌孔，塌到10m的位置。按照地質資料，此深度為細沙層位置。由此可見，化學泥漿雖然粘度大，但比重小，達不到有效護壁作用，應選用比重大的粘土泥漿。

3.2 樁機選型：迫于工期緊，試樁采用成孔速度最快的旋挖鉆機施工，旋挖鉆機工作原理為通過可伸縮的鉆桿帶動鉆頭在孔內邊鉆邊挖，挖出的土砂料自動裝入鉆頭內，裝滿后提升出孔外，傾倒在土方車或地上，然后關閉鉆頭活門，旋挖機旋回到原位，鎖上鉆機旋轉體的過程。其原理實則是挖土，自身無法造漿，故護壁功能只適用于地質條件較好，能通過泥漿池制備的泥漿及其水頭即能控制孔壁不坍塌的工況，且在鉆進時相當于活塞運動，提鉆時孔內下部形成負壓，對自穩(wěn)性極差的砂層孔壁穩(wěn)定及其不利，并不適用于本工點細砂層較厚的地質，根據鉆孔記錄和混凝土灌注記錄，塌孔和混凝土超方均發(fā)生于地面以下5～15m段的細砂層，設備選型不正確，印證了旋挖鉆機不適用于該地層的鉆孔施工，僅適用于自穩(wěn)定作用好的土層。

4 方案確定

4.1泥漿性能

采用優(yōu)質粘土投入孔內利用正循環(huán)回旋鉆邊鉆孔邊造漿，以達到穩(wěn)定易塌孔的細砂層孔壁作用，泥漿比重控制在1.1～1.3之間，粘度控制在22s左右，試驗人員及時對泥漿性能進行測定。

4.2樁機選型

施工時，2臺回旋鉆與1臺旋挖鉆配套，2個承臺同時施工，各配備一臺回旋鉆機，回旋鉆在細砂層及其以上范圍施工時間為22小時，旋挖鉆在細砂層以下范圍施工時間為12小時，此類搭配可保證鉆機設備不閑置，既能保證細砂層中鉆孔樁的成孔質量，又能保證施工進度。

4.2.1細砂層范圍采用正循環(huán)回旋鉆機施工

由于該地層內不適用于旋挖鉆機成孔，故根據設計提供的地質資料結合現場實際情況，細砂層以上采用正循環(huán)回旋鉆機成孔，回旋鉆轉盤轉速快利于造漿，但要放慢鉆進速度，以利于泥漿滲透入細砂層，起到穩(wěn)定孔壁的作用。完成后移至附近孔位繼續(xù)鉆孔。

4.2.2細砂層以下范圍采用旋挖鉆機施工

回旋鉆鉆到細砂層以下的粗圓礫土層后，由于礫石大且多，回旋鉆無法鉆進，同時為了確保工期，此時更換旋挖鉆機繼續(xù)鉆進直至鉆至設計孔深。

5 關鍵工序施工措施

5.1 制作泥漿池

由于施工位置在河中，地質為流沙，直接挖不出可以儲備200m?泥漿的泥漿池，所以用1cm厚的鋼板焊接制作泥漿池，制作尺寸為12m×12m×1.5m。儲存方量為210m?。

5.2 制備泥漿

采用GPS-20型正循環(huán)工程鉆機邊鉆孔邊造泥漿。具體施工方法是：將循環(huán)鉆機安裝就位后開動鉆機并向孔中加入優(yōu)質粘土和水，利用鉆機鉆頭的轉動進行造漿，造出的泥漿比重為1.35左右，粘度為22s。通過挖好的渠道流到預制好的泥漿池中儲存，以備旋挖樁鉆進時使用。

5.3 正循環(huán)鉆機鉆進

正循環(huán)回旋鉆由于要造漿所以鉆進速度比較慢，鉆進到15m左右鉆進到粗圓礫土層后，由于礫石多且大，循環(huán)鉆無法進行鉆進，需要將循環(huán)鉆移到下個孔位，由旋挖鉆機繼續(xù)鉆進。

5.4 正循環(huán)鉆機鉆進

旋挖鉆機從細砂層以下開始鉆進，所用泥漿為泥漿池中所儲備的泥漿，鉆進時泥漿比重控制在1.3左右，粘度控制在22s左右。盡量減慢提鉆速度，以免造成孔內負壓而使流沙層的護壁坍塌造成塌孔。旋挖鉆從15m開始鉆進一直到成孔。

5.5 實際施工情況

按照以上方案開始鉆進364-9#樁，優(yōu)質粘土采用汽車運輸至現場用于造漿，開始鉆進后，利用小型挖掘機填到孔中，邊鉆進邊造漿，現場技術員通過用泥漿比重儀和粘度測量儀測定泥漿比重，比重控制在1.35左右，粘度控制在22s左右。循環(huán)鉆從地面以下0-20m鉆進的過程中未出現塌孔現象，每根樁須用的210m?泥漿所用的優(yōu)質粘土為60m?，所用時間為22小時。15米以后所處地層為粗圓礫土，由于層厚較厚且礫石多，循環(huán)鉆機無法鉆進。此后將循環(huán)鉆機移到提前放好樣的附近孔位，用旋挖鉆機繼續(xù)鉆進364-9#樁，經過砂層時放慢鉆進和提升速度。旋挖機鉆進過程中，現場技術員及時測量泥漿比重和粘度，分別控制在1.3和22s左右。在旋挖鉆機鉆進過程中細砂層未出現塌孔現象，旋挖鉆機從15m開始鉆進到成孔52m位置，共用時12小時。

364-9#澆筑混凝土時所用方量為183m?，充盈系數為1.059，并且在澆筑過程中孔中的混凝土面均勻上升。在此后的數根樁施工過程中均未出現塌孔現象，澆筑混凝土方量均控制在180m?左右，混凝土面均勻上升。

6 結束語

在國民經濟大力發(fā)展的今天，基礎設施建設如火如荼，工程質量和工期也經常出現不協調或沖突的情況，在確保工程質量、安全的前提下如何加快施工進度，是我們一直需要探討的問題。本工點地質條件復雜，針對不同地層，我們突破常規(guī)思維，采用兩種不同類型的鉆孔樁機配套施工的工藝在實際施工中取得了良好成績，質量和工期得到了較好的契合。

參考文獻：

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[3]宋勇，蒙星運? 旋挖鉆機在砂卵石地質層中的應用[A];中國城市地下空間開發(fā)高峰論壇論文集 2009年第09期。