基于在砂卵礫石地層中跟管造孔工法的應(yīng)用

趙善國(guó)，李景山，鄭　佳

推廣應(yīng)用

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

?

基于在砂卵礫石地層中跟管造孔工法的應(yīng)用

趙善國(guó)，李景山，鄭佳

推廣應(yīng)用

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

摘要：在地質(zhì)造孔施工中，對(duì)于穿透卵石層進(jìn)行巖體灌漿施工的常規(guī)方法是采用跟管鉆機(jī)造孔下設(shè)預(yù)埋鋼管，再進(jìn)行巖體鉆灌施工。文章講述穿透近30m深度卵石層的跟管造孔工法的成功應(yīng)用，既解決了砂卵礫石層采用常規(guī)工法不成孔的難題，又縮短了工期，節(jié)省了投資，為今后解決類似地質(zhì)情況的施工提供了范例。

關(guān)鍵詞：砂卵礫石層；跟管造孔；工法應(yīng)用；壩基；施工

1工程簡(jiǎn)介

某水庫(kù)是一個(gè)防洪、灌溉為主，兼顧供水、發(fā)電的綜合利用工程，總庫(kù)容13.0 億m3，工程等別屬Ⅰ等大(1)型水庫(kù)。水庫(kù)樞紐由攔河壩、溢洪道、溢洪洞、電站及渠首工程等組成。由于工程需要，主壩右岸需要進(jìn)行基礎(chǔ)防滲處理，按設(shè)計(jì)要求，加固方案為采用水泥粘土泥漿對(duì)壩基進(jìn)行灌漿防滲。

2跟管造孔工法實(shí)施背景

主壩右岸基礎(chǔ)防滲工程主要分為施工平臺(tái)(包括平行段和垂直段)填筑及拆除的臨時(shí)工程、平行段的帷幕灌漿工程和垂直段的帷幕灌漿工程。

垂直段的帷幕灌漿位置處在水中，灌漿端點(diǎn)處水深達(dá)15 m。由于實(shí)際提供料場(chǎng)卵石含量(高達(dá)70%以上)遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)指標(biāo)，卵石粒徑較大，最大粒徑達(dá)50 cm以上，且垂直段平臺(tái)填筑為水中拋填，故垂直段施工平臺(tái)實(shí)際填筑后基本為松散的砂卵礫石堆積體。

要求對(duì)填筑平臺(tái)的碾壓密實(shí)度及含水率進(jìn)行試驗(yàn)，盡管增加了碾壓變數(shù)，但其密實(shí)度仍然很低，工程需要穿透該填筑平臺(tái)對(duì)水底以下地層進(jìn)行帷幕灌漿防滲。

帷幕灌漿孔段分為空鉆段和灌漿段，在空鉆段采用鑲鑄預(yù)埋鋼管的方法保護(hù)孔壁。垂直段帷幕灌漿孔空鉆段卵石層深度達(dá)25 m以上，采用常規(guī)地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工極易塌孔、卡鉆且不成孔。填筑土料的質(zhì)量給帷幕灌漿空鉆段造孔鑲管造成了極大困難。為此，采用了重錘跟管法造孔與回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)跟管法造孔兩種工法進(jìn)行施工。

3跟管造孔工法概念

3.1重錘法跟管造孔

本工程重錘跟管造孔施工是一種結(jié)合本工程卵石含量高且不密實(shí)、易塌孔的地層采用250kg重錘及幾種不同管徑的高硬度地質(zhì)管在地質(zhì)鉆機(jī)鉆掏的配合下成孔的一種跟管方法。

3.2回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)跟管造孔

本工程回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)跟管法施工是采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)跟管造孔由專用薄壁地質(zhì)管材料的Φ127鉆具與Φ108鉆具作為上部和下部護(hù)壁套管，同時(shí)采用Φ127與Φ108薄唇鉆頭鉆孔并下設(shè)Φ89預(yù)埋鋼管的造孔施工[1]。

4管造孔工法實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用的技術(shù)方案

4.1重錘法跟管造孔

4.1.1重錘法跟管造孔工藝流程

重錘法跟管造孔工藝流程詳見圖1

圖1重錘法跟管造孔工藝流程圖

4.1.2重錘法跟管造孔施工全過程

主壩右岸基礎(chǔ)防滲工程中，在垂直段施工平臺(tái)上的帷幕灌漿孔開孔施工時(shí)，先用Φ127金剛石鉆頭導(dǎo)孔1～2 m，或者直接用配備好管靴的Φ168地質(zhì)管進(jìn)行吊打及垂直度校正開孔1～2 m，可根據(jù)地層需要進(jìn)行開孔工藝選擇，開孔后，采用250 kg重錘對(duì)配備好管靴的Φ168地質(zhì)管進(jìn)行沖擊，Φ168地質(zhì)管長(zhǎng)度為1.3～2.8 m，根據(jù)需要進(jìn)行地質(zhì)管的選擇，Φ168地質(zhì)管之間采用專用Φ187地質(zhì)管箍相連，在重錘的錘擊下進(jìn)入到12 m左右的深度時(shí)，將孔內(nèi)浮石用Φ110～127金剛石鉆頭掃除，再在Φ168地質(zhì)管內(nèi)下設(shè)Φ127地質(zhì)管，第1根Φ127地質(zhì)管底部同樣連接配套的管靴，Φ127地質(zhì)管之間采用Φ146專用地質(zhì)管箍進(jìn)行連接，采用同樣的錘擊方法將Φ127地質(zhì)管鑲?cè)?4～28 m深度的地層中，之后采用Φ91的金剛石鉆頭將Φ127地質(zhì)管內(nèi)的浮石掃除后，繼續(xù)造孔到設(shè)計(jì)鑲管深度，下設(shè)并鑲筑Φ89鋼管。鑲筑Φ89鋼管后，采用250 kg重錘及配套打桿與三角架進(jìn)行吊打，先將Φ127地質(zhì)管完全取出，然后再采用同樣方法將Φ168地質(zhì)管全部取出。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定該種方法在本工程中的工效為18 h完成1個(gè)35 m深度的空鉆孔造孔及其預(yù)埋管鑲筑，其中卵石深度為27 m，粘土深度約為8 m。詳見圖2與圖3。

圖2　重錘法成孔施工原理示意圖

圖3　同轉(zhuǎn)鉆進(jìn)跟管法成孔施工原理示意圖

4.1.3重錘跟管法施工質(zhì)量控制

1)主要控制指標(biāo)：孔位，孔深，垂直度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

2)質(zhì)量控制難點(diǎn)：造孔垂直度。垂直度控制方法：(導(dǎo)孔)開孔1～2 m進(jìn)行垂直度校正(采用水平尺)，并在孔口進(jìn)行加固處理，在重錘跟進(jìn)施工中隨時(shí)進(jìn)行垂直度校正，采用鋼管或鉆桿進(jìn)行垂直度校正鉆進(jìn)，最終鑲管時(shí)，孔口外預(yù)留至少1 m鋼管進(jìn)行垂直度校正并在孔口及時(shí)將鋼管固定，然后注入水泥漿待凝，孔口妥善防護(hù)，嚴(yán)防雜物落入孔中。

4.1.4重錘跟管法施工注意事項(xiàng)

1)開孔1～2 m進(jìn)行垂直度校正，對(duì)孔口進(jìn)行加固處理，同時(shí)在造孔過程中隨時(shí)進(jìn)行垂直度的測(cè)量并及時(shí)校正。

2)在Φ127地質(zhì)管內(nèi)鉆孔掃孔時(shí)嚴(yán)防孔口返流出的漿液及雜物回流到Φ127地質(zhì)管和Φ168地質(zhì)管之間，在Φ127地質(zhì)管孔口外采取密封導(dǎo)流措施。

3)根據(jù)本工程地層情況，Φ168地質(zhì)管下設(shè)不易過深或過淺，應(yīng)在10～14 m范圍內(nèi)為佳，Φ127地質(zhì)管應(yīng)下設(shè)到卵石層或反濾層以下約1 m，但不易過深。

4)下設(shè)Φ89鋼管后，應(yīng)先吊打提出Φ127地質(zhì)管，后吊打提出Φ168地質(zhì)管，最后對(duì)Φ89鋼管進(jìn)行垂直度校正和孔口固定，再注入水泥漿待凝。

5)每次提出地質(zhì)管后，應(yīng)及時(shí)檢查管箍、管帽、管靴及地質(zhì)管體及連接絲扣的損壞情況，如有損壞，應(yīng)及時(shí)更換，以防孔故的發(fā)生。

6)對(duì)地質(zhì)管的連接絲扣應(yīng)及時(shí)清理并涂抹潤(rùn)滑油進(jìn)行維護(hù)，以防銹蝕和脫扣。

7)對(duì)專用的地質(zhì)管三腳架上應(yīng)進(jìn)行腳底加固處理，對(duì)三腳架上的滑車應(yīng)正確加戴保護(hù)繩，且要經(jīng)常觀察滑車及三腳架的損壞情況。

8)采用重錘進(jìn)行正打和吊打時(shí)，提錘幅度不易過大，控制在30～50 cm為宜，能有效確保造孔進(jìn)度且減小對(duì)相關(guān)設(shè)備及配件的損壞。

9)采用重錘進(jìn)行錘進(jìn)和吊打施工應(yīng)間歇進(jìn)行，同時(shí)根據(jù)天氣及施工情況(采用廢油或清水)對(duì)卷?yè)P(yáng)、鋼絲繩、卷筒及剎車系統(tǒng)及時(shí)降溫處理。

10)鉆掃地質(zhì)管內(nèi)的浮石時(shí)，切忌中途提鉆，盡量做到一次到位[2]。

4.2回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法跟管造孔

4.2.1回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)跟管造孔工藝流程

回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)跟管造孔工藝流程圖見圖4。

圖4回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)跟管造孔工藝流程圖

4.2.2回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)跟管法造孔全過程

本工藝是在Φ127鉆具鉆進(jìn)約10～12 m深度時(shí)，將其蓋頭卸下，將Φ127鉆具作為臨時(shí)套管護(hù)壁并減小Φ108跟管鉆具造孔時(shí)的扭矩阻力，然后采用Φ108鉆具在Φ127內(nèi)繼續(xù)跟管造孔直至鑲管深度(約35 m)，將Φ108鉆具蓋頭卸下，直接在Φ108鉆具內(nèi)下設(shè)Φ89鋼管，然后將Φ108鉆具提到孔外，最后將Φ127鉆具提出，然后將預(yù)埋鋼管進(jìn)行孔口垂直度校驗(yàn)并固定，注入水泥漿液待凝。此工藝采用的特種薄壁地質(zhì)管作為Φ108與Φ127鉆具，同時(shí)采用Φ127及Φ108的薄唇鉆頭進(jìn)行造孔，以便Φ108鉆具起下及Φ89鋼管的下設(shè)。但由于Φ108套管和預(yù)埋鋼管最小平均間隙僅有3 mm，且間隙內(nèi)有泥漿等雜物，在Φ89鋼管焊接時(shí)，焊瘤稍大或鋼管對(duì)接稍偏就會(huì)造成Φ89鋼管下設(shè)及Φ108鉆具上提困難，同時(shí)由于Φ108鉆具在25 m的跟管鉆進(jìn)中有較大摩擦扭矩，鉆進(jìn)速度較慢，此種工藝在鉆進(jìn)中由于鉆頭磨損嚴(yán)重不進(jìn)尺時(shí)，更換鉆頭后，可能由于孔內(nèi)坍塌造成重復(fù)造孔，因此造成鉆頭及鉆具(或套管)等材料損耗很大及功效降低。此種工藝的功效大約為26 h完成一個(gè)35 m深度的空鉆孔造孔及其預(yù)埋管鑲筑。詳見圖2。

4.2.3回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)跟管造孔質(zhì)量控制指標(biāo)

造孔主要控制指標(biāo)：孔位，孔深，垂直度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2.4回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)跟管造孔注意事項(xiàng)

1)穩(wěn)固鉆機(jī)，檢驗(yàn)立軸垂直后開孔，鉆孔過程中隨時(shí)進(jìn)行垂直度校驗(yàn)，尤其在Φ127口徑鉆進(jìn)施工時(shí)應(yīng)多次進(jìn)行垂直度校正。

2)Φ89預(yù)埋鋼管下設(shè)焊接時(shí)，應(yīng)采用經(jīng)緯儀嚴(yán)格調(diào)整直鋼管后立即點(diǎn)焊固定，然后進(jìn)行整縫焊接，單側(cè)最大焊瘤≤1 mm。

3)下設(shè)預(yù)埋鋼管前應(yīng)先采用清水沖洗Φ108管內(nèi)壁，盡量將雜物沖洗掉。

4)上提Φ108管時(shí)，視情況采用適當(dāng)措施緩慢提管，以防因局部摩擦將內(nèi)管(即Φ89預(yù)埋鋼管)拖帶上來(lái)。

5)上提Φ127管時(shí)，應(yīng)采用邊震動(dòng)邊回轉(zhuǎn)的方法，避免直接向上吊打。

6)提出Φ127管后，及時(shí)校正Φ89預(yù)埋鋼管并進(jìn)行孔口固定，注入水泥漿液待凝后，注意管口采用物件封堵防護(hù)，以免污物進(jìn)入孔內(nèi)，造成孔故。

5卵石層跟管造孔新工法使用效果

重錘法跟管造孔和回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法跟管造孔工法在砂卵礫石層中的應(yīng)用具有十分重要的意義：

1)工程中原先用于進(jìn)行造孔的XY-Ⅱ型地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)可以直接使用，明顯降低設(shè)備投入成本。

2)采用以上兩種跟管造孔工法，原操作員均可直接上崗，節(jié)省了操作培訓(xùn)的費(fèi)用。

3)需要配備的材料價(jià)格較低且可及時(shí)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，滿足工期要求。

4)重錘法跟管造孔工藝可節(jié)省大量的漿液與造孔用水，減少了排污量和用電量。

5)解決了不成孔的難題，縮短了工期。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁芳.砂礫石層的分類及砂礫石取芯鉆具的研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2005年.

[2]張莉，張弭，虞興福.卵石層不穩(wěn)定地層的鉆探技術(shù)淺析[J].城市勘測(cè)，2000(03)：5-9.

Application of Piping Making Hole Construction Method in Sandy Gravel Stratum

ZHAO Shan-guo; LI Jing-shan and ZHENG Jia

(Heilongjiang Provincial Water Conservancy & Hydroelectric Power Investigation,Design and Research Institute，Harbin 150080，China)

Abstract：In the construction of geological making hole，for grouting construction of rock mass through the pebble stratum，the conventional method is to use a pipe to make holes next to lay pre-buried steel pipe，and then drill and grout in the rock mass. The paper describes the successful application of piping making holes method in pebble stratum through 30 meters depth，which not only solves the problem，not easy to form holes constructed in sandy pebble and gravel stratum，but also shorten the construction period，save the cost，and supply the example to solve similar geological construction in the future.

Key words：sandy gravel stratum; pipe making hole; application of construction method; dam foundation; construction

文章編號(hào)：1007-7596(2016)02-0092-04

[收稿日期]2015-11-18

[作者簡(jiǎn)介]趙善國(guó)(1973-)，男，黑龍江林甸人，高級(jí)工程師；李景山(1972-)，男，黑龍江集賢人，高級(jí)工程師；鄭佳(1978-)，男，黑龍江撫遠(yuǎn)人，高級(jí)工程師。

中圖分類號(hào)：TV52

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A