洛陽(yáng)鏟、沖擊鉆機(jī)及旋挖鉆機(jī)在復(fù)雜地層中的綜合應(yīng)用

劉合勇

（河南省地礦局第五地質(zhì)勘查院，河南鄭州450001）

洛陽(yáng)鏟、沖擊鉆機(jī)及旋挖鉆機(jī)在復(fù)雜地層中的綜合應(yīng)用

劉合勇*

（河南省地礦局第五地質(zhì)勘查院，河南鄭州450001）

在復(fù)雜地層下，簡(jiǎn)單的施工工藝已經(jīng)不能滿足施工要求了?，F(xiàn)以某電廠樁基工程為例，論述一下洛陽(yáng)鏟、沖擊鉆機(jī)及旋挖鉆機(jī)在復(fù)雜地層中的綜合使用。此樁基工程是某電廠在原場(chǎng)地拆除舊機(jī)組建新機(jī)組，樁基頂部埋深-4.5m，樁長(zhǎng)26m，樁徑700mm。

洛陽(yáng)鏟；沖擊鉆機(jī)；旋挖鉆機(jī)

1　巖土地層構(gòu)成及特征

擬建場(chǎng)地為原有機(jī)組場(chǎng)地，地形北高南低，場(chǎng)地平整、開(kāi)闊。本工程為在原地拆舊機(jī)組，場(chǎng)地工程地質(zhì)資料表明：巖石地層主要由填土和第四系沖積成因的黃土狀土及沖洪積成因的粉質(zhì)粘土、卵石和砂巖組成。

地層自上而下依據(jù)巖土物理性質(zhì)及工程特性的差別可分為8層：

層①雜填土：以建筑垃圾為主，粒徑大小不一，混有粘性土，為前期建筑物未完全清理所致，分布無(wú)規(guī)律，層厚1.00～3.50m。

層①素填土：成分以粉土和粉質(zhì)粘土為主，部分地段，不同深度分布有雜填土（層①1雜填土）。層厚0.90～5.30m，該層為場(chǎng)地平整時(shí)經(jīng)簡(jiǎn)單碾壓而成，局部為直接堆填，濕，密實(shí)度差別很大。

層②黃土狀粉質(zhì)粘土：孔隙發(fā)育，混有碎石，局部存在舊機(jī)組鋼筋混凝土梁。以可塑為主，具有壓縮性，具濕陷性。分布有軟弱層透鏡體和黃土狀粉土夾層，層厚5.70～15.30m。

層③黃土狀粉質(zhì)粘土：褐黃色，見(jiàn)成孔、鈣質(zhì)網(wǎng)紋和鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，孔隙較發(fā)育，混有姜石?？伤軤顟B(tài)，具有中壓縮性。層厚1.20～5.50m。層底埋深18.00～26.30m，層底高程283.56～290.09m。

層④卵石：以紅褐色砂巖及灰褐色灰?guī)r為主，一般粒徑40～70mm，局部有粒徑較大的紅色砂巖塊。渾圓狀，充填物由中砂和礫石組成。厚度為1.30～12.50m。

層⑤粉質(zhì)粘土：含鐵錳質(zhì)結(jié)核和少量姜石，土質(zhì)較均勻，硬塑，具有中壓縮性。地層連續(xù)穩(wěn)定。層厚9.60～22.20m。

層⑥卵石：成分以石英砂巖為主，一般直徑40～80mm，局部有較大的紅色砂巖塊。充填物為中砂和圓礫。密實(shí)，低壓縮性。層厚13.5～14.5m。

層⑦粉質(zhì)粘土：粒徑10～20mm，土質(zhì)較均勻，局部混有少量卵石，具有低壓縮性。層厚6.4～7.5m。

層⑧長(zhǎng)石石英砂巖：以石英，正長(zhǎng)石為主，巖石完整，中等風(fēng)化。

2　地下水條件

場(chǎng)地內(nèi)地下水為潛水，卵石層為其主要的含水層。區(qū)內(nèi)地下水主要來(lái)源于大氣降水，地下水由北向南方向徑流，水力坡度平緩，徑流緩慢。地下水的排泄方式主要為垂直向上的人工開(kāi)采及側(cè)向徑出。地下水埋深在21.40～26.20m左右，水位動(dòng)態(tài)變化主要受大氣降水滲入影響。

3　地下水的腐蝕性評(píng)價(jià)

按《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021）的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別：按Ⅱ類環(huán)境類型評(píng)價(jià)，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性。在長(zhǎng)期浸水和干濕交替環(huán)境下，地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性。按地下水滲透性對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)，地下水對(duì)混凝土具有微腐蝕性。

4　地基土的腐蝕性評(píng)價(jià)

按《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021）的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別：按Ⅱ類環(huán)境類型評(píng)價(jià)，土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性。按地下水滲透性對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)，土對(duì)混凝土具有微腐蝕性。

5　不良地質(zhì)作用

擬建場(chǎng)地與周圍附近未發(fā)生不良地質(zhì)作用。

6　地基土工程特性

6.1地基土分布規(guī)律

根據(jù)野外勘探所見(jiàn)，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試成果可以看出：場(chǎng)地巖石地層層序是其沉積環(huán)境的反映，符合沖洪積地層的一般規(guī)律，各主層連續(xù)性較好，上部地層（層④以上）工程特性較差，具有濕陷性，且分布有工程特性差的透鏡體，下部地層工程特性好。

6.2地基土承載力

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)、野外原位測(cè)試統(tǒng)計(jì)成果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘探的實(shí)際情況，通過(guò)采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和工程經(jīng)驗(yàn)，綜合出各巖土地層的承載力特征值，如表1所示。

表1　地基土承載力特征值綜合表

6.3主要物理性質(zhì)指標(biāo)與工程特性指標(biāo)建議

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，結(jié)合原位測(cè)試成果、現(xiàn)場(chǎng)勘探的實(shí)際情況和工程經(jīng)驗(yàn)，各方案巖土地層的主要物理性能與工程特性指標(biāo)匯總?cè)绫?所示。

表2　主要物理性能與工程特性指標(biāo)

7　飽和粉土液化性評(píng)價(jià)

場(chǎng)地地基土中分布有粉土、砂土，根據(jù)地下水埋深綜合判定，為非液化場(chǎng)地，可不考慮飽和粉土地震液化的影響。

8　地基土凍藏性評(píng)價(jià)

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄F（中國(guó)季節(jié)性凍土標(biāo)準(zhǔn)凍深線圖）：擬建建筑物場(chǎng)地屬于季節(jié)性凍土，位于60cm凍深線以南，標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度小于60cm，依據(jù)收集的資料，最大凍結(jié)深度為18cm。

9　黃土濕陷性評(píng)價(jià)

場(chǎng)地分布有濕陷性黃土狀土，自重濕陷系數(shù)數(shù)值大于0.015呈零星分布，經(jīng)計(jì)算，自重濕陷量小于70mm，為非自重濕陷性場(chǎng)地。濕陷起始?jí)毫ψ钚≈?00kPa，地層埋深為9m，相應(yīng)高程為305.61m。濕陷程度以輕微為主，濕陷性呈不連續(xù)分布，濕陷等級(jí)輕微（Ⅰ級(jí)），濕陷層底埋深為15m，相應(yīng)高程為292.89～295.79m。隨著壓力的增大，濕陷程度為輕微—中等，濕陷性連續(xù)增強(qiáng)，深度增大，層底埋深為22.60m。

10　地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析

擴(kuò)建場(chǎng)地屬于原地拆舊建新，場(chǎng)地平坦，位于澗河河谷平原，地形變化較小，沖溝不發(fā)育。地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，沒(méi)有開(kāi)采地下水，也沒(méi)有開(kāi)采價(jià)值的礦藏，不存在地下采空區(qū)。在現(xiàn)條件下，場(chǎng)地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流、場(chǎng)面塌陷及地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小。

11　施工工藝

由于場(chǎng)地土層較為復(fù)雜，打樁需要比較復(fù)雜的工藝。

（1）需要先用挖掘機(jī)挖除表層建筑垃圾，并回填素土，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行整平，重新測(cè)量定位樁基位置。

（2）對(duì)于碾壓過(guò)的素填土，使用洛陽(yáng)鏟。洛陽(yáng)鏟的成孔原理，主要是利用其鏟刀頭部下降時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能，使鏟刀切入土體中，利用土質(zhì)自身所具有的粘性，把土體提出地面，機(jī)械松開(kāi)鏟刀，帶出的土在自重作用下，落在鏟刀下的推車內(nèi)運(yùn)走，不斷循環(huán)作業(yè)，完成樁孔內(nèi)土方開(kāi)挖。其主要施工工藝流程為：測(cè)量定點(diǎn)—人工挖孔坑—設(shè)備安裝、就位、調(diào)整位置并試運(yùn)行—上端樁孔土方開(kāi)挖、檢查直徑、垂直度并調(diào)整設(shè)備—中、底段樁孔土方開(kāi)挖。該工藝主要適用于無(wú)地下水的粘性土、黃土、粉土及無(wú)礫石的人工回填地基。使用于干法成孔灌注樁，對(duì)土質(zhì)的要求必須為具有粘性，土質(zhì)應(yīng)由一定的含水率，其開(kāi)挖的樁孔直徑，適用于1m范圍內(nèi)的孔徑，鏟刀上部的鋼管周圍平均分布有刮刀，利用其鏟刀下落時(shí)重力刮落孔邊上的土，從而形成1m直徑的樁孔。對(duì)于1m以內(nèi)的孔樁，根據(jù)需要，通過(guò)調(diào)整刮刀距離即可實(shí)現(xiàn)。不適用與大直徑的孔樁。由于實(shí)際地質(zhì)情況中均含有一定的非粘性土層，如卵石層、砂層、積水層等，另外在對(duì)孔底清理時(shí)，需配合人工開(kāi)挖方式，但是，這并不影響此工藝在干法成孔灌注樁實(shí)際施工中的廣泛應(yīng)用。

優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械洛陽(yáng)鏟干法成孔工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、成孔速度快、施工成本低、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件要求低等特點(diǎn)，特別適用于無(wú)地下水粘性土、黃土、粉土及無(wú)礫石的人工回填地基。施工時(shí)采用此成孔工藝，能大大加強(qiáng)施工進(jìn)度。

（3）由于原機(jī)組修建時(shí)對(duì)素填土地面做了碾壓處理，素填土下方是原機(jī)組基礎(chǔ)，有大量鋼筋混凝土梁。

（4）就地拼裝鉆機(jī)架。十字型鉆頭，適當(dāng)配重。遇到鋼筋混凝土梁時(shí)，應(yīng)低錘沖擊或間斷沖擊，如發(fā)生偏孔應(yīng)回填片石至偏孔上方300～500mm處，然后重新沖孔，遇到孤石時(shí)，可預(yù)爆或用高低沖程交替沖擊，將大孤石擊碎或擠入孔壁。沖孔中遇到斜孔、彎孔、塌孔時(shí)，應(yīng)停止施工，采取措施孔壁垂直后再進(jìn)行施工。每鉆過(guò)鋼筋混凝土梁，需要驗(yàn)一次孔。

沖擊鉆機(jī)施工優(yōu)點(diǎn)：用沖擊方法破碎鋼筋混凝土，所消耗的功率小，破碎效果好；同時(shí)，沖擊土層時(shí)的沖擠作用形成的孔壁較為堅(jiān)固；設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，鉆進(jìn)參數(shù)容易掌握，設(shè)備移動(dòng)方便，機(jī)械故障??；鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)泥漿循環(huán)的作用，使得懸浮鉆渣循環(huán)至地面排除，并保持了孔壁穩(wěn)定，泥漿用量??；沖進(jìn)過(guò)程中，只有提升鉆具時(shí)才需要?jiǎng)恿?，鉆具自由下落時(shí)不消耗動(dòng)力的，能耗小。和回轉(zhuǎn)鉆相比，當(dāng)設(shè)備功率相同時(shí)，沖擊鉆能施工較大直徑的樁孔。

（5）以下地層均采用旋挖鉆機(jī)施工。旋挖鉆機(jī)具有噪音小、污染少、鉆孔速度快的特點(diǎn)，最大鉆孔直徑為1.8m，最大鉆深62m。自帶履帶行走方便，操作采用微電腦系統(tǒng)控制，精度高，速度快，能自動(dòng)調(diào)整樁身的垂直度和傾斜度，并能準(zhǔn)確地控制鉆孔深度，旋挖鉆機(jī)最大優(yōu)點(diǎn)是不需要外加泥漿護(hù)壁，減少環(huán)境污染，同時(shí)成孔速度快，功效是一般GPS-15鉆機(jī)的10倍。鋼筋混凝土梁以下的地層采用旋挖鉆機(jī)，能增加鉆孔效率，縮短工期。

12　結(jié)語(yǔ)

利用洛陽(yáng)鏟在淺層土層投入小、回報(bào)大、效率高、體積小、操作方便、施工方便的特點(diǎn)，沖擊鉆機(jī)在堅(jiān)硬巖層及鋼筋混凝土層的成孔優(yōu)勢(shì)及旋挖鉆機(jī)在土層及強(qiáng)風(fēng)化地層中高效率成孔的特點(diǎn)，解決了復(fù)雜地層下鉆孔灌注樁成孔難題，縮短了施工工期，并且使用干孔成樁，孔壁摩阻增大，孔底無(wú)沉渣，樁端承載力增大，取得了顯著地經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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1004-5716（2016）05-0020-03

2016-01-13

2016-01-14

劉合勇（1979-），男（漢族），河南鄭州人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)工程施工技術(shù)工作。