流砂地层旋挖钻成桩综合施工技术研究.doc

1、1流砂地层旋挖钻成桩综合施工技术研究摘要：旋挖钻机作为基础工程机械中的新型机种，经过几年的推广应用，目前已被大量应用于公路及铁路、桥梁、水利工程、城市建筑工程等桩基工程之中。由于其高效、节能、低噪声、低污染、地层适应性较广等优点,受到越来越多的施工单位的青睐。但由于旋挖钻施工操作机械自重大、钻进扰动大等原因，使挖钻穿越大厚度流沙层施工存在较大难度，易出现塌孔、缩颈等事故。本文通过对石武客专骡驻河特大桥桥梁钻孔桩的实践，总结旋挖施工工艺通过流沙层施 工技术要点。 关键词：流砂地层；旋挖钻成桩；施工技术 中图分类号：U455 文献标识码： A 文章编号： 前 言 骡驻河特大桥 DK898+065.

2、725DK911+873.505 段桥梁工程，其基础桩基穿越砂层，从设计资料及现场核查情况来看，砂层组成有粉砂层、细砂层、中砂层、粗砂层及砾砂层，原始堆积状态从稍密至中密再至密实均有分布。砂层层厚一般为 210m，大致呈水平状与其他围岩分层布置，个别呈透镜状夹层。在钻孔桩长度范围内分部具有一定规律性，在地表下 2026m 范围内常见中密或稍密的细砂层和中砂层，随深度增加，含砂层砂石粒径逐渐增大，出现由细砂向砾砂的逐渐转变。局部地段砂层埋深较浅，约 510m，个别可见于地表。 2该段桥梁桩基长度大部分为 4045m，桩长范围内均为软弱地层，为加快施工进度，提高施工效率，主要选用旋挖钻机进行施工。

3、 1 流砂层成孔主要影响因素及对策分析 流砂地层旋挖钻成桩主要困难集中在流砂层成孔困难，为此，首先分析流砂层中成孔的主要影响因素。主要从两个方面进行考虑，一是从力学方面分析影响流砂层稳定的各要素，制定应对措施；二是将旋挖钻成孔与其他成孔工艺比较，如冲击钻、循环钻，分析旋挖钻工艺的特殊点，以便针对性采取措施。 1.1 钻孔状态下流砂层稳定性力学分析 钻孔到达流砂层时，影响流砂层稳定的各外力主要有以下几个：地层压力 F、流砂层自身重力 G、孔内液体水头压力 N 和孔内液体冲刷力f。具体受力图见图 1：流砂层稳定性受力分析示意图。 通过分析可知，图中地层压力 F 为通过上层地层传递，在地质条件确定的

4、情况下，仅与层上附加荷载量有关，即地表附加荷载越大越容易造成失稳。 流砂层自身重力产生的分力 Gf 与流砂层致密度、颗粒大小、自然堆积角等相关，该因素受工艺影响作用小。 水头压力 N 为孔内护壁泥浆产生的压力，从外力方向来看，该力对维持流砂层压力具有重要作用。由液体压强公式可以看出，该压力 N 与泥浆比重和所处深度有关，即泥浆比重越小，水头高度越低越容易造成失稳。孔内液体冲刷力 f，指因机械扰动等原因造成孔内泥浆对流砂层形成的冲击力。与扰动能量有关，及外界对孔内泥浆扰动越大，越容易造3成失稳。综上所述，可将施工过程中对流砂层稳定起关键作用的几种力的影响总结如下表： 表 1 流砂层受力因素影响表

5、 表 2 成孔方式对流砂层稳定性影响分析 1.2 旋挖钻穿越流砂层关键控制内容及应对措施 通过表 1、表 2 进行综合分析，可以得出旋挖钻在穿越流砂层施工中存在如下特点： 1)、施工中产生的外加荷载较大，如机械本身重量、渣土堆载重量等； 2)、 钻孔过程因挂碰、旋转等对孔壁形成较大扰动，流砂层中容易造成失稳； 3)、 钻孔过程中泥浆对孔壁冲刷力相对较小； 4)、 成孔效率高，有利于流砂层稳定； 针对以上特点，制定以下几项应对措施： (1)、合理布置施工场地，根据流砂层埋深对护筒强度及长度进行适当加强，及时清运钻渣； (2)、加强技术交底工作，向操作司机说明地质情况及其特殊性，要求操作手严格控制

6、钻杆位置、垂直度，穿越流砂层后注意机械动作幅度，4避免过激操作； (3)、改善泥浆性能，通过实践确定泥浆各项参数，及时补充泥浆，保证孔内水头压力； (4)、选用适合流砂底层的钻头，进一步提高工作效率； (5)、加强过程控制，及时发现问题； (6)、制定钻孔事故应急预案。 2 施工实践效果 21 浅埋流砂层 部分距地表较浅的流砂层，施工中采用了常规的埋设护筒的方式进行防护，可对护筒进行加长，保证护筒长度穿越流砂层。同时，注意施工过程中的孔顶载荷控制，如大型机具必须近距离停放时尽量加大距孔口位置，挖出渣土及时清运等措施。通过护筒加长和孔顶荷载控制，对流砂层产生较好的防护作用，可保证正常钻进。 22

7、 深埋流砂层 大部分流砂层埋深较大，常见埋深 2026 米。对于此类流砂层，主要采取了一下几项措施： 2.2.1 合理选用作业、配套机具 采用旋挖钻施工工艺，选用 SR150 型旋挖钻，采用摩擦式钻杆，砂土层和砂层的胶结性能都比较差，选用双底板捞砂钻斗进行钻进。为减少清孔时间，缩短孔壁暴露时间，现场配备空气吸泥机一台，用于孔底沉渣清除。利用导管水下灌注混凝土。其他机具，如泥浆泵、出渣车、吊车、装载机、挖掘机等设备可视具体情况进行选用。 52.2.2 改善泥浆性能 采用优质膨润土制备泥浆，制备泥浆时应充分搅拌，并适量添加火碱调节 PH 值，使粘土颗粒有效分解，增大泥浆中细颗粒含量，减少粗颗粒含量

8、，可以有效减小泥浆失水率，且形成的泥皮薄而致密，有利于流沙层稳定。泥浆制备时加入适量羧甲基纤维素钠（CMC） ，CMC 溶于水能显著增加溶液粘度，具有增稠、分散、乳化、悬浮、保护胶体等作用，能使孔壁形成薄而坚、渗透性低的滤层，使失水量降低。 在钻进过冲中应严格及时进行泥浆指标测定，及时调整，泥浆的指标要求：泥浆比重 1.11.25 g/cm3，清孔泥浆比重为1.1 g/cm3。黏度控制在 1825s，含砂率4%，胶体率98%，PH 值 79。因旋挖钻施工时泥浆不需要进行循环，为维持流沙层稳定，适当增大了泥浆比重，施工中应进行重点控制。同时，因旋挖钻提钻出渣后会带出部分泥浆，应予以及时补充，保持

9、水头压力。提钻出渣时，在孔口处应稍微静停几秒钟，待钻斗内大部分泥浆流出后在放开底板出渣，以减少泥浆损失，并降低渣土含水量，便于堆放及运输。钻进过程中，还应重点监测泥浆含砂率，泥浆中含砂率过大，在泥浆受扰动时，泥浆中的砂粒会对孔壁泥皮产生切削作用，不利于孔壁稳定，应加强检测频率，发现含砂率过大应及时补浆或静停一段时间。 2.2.3 及时对钻孔效果进行检验，及时发现问题 主要检测和观测内容有：孔底标高、钻孔倾斜度、孔径、泥浆性能指标、孔内水头高度、出渣量与进尺量对比等。通过这些监控内容，可及时发现钻进中是否出现了塌孔、缩径、钻孔偏斜等情况，以便及时采6取有效措施。 2.2.4 制定详细的应急预案，

10、出现问题及时处理 针对流砂层易出现塌孔、埋钻等事故的情况，制定专项的应急预案，并集中配备应急处理物资和设备，确保及时处理事故。 3 技术研究总结及效益分析 通过对各控制要素采取针对性的应对和改进措施，经过不断的试验和总结，技术研究工作最终取得良好效果，克服了流砂层地质条件下的成桩困难，并具有以下几方面的优势： 3.1 成桩速度快：与同类地质条件下的循环钻和冲击钻施工相比，旋挖钻成桩速度具有明显优势，可有效缩短施工周期。 3.2 施工质量高：旋挖钻机自动化程度高、工艺先进，对桩位控制、成孔质量、孔底沉渣控制等均具有明显优势。 3.3 清洁环保：由于旋挖钻钻进中护壁泥浆不需要进行循环，孔底沉渣较少

11、，配合使用空气吸泥机，可有效减少甚至避免二次清孔，减少了泥浆使用量，减少环境污染。因成孔效率较高，现场投入钻机和配套设备少，便于管理，有利于现场文明施工。 3.4 施工成本低：因为旋挖钻施工设备及人员投入少、大临投入小、施工周期短、扩孔系数小、施工质量控制简单、环水保及文明施工配套投入少等因素，综合经济效益明显，可有效控制施工成本。 参考文献 1 公路桥涵施工技术规范：JTG/T F50-2011. 中华人民共和国交7通运输部.人民交通出版社，2011.7 2 杨文秀.浅议旋挖钻施工钻孔桩的优势 J.山西建筑第 33 卷第4 期 . 3砂卵石地层中钻孔灌注桩成孔控制技术 J.施工技术 - 2011, 40(13)