導(dǎo)管氣舉反循環(huán)工法成槽施工技術(shù)8p

1、導(dǎo)管氣舉反循環(huán)工法成槽施工技術(shù)摘要：本文重點介紹導(dǎo)管氣舉反循環(huán)成槽工法、質(zhì)量控制及常見問題的處理。關(guān)鍵詞：成槽；氣舉反循環(huán)；質(zhì)量控制；問題處理1、概述成槽是地下連續(xù)墻施工的關(guān)鍵工序，成槽的垂直度、寬度、槽壁平整度將直接影響墻體的垂直 度及外形尺寸。此外，成槽工序幾乎占地連墻施工時間的左右，如何提高成槽功效也是我們關(guān)心 的問題。目前我公司曹妃甸港區(qū)和在唐山港京唐港區(qū)已建成萬噸級以上地下連續(xù)墻深水泊位二十多 座，最大噸級已達(dá)十萬噸。根據(jù)多年來從事地下連續(xù)墻板樁碼頭施工實踐，對曹妃甸港區(qū)首鋼京唐 公司板樁碼頭采用導(dǎo)管氣舉反循環(huán)工法成槽總結(jié)出了一套成熟的經(jīng)驗。2、土層分布與地下水位2.1 土層分布：曹

2、妃甸港區(qū)原始海底面以下以粉細(xì)砂和砂性土為主，原始海底面以上為吹填粉細(xì)砂 和回填土。2.2、地下水位：地下水穩(wěn)定水位在2.5m左右，水質(zhì)接近海水。3、成槽工法的確定3.1成槽工法的選擇：曹妃甸港區(qū)的土層以粉細(xì)砂為主，透水性大、屬于易滲漏、易坍塌土層。在該種土層中進(jìn)行成 槽施工應(yīng)選擇對土體擾動小，精度高、工效快、設(shè)備簡單的工法來完成。在曹妃甸港區(qū)地下連續(xù)墻 板樁碼頭成槽施工中，主要采用導(dǎo)管氣舉反循環(huán)成槽和索式液壓抓斗成槽兩種工法。根據(jù)我公司多 年來的施工實踐，對兩種工法存在的優(yōu)缺點進(jìn)行比較如下：3.1.1導(dǎo)管氣舉反循環(huán)成槽1）成槽時經(jīng)鉆頭切削掉的土體落入槽底后，從噴導(dǎo)管的下口吸入，由上口排出槽外，

3、對槽壁的 擾動很小。2）鉆頭尺寸可根據(jù)墻體厚度制作，加工簡單便捷，投入低。3）反循環(huán)工法能有效將沉在槽底的粉細(xì)砂全部噴出，而且成槽與清槽設(shè)備合一，簡便高效。4）由于采用了具有一定剛度的噴導(dǎo)管，可垂直導(dǎo)向，定位準(zhǔn)確，成槽偏差可得到有效控制。5）可有效控制成槽軸線，減小相鄰槽段之間的錯位。6）單機(jī)作業(yè)效率較抓斗成槽低，泥漿消耗量較高。由于成槽泥漿在地面循環(huán)，如管理不善容易 外溢，影響作業(yè)環(huán)境。3.1.2索式液壓抓斗成槽1）、由于液壓抓斗成槽靠斗體和斗頭自重對槽內(nèi)土體進(jìn)行沖擊進(jìn)尺，且反復(fù)上下升降，對槽壁擾 動較大，易造成槽壁坍塌。2）、抓斗開斗尺寸和斗體寬度經(jīng)常出現(xiàn)與設(shè)計尺寸不相符的情況，需另行采購

4、或加工制做斗體， 增加經(jīng)濟(jì)投入。3）、由于液壓抓斗斗體閉合不嚴(yán)，在粉細(xì)砂層中成槽會導(dǎo)致斗體內(nèi)抓上的砂土回流到槽體內(nèi)，影 響進(jìn)度并增加清槽工程作量。4）、液壓抓斗雖然有自動糾偏功能，但在實際成槽過程中很難完全控制挖槽的垂直度，一旦出現(xiàn) 偏差，糾正起來十分困難。況且在糾偏過程中導(dǎo)向板需對槽壁一側(cè)進(jìn)行擠壓，易造成槽壁坍塌。5）、相鄰槽段抓斗就位控制不準(zhǔn)，容易造成相鄰槽段錯位。6）、單機(jī)作業(yè)效率較高、泥漿消耗量較少。抓出的渣土可直接裝車外運(yùn)，施工場地可保持干凈整 潔。3.1.3通過上述比較可以看出：在曹妃甸港區(qū)這種特定的土層中采用導(dǎo)管氣舉反循環(huán)和抓斗兩種工 法成槽各有利弊。但考慮到采用導(dǎo)管氣舉反循工法

5、對槽壁的擾動很小，能有效地防止槽壁坍塌；成 槽精度高，垂直度、平整度及軸線位置等可得到有效控制；清渣換漿簡便高效等優(yōu)點，我公司在該 地區(qū)進(jìn)行板樁碼頭地連墻特別是技術(shù)要求較高的前墻成槽施工時，首選導(dǎo)管氣舉反循環(huán)工法。對其 不足之處，可同時投入多臺設(shè)備彌補(bǔ)其在工效上的差距，加強(qiáng)管理便可有效控制泥漿外溢，保持施 工場地干凈整潔。4、導(dǎo)管氣舉反循環(huán)工法4.1基本原理導(dǎo)管氣舉反循環(huán)成槽工法的基本原理是：將鋼管制成的噴導(dǎo)管（其長度大于槽深2米左右）插入 先導(dǎo)孔內(nèi)，其下端固定在槽底土石中，上端固定在成槽臺車上。該導(dǎo)管下端為土、石的入口，上端 為露出地面的噴出口。鉆機(jī)沿噴導(dǎo)管鉆進(jìn)過程中對土體進(jìn)行切削，切削掉的

6、土體直接落到槽底，利 用空氣壓縮機(jī)向管底輸送高壓空氣，使噴導(dǎo)管管底入口與上部出口間產(chǎn)生巨大壓差，將落到槽底的 土、石噴出地面。此工法系我公司開發(fā)的獲國家發(fā)明專利的成槽技術(shù)。4.2設(shè)備組成導(dǎo)管氣舉反循環(huán)所用主要設(shè)備有：成槽臺車、噴導(dǎo)管及以該管為導(dǎo)向滑道的組合潛水鉆機(jī)、擴(kuò)孔 修槽修槽設(shè)備。輔助設(shè)備為：空壓機(jī)、吊車、渣斗等。4.3工藝流程采用導(dǎo)管氣舉反循環(huán)工法成槽時，其工藝流程如下圖工藝流程如圖4.4施工方法：施工前首先在導(dǎo)槽內(nèi)注入泥漿，首段施工前應(yīng)打設(shè)一個與墻等深的先導(dǎo)孔。成槽機(jī)架安裝調(diào)試 完成后，將噴導(dǎo)管插入先導(dǎo)孔內(nèi)，即可進(jìn)行成槽作業(yè)。成槽時可采用逐步向前推移鉆進(jìn)的方法進(jìn)行 （見下圖）。當(dāng)完成一

7、個單元槽段后，將鉆機(jī)改換為修槽設(shè)備進(jìn)行修槽，在修槽作業(yè)的同時即可進(jìn)行 清槽換漿。至此，一個單元槽段的成槽即告完成。下一槽段可利用接頭管拔出后形成的圓孔作為先 導(dǎo)孔，按上述步驟進(jìn)行。組合鉆成槽施工正面示意圖氣舉反循環(huán)工法成槽示意圖4.4.1成槽施工1）先導(dǎo)孔完成后，將成槽機(jī)就位，并將噴導(dǎo)管插入先導(dǎo)孔中，采用雙鉆抱管反循環(huán)工法鉆孔 成槽。鉆孔成槽時，在成槽架頭放置一個泥渣斗，啟動反循環(huán)系統(tǒng)和鉆機(jī)，讓鉆機(jī)沿噴導(dǎo)管向下鉆， 鉆進(jìn)過程中鉆頭切削的泥塊掉到槽底，利用氣舉反循環(huán)氣壓，將渣土隨泥漿通過噴導(dǎo)管排到渣斗里。 渣土沉淀后，分流的泥漿流回槽內(nèi)，泥漿可重復(fù)利用，但應(yīng)隨時檢測泥漿的性能，保證滿足泥漿質(zhì) 量

8、標(biāo)準(zhǔn)。在成槽過程中，渣斗充滿后應(yīng)及時更換空斗。當(dāng)成槽架在施工過程中移動后，噴導(dǎo)管距離 渣斗太遠(yuǎn)時，可在噴導(dǎo)管與渣斗之間搭設(shè)溜槽，使噴出的泥漿和渣土流入斗內(nèi)。2）當(dāng)用雙鉆抱管成槽完一鉆時，應(yīng)將鉆機(jī)提升，使鉆頭高過未鉆的土面。同時將噴導(dǎo)管提升 至離槽底面50cm100cm,而后移動成槽架，準(zhǔn)備下一鉆的施工。前后兩鉆位置重疊三分之一鉆頭 直徑，根據(jù)地層特點，每鉆水平進(jìn)尺應(yīng)控制在20cm內(nèi)，從單元槽段的一頭往另一頭移動著鉆進(jìn)，直 至整個單元槽段鉆孔完畢。3）成槽過程中，應(yīng)隨時用線錘對吊鉆機(jī)的鋼絲繩和噴導(dǎo)管進(jìn)行檢測，垂直度應(yīng)符合規(guī)范和有 關(guān)文件要求，如不能保證時，應(yīng)調(diào)整成槽架水平偏差和噴導(dǎo)管的垂直度，以

9、保證地連墻的垂直度。4）成槽施工過程中仔細(xì)復(fù)核鉆頭、鉆具磨損情況，如磨損嚴(yán)重應(yīng)及時更換。5）由于成槽施工需穿越較厚砂層，為防止槽體出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，因此在成槽過程中應(yīng)加強(qiáng)對泥 漿的控制，注入槽內(nèi)的泥漿比重控制在（1.051.10）g/cm3且嚴(yán)禁向槽內(nèi)注入清水，同時還要嚴(yán)格控 制槽內(nèi)的泥漿液面高度不得低于導(dǎo)墻頂面30cm，當(dāng)遇滲透系數(shù)較大砂層造成槽內(nèi)泥漿漏失時應(yīng)及時 補(bǔ)充泥漿以確保液面高度，必要時可向槽內(nèi)直接投放粘土或膨潤土以提高泥漿比重和粘度確保槽壁 穩(wěn)定，施工過程中如遇嚴(yán)重塌槽現(xiàn)象應(yīng)回填摻有15%水泥的粘土，待靜置5天后方可重新成槽施工。4.4.2修槽1）當(dāng)單元槽段成槽完畢后，拆下鉆機(jī)，換上與

10、地連墻等寬度的修槽設(shè)備。啟動反循環(huán)系統(tǒng)，用卷 揚(yáng)機(jī)來回提升修槽設(shè)備沿噴導(dǎo)管滑動，靠修槽設(shè)備自重沖擊、切削槽壁上鉆孔過程中沒有削掉的泥塊， 使槽壁平整。每一次沖擊必須到達(dá)地連墻設(shè)計深度。沖擊切削掉的泥塊掉入槽底后，從噴導(dǎo)管噴出存 于渣斗內(nèi)。2）每一次沖擊到設(shè)計深度后，提升修槽設(shè)備出槽，并提升噴導(dǎo)管離槽底10cm，然后移動成槽架， 繼續(xù)向前擴(kuò)搗。前后兩搗位置必須相交10cm以上，整個修槽過程必須連續(xù)，絕不能漏搗。3）每個槽段重復(fù)修槽兩次。修槽過程中，泥漿比重應(yīng)控制在1.2以下，在沖擊修槽過程中同時進(jìn) 行泥漿置換。4.4.3清槽換漿1）槽段修理完畢后，啟動反循環(huán)系統(tǒng)，用噴導(dǎo)管對槽底沉渣進(jìn)行清理。清槽

11、從槽段的一頭往另 一頭移動進(jìn)行，每次移動30cm40cm，每個位置停留一定時間，以使槽底的沉渣從噴導(dǎo)管中充分排 出。2）對槽底沉渣清理至少二遍，使沉渣厚度符合規(guī)范與設(shè)計要求為止。3）在對槽底清理的同時，根據(jù)槽內(nèi)的泥漿情況，進(jìn)行泥漿置換，置換后的泥漿比重控制在1.05 1.20。根據(jù)地層特點，穿越砂層施工時，為防止砂子沉淀過快，甚至有可能塌方，砼澆注前的泥漿比 重可以適當(dāng)增大。4）清槽換漿完畢后，用測繩對槽底深度進(jìn)行測量，其沉渣厚度應(yīng)符合規(guī)范與設(shè)計要求，并經(jīng)監(jiān)理 驗收合格后方可進(jìn)入下一道工序施工。5、質(zhì)量控制5.1垂直度控制5.1.1、導(dǎo)墻表面應(yīng)平整，其上預(yù)埋的軌道預(yù)埋鐵板必須經(jīng)過抄平，誤差不大

12、于3mm,成槽臺車軌道 焊接時必須抄平，誤差不大于1mm，以保證成槽臺車在施工過程中不傾斜。5.1.2、成槽臺車組裝時要用經(jīng)緯儀對臺車的垂直度進(jìn)行雙向控制，使成槽臺車提升噴導(dǎo)管的鋼絲繩 和提升組合鉆具的鋼絲繩在同一垂線上并與地面保持垂直狀態(tài)。5.1.3、噴導(dǎo)管應(yīng)選用具有足夠剛度的大直徑厚壁無縫鋼管制作，確保在成槽過程中起到導(dǎo)向作用。5.1.4、為保證地連墻先導(dǎo)孔的垂直度，施工中選用精度較高的旋挖鉆機(jī)成孔，在成孔 過程中采用電腦實時監(jiān)控，對成孔的垂直度、深度等進(jìn)行控制。5.1.5、采用“雙鉆抱管”工藝進(jìn)行成槽，即在組合鉆具上設(shè)置兩臺潛水鉆機(jī)，鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中一為 正轉(zhuǎn)，一為反轉(zhuǎn)，使鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中

13、產(chǎn)生的不平衡力矩相互抵消，避免在鉆進(jìn)過程中因?qū)Ч苁芰?不均造成的槽體偏斜。在京唐港建港初期，曾經(jīng)使用過“單鉆抱管”工藝進(jìn)行成槽施工，結(jié)果造成 槽體偏移，不得不進(jìn)行二次修槽，費時費工。5.1.6、成槽過程中，施工技術(shù)員應(yīng)隨時用線錘對鉆機(jī)的鋼絲繩和噴導(dǎo)管進(jìn)行雙向檢測，如發(fā)現(xiàn)有偏 差，應(yīng)調(diào)整成槽架水平偏差和噴導(dǎo)管的垂直度，保證成槽的垂直度。5.2成槽寬度及平整度的控制5.2.1、成槽應(yīng)采用與墻等厚的鉆具進(jìn)行。成槽施工過程中應(yīng)經(jīng)常檢查鉆頭、鉆具的磨損情況，如磨 損嚴(yán)重應(yīng)及時更換。5.2.2當(dāng)單元槽段成槽完畢后，拆下鉆機(jī)，換上與地連墻等寬度的沖擊修槽修槽設(shè)備，并啟動反循環(huán) 系統(tǒng)，用卷揚(yáng)機(jī)上下提升修槽設(shè)備

14、沿噴導(dǎo)管滑動，靠修槽設(shè)備自重沖擊切削槽壁上鉆進(jìn)過程中沒有削 掉的泥塊，使槽壁平整。每一次沖擊修槽必須到達(dá)設(shè)計深度。5.2.3每一次沖擊到達(dá)設(shè)計深度后，提升修槽設(shè)備出槽，并提升噴導(dǎo)管離槽底10cm，然后移動成槽架， 繼續(xù)向前擴(kuò)搗。前后兩搗位置必須相交10cm以上，整個修槽過程必須連續(xù)，不能漏搗。5.2.4、每個槽段修槽工序宜重復(fù)兩次。在沖擊修槽過程中同時進(jìn)行泥漿置換，泥漿比重應(yīng)控制在1.2g/cm3 以下，5.3清槽換漿控制5.3.1清槽換漿仍用成槽時所采用的導(dǎo)管氣舉反循環(huán)工藝進(jìn)行。傳統(tǒng)的清槽換漿是在修槽的同時啟動 反循環(huán)系統(tǒng)，對槽底沉渣進(jìn)行清理并進(jìn)行泥漿置換。清槽從槽段的一端往另一端移動進(jìn)行，

15、每次移動 30cm40cm，每個位置停留一定時間，使槽底的沉渣隨泥漿一起從噴導(dǎo)管中充分排出，渣土進(jìn)入渣斗， 泥漿經(jīng)循環(huán)后回流到槽內(nèi)。為了保證清渣后的泥漿滿足要求，應(yīng)向槽內(nèi)補(bǔ)充部分新鮮泥漿。修槽結(jié)束， 靜槽1小時后，重復(fù)以上步驟二次清槽，直至沉渣厚度、泥漿重度符合要求為止。該方法最大缺點是 泥漿在循環(huán)回流過程中會將部分沉渣重新帶入槽內(nèi)，換漿時間長、效率低且質(zhì)量不易得到保證。在工 程實踐中我們總結(jié)出了“封閉式換漿”的新工藝。具體作法是：靜槽后啟動空壓機(jī)將泥漿排入盛漿槽 內(nèi)，當(dāng)盛漿槽內(nèi)泥漿快溢出時立即關(guān)閉空壓機(jī)，利用泥漿泵將盛漿槽內(nèi)的泥漿全部排入沉淀池，同時 往槽內(nèi)注入新鮮泥漿，并保持液面高度。按以

16、上程序周而復(fù)始地進(jìn)行換漿，直至噴導(dǎo)管排出的泥漿達(dá) 到與新鮮泥漿性能一致時，換漿方可結(jié)束。這種方法換漿徹底，整個槽（孔）內(nèi)充滿了新鮮的泥漿。 在混凝土澆注過程中可對排出的泥漿進(jìn)行回收利用，既減少了泥漿的排放，又節(jié)約了成本。換漿工作 結(jié)束后即可進(jìn)行槽底清渣，具體方法為：以每30cm的間距緩緩移動成槽臺車，利用噴導(dǎo)管將換漿后 沉淀在槽底的渣土排出，同時繼續(xù)向槽內(nèi)補(bǔ)充新鮮泥漿，直到槽體內(nèi)全部成為置換后的新鮮泥漿，沉 渣厚度滿足要求后，即可結(jié)束清槽換漿工作。該方法清槽換漿徹底，效率較高。封閉式清槽換漿原理和清槽換漿作業(yè)現(xiàn)場如下圖。圖7清槽換漿作業(yè)現(xiàn)場5.3.2清槽換漿完畢后，技術(shù)人員應(yīng)會同監(jiān)理工程師對成

17、槽各項性能指標(biāo)進(jìn)行驗收，驗收合格后方 可進(jìn)入下一道工序施工。5. 4成槽效果在地連墻的成槽施工中由于采用了上述措施，使地連墻成槽的各項技術(shù)指標(biāo)完全滿足設(shè)計與規(guī)范要求。表1為首鋼京唐公司成品碼頭一期二步工程施工的部分槽段驗收結(jié)果（設(shè)計墻底標(biāo)高-30.0m，導(dǎo)墻頂標(biāo)高 +5.3m）。部分槽段驗收結(jié)果表1檢測項目 槽段編號、成槽深度（m）垂直度（%）泥漿比重（g/cm3）沉渣厚度（cm）48#地連墻35.340.201.06413#地連墻35.350.151.07571#地連墻35.360.201.10687#地連墻35.400.201.09105.5、超聲波成槽檢測儀的引用及應(yīng)用典型剖面圖為了更好

18、的控制地連墻成槽質(zhì)量，近年來引進(jìn)了 “扣 頓”超聲波槽體檢測儀，該儀器能精確、直觀的標(biāo)示出槽體 的垂直度及槽壁的平整度等。該儀器不僅能對最終成槽效果 進(jìn)行檢驗，而且可對成槽過程中的槽體進(jìn)行檢驗，發(fā)現(xiàn)問題 可及時糾正，因此對成槽施工具有很好的指導(dǎo)作用。目前已 在我公司承建的首鋼京唐鋼鐵成品碼頭一期二步工程成槽 施工中得到了應(yīng)用。利用該儀器檢測后自動繪制的典型剖面 見右圖6、槽壁坍塌原因分析及預(yù)防處理措施地下連續(xù)墻成槽施工中發(fā)生槽壁坍塌是對墻體質(zhì)量影響最大的因素之一，因此必須采取有效措 施加以防范。造成地下連續(xù)墻槽壁坍塌的主要原因分析及采取的預(yù)防處理措施如表2。槽壁坍塌原因分析及預(yù)防處理措施表2常見問題原因分析預(yù)防措施處理方法槽壁塌坍：（水位 突然下降；孔口 冒細(xì)密的水泡； 鉆進(jìn)時出土量增 加而不見進(jìn)尺； 鉆機(jī)負(fù)荷顯著增大等。）1、導(dǎo)墻下基土不密實，立面深度不夠；2、導(dǎo)墻頂面設(shè)置過低，槽內(nèi)泥漿液面 高度不夠，暴雨或風(fēng)暴潮引起地下水位 急劇上升或地面水進(jìn)入槽內(nèi)，造成槽內(nèi) 泥漿對槽壁的側(cè)壓力變小或泥漿變質(zhì)；3、護(hù)壁泥漿配比不當(dāng)，性能差，不能 起到護(hù)壁作用；4、泥漿漏失嚴(yán)重不能及時補(bǔ)漿，使槽 內(nèi)泥漿液面降至安全范圍以下；5、在紛細(xì)砂層中鉆進(jìn)，進(jìn)尺、鉆機(jī)回 轉(zhuǎn)、提鉆速度過快，空轉(zhuǎn)時間過長，造 成槽壁擾動；6、晾槽時間過長，使泥漿沉淀失去護(hù)