特殊地質(zhì)條件下旋挖鉆施工技術(shù)

/ 特別地質(zhì)條件下旋挖鉆施工技術(shù)學(xué)院：環(huán)境和土木工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：15級(jí)地質(zhì)3班姓名：尹金輝學(xué)號(hào)：2015050143特別地質(zhì)條件下旋挖鉆施工技術(shù)摘要：本文針對(duì)旋挖鉆成孔技術(shù)的特點(diǎn)，探討總結(jié)了其相應(yīng)的施工技術(shù)，特別是針對(duì)在高水位、軟土層、流砂和硬層等不利地質(zhì)狀況下的旋挖鉆成孔技術(shù)進(jìn)行探討，形成了相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆特別地質(zhì)施工技術(shù)

隨著鐵路和高速公路建設(shè)的不斷發(fā)展，鉆孔灌注樁在橋梁基礎(chǔ)中日益增多。在鉆孔灌注樁施工過(guò)程中，具有成孔率高，孔徑偏差小，移動(dòng)快速靈敏等優(yōu)點(diǎn)的旋挖鉆機(jī)作為一種新型的鉆孔設(shè)備，正在被越來(lái)越多的接受在橋梁工程鉆孔樁施工中，并且有逐步取代傳統(tǒng)的正、反循環(huán)鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)的趨勢(shì)。

樊家溝大橋位于西商高速公路k25+840里程，橋梁基礎(chǔ)為混凝土灌注樁，鉆孔樁32根共計(jì)1200m，絕大部分樁基孔位處于原水庫(kù)底面上，表面以下5m范圍內(nèi)為黑色河泥，再往下18m范圍內(nèi)為粘土層和砂礫層交替，接著為一層厚度為5m左右的砂礫層，最終為卵石土層。因?yàn)槭茉畮?kù)水浸泡，地下水位高（約為原地面對(duì)下1m），故表面底層土質(zhì)松軟，而最終卵石土層中又含有大塊粒徑（約為50cm直徑）卵石。綜合考慮地質(zhì)條件、工期等各方面因素，確定全部接受旋挖鉆機(jī)成孔。

1鉆挖鉆機(jī)的主要技術(shù)性能及特點(diǎn)

旋挖鉆機(jī)的工作原理是通過(guò)底部帶有活門的筒式鉆頭回旋裂開(kāi)巖土，并將其裝入鉆斗內(nèi)，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮桿將鉆斗提出孔外卸土，并且可以把粒徑較小的卵礫巖塊帶出孔外，這樣反復(fù)循環(huán)，不斷地取土卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)深度。最適合粘土、亞粘土、砂層、砂卵石和單軸抗壓強(qiáng)度小于80mpa的巖石。主要技術(shù)性能及特點(diǎn)如下：

1.1成孔速度快，是一般的循環(huán)鉆機(jī)的5倍以上，有效地保證了工程進(jìn)度。旋挖鉆機(jī)接受全液壓設(shè)計(jì)，自動(dòng)化程度高，工作速度快，直徑2.2m，孔深35m的基樁通常在2小時(shí)成孔。

1.2移動(dòng)便利，旋挖鉆全液壓履帶式伸縮底盤，可將鉆機(jī)便利地移動(dòng)到所要到達(dá)的位置，具有良好的整機(jī)穩(wěn)定性及良好的機(jī)動(dòng)性能。

1.3定位速度快且定位精確度高，開(kāi)孔前通過(guò)人工指揮鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)樁位，再由操作員將對(duì)應(yīng)坐標(biāo)設(shè)置軸心坐標(biāo)，施工過(guò)程中操作員在駕駛室內(nèi)利用先進(jìn)的電子設(shè)備可以精確的實(shí)現(xiàn)對(duì)位和以后的校正操作，使得鉆機(jī)達(dá)到最佳鉆進(jìn)狀態(tài)，定位完成后干脆由鉆筒加護(hù)筒鏟旋挖護(hù)筒基坑，比起傳統(tǒng)機(jī)械省時(shí)省力，而且精度高。

1.4鉆孔深度、垂直度可以自動(dòng)檢測(cè)及限制，鉆孔深度和垂直度可以由電子系統(tǒng)限制并在熒屏實(shí)時(shí)顯示。

1.5鉆機(jī)自帶動(dòng)力，不受場(chǎng)地供電限制，在電力驚惶的工地施工作業(yè)時(shí)，旋挖鉆更能體現(xiàn)它的優(yōu)越性。

1.6平安、環(huán)保特點(diǎn)突出，旋挖鉆操作靈敏輕快，振動(dòng)小、噪音低，而且還設(shè)置了主、副卷?yè)P(yáng)機(jī)的高度限位和動(dòng)壁幅度限位以及駕駛室內(nèi)液控開(kāi)關(guān)等平安愛(ài)惜裝置，鉆孔過(guò)程中不循環(huán)泥漿，運(yùn)用的泥漿可以循環(huán)利用，鉆渣可以通過(guò)提升鉆斗時(shí)和泥漿分別后，用裝載機(jī)運(yùn)輸至指定位置，削減了污染，施工現(xiàn)場(chǎng)較為清潔干凈。

1.7成孔后沉渣少，旋挖鉆機(jī)接受靜態(tài)泥漿護(hù)壁，鉆渣是通過(guò)旋挖斗干脆提出，沉渣量很小。

2旋挖鉆鉆孔施工技術(shù)

由于樊家溝溝底施工場(chǎng)地，地下水比較豐富，形成對(duì)樁孔側(cè)壁的壓力，為了保持樁孔內(nèi)壓力大于等于孔外壓力，接受澎潤(rùn)土加標(biāo)準(zhǔn)粘土（不含砂）拌制泥漿，接受泥漿護(hù)壁法施工工藝。以下簡(jiǎn)述正常狀況下的旋挖鉆成孔施工技術(shù)：

2.1施工準(zhǔn)備。

2.1.1鉆機(jī)就位：依據(jù)樁孔中心位置，將鉆機(jī)就位，調(diào)整鉆機(jī)處于水平狀態(tài)，使鉆機(jī)桅桿處于垂直位置，保證鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)樁位中心。

2.1.2埋設(shè)護(hù)筒：旋挖鉆鉆筒加設(shè)旋挖鏟旋挖護(hù)筒基坑，由鉆機(jī)自帶鋼絲繩吊設(shè)護(hù)筒，人工協(xié)作埋置護(hù)筒，此操作比起傳統(tǒng)的循環(huán)鉆或者沖擊鉆要便捷、精確許多。

2.1.3泥漿制備，泥漿由水、膨潤(rùn)土和碳酸鈉、纖維素等添加劑組成，視不同土層確定泥漿比重、稠度和用量，造漿后，按要求測(cè)試泥漿性能指標(biāo)，并在鉆孔時(shí)檢查泥漿比重。泥漿性能指標(biāo)符合表要求。

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注:(1)地下水位高或其流速大時(shí),指標(biāo)取高限,反之取低限;(2)地質(zhì)狀態(tài)較好,孔徑或孔深較小的取低限,反之取高限。

鉆孔旁邊設(shè)置制臨時(shí)漿池、蓄漿池、沉淀池，臨時(shí)漿池在清孔時(shí)和樁孔內(nèi)泥漿連通，形成循環(huán)系統(tǒng)，用于清孔排出孔內(nèi)沉渣；沉淀池和蓄漿池通過(guò)溝槽連通，用于鉆孔過(guò)程中排出孔外的含有鉆渣的泥漿循環(huán)凈化，沉淀后重復(fù)運(yùn)用。鉆孔時(shí)通過(guò)泥漿泵將泥漿從蓄漿池抽出注入樁孔，保持孔內(nèi)壓力，以防塌孔；灌注砼時(shí)再將樁孔內(nèi)排出的泥漿從臨時(shí)漿池抽到沉淀池。開(kāi)鉆前，依據(jù)樁長(zhǎng)計(jì)算出所需泥漿用量，準(zhǔn)備足夠數(shù)量的泥漿，保證鉆孔工作的順當(dāng)進(jìn)行。

2.2鉆孔。護(hù)筒埋好后,經(jīng)過(guò)檢樁確認(rèn)誤差在允許范圍內(nèi),將泥漿輸進(jìn)樁孔中，起先鉆進(jìn)出渣。鉆進(jìn)過(guò)程中要經(jīng)常留意土層變更，每進(jìn)尺2m或在土層變更處應(yīng)查看鉆渣，推斷土層地質(zhì)狀況，記入鉆孔記錄表，并和地質(zhì)柱狀圖核對(duì)，同時(shí)依據(jù)鉆進(jìn)難易程度選擇適合的鉆頭型號(hào)或更換斗齒。操作人員必需細(xì)致貫徹執(zhí)行崗位責(zé)任制，隨時(shí)填寫鉆孔施工記錄，交接班時(shí)應(yīng)詳細(xì)交代本班組鉆進(jìn)狀況及下一班組須要留意的事項(xiàng)。鉆孔過(guò)程中要保持孔內(nèi)1.5-2m的水頭高度，鉆孔作業(yè)應(yīng)分班連續(xù)進(jìn)行，經(jīng)常對(duì)鉆孔泥漿進(jìn)行檢測(cè)和試驗(yàn)，泥漿如有損耗、漏失，剛好補(bǔ)充。遇土層變更，可適當(dāng)調(diào)整泥漿指標(biāo)，特別是穿越沙層地質(zhì)時(shí)，要限制好泥漿比重和黏度，以防塌孔發(fā)生。

鉆進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常視察鉆機(jī)上的水平儀是否水平，如有傾斜或位移，剛好調(diào)整。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，對(duì)成孔的孔位、孔深、孔形、孔徑、垂直度等幾何尺寸進(jìn)行全面檢查，確定滿足設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行下道工序。

3不利地質(zhì)條件下鉆進(jìn)方法及鉆頭選擇

3.1施工中由于施工平臺(tái)土松軟，鉆機(jī)因自重下沉，會(huì)導(dǎo)致孔位偏移、孔斜和擴(kuò)孔現(xiàn)象。首先，因?yàn)樾阢@機(jī)開(kāi)孔對(duì)位時(shí)所設(shè)置的孔中心坐標(biāo)是相對(duì)于鉆機(jī)履帶相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上而言，假如鉆機(jī)發(fā)生位移或者傾斜，則孔的位置，垂直度和擴(kuò)孔程度都得不到有效的限制，導(dǎo)致孔質(zhì)量達(dá)不到規(guī)范要求，因此實(shí)行了如下措施：

3.1.1為了保證施工平臺(tái)有足夠滿足鉆機(jī)須要的承載力，確保施工過(guò)程中施工平臺(tái)穩(wěn)定，在填筑施工平臺(tái)時(shí)，接受強(qiáng)度高的砂性土、含水量適宜的粘土混合土，填筑時(shí)候分層壓實(shí)。

3.1.2在旋挖鉆履帶底部鋪設(shè)鋼板，使旋挖鉆機(jī)自重力分散作用在平臺(tái)上。

3.1.3施工過(guò)程中剛好用裝載機(jī)清除鉆頭提上來(lái)的渣土，削減挖掘渣土中的水分滲出后浸泡施工平臺(tái)，保證鉆機(jī)底部及周邊土不被泡軟。

3.1.4鉆機(jī)一旦定位開(kāi)鉆后，施工過(guò)程中盡量避開(kāi)鉆機(jī)在水平位置移動(dòng)。

3.1.5開(kāi)鉆前將點(diǎn)位用護(hù)樁引到不易遭到破壞的地方，同時(shí)在兩側(cè)履帶帶有明顯標(biāo)記的外側(cè)地面設(shè)參照點(diǎn)，在施工過(guò)程中經(jīng)常視察其平面位置和水平位置變更，一點(diǎn)發(fā)生變更，依據(jù)映出的護(hù)樁復(fù)原中樁，重新調(diào)整鉆頭中心坐標(biāo)，并調(diào)整鉆機(jī)電子設(shè)備中的孔位坐標(biāo)。

3.2樊家溝樁基地層中第一層為厚度為5m左右的黑色河泥，因含有大量的有機(jī)物，呈腥臭味，該層在清表時(shí)處理，并換填素土，由于淤泥層較深，土側(cè)壓力隨深度增大而增大，鉆機(jī)機(jī)身自重近50t，桅桿高度為20m，假如發(fā)生塌孔，鉆機(jī)會(huì)有傾覆的緊急，因此該層能否處理好，干脆影響鉆機(jī)平安，而淤泥下面為粘土和砂礫土混合層，只要穿越淤泥層，下面的土層就簡(jiǎn)潔滿足鉆機(jī)承載要求。

經(jīng)過(guò)探討，綜合考慮平安性、經(jīng)濟(jì)性和施工速度后，接受加長(zhǎng)鋼護(hù)筒，詳細(xì)方案如下：

3.2.1經(jīng)過(guò)計(jì)算，將3mm厚鋼板圈成筒狀，鋼板縫滿焊，筒外壁接受φ20螺紋鋼間距50cm焊接在鋼護(hù)筒外側(cè)加固，鋼護(hù)筒長(zhǎng)度以穿過(guò)淤泥層進(jìn)入粉質(zhì)粘土層50cm長(zhǎng)度為準(zhǔn)。

3.2.2鋼筒用吊車吊在樁位上，校正位置和垂直度。

3.2.3把2條槽鋼放在鋼筒上邊，在槽鋼中間放一部平板振動(dòng)器，并堆滿2t重砂袋，砂袋可用簡(jiǎn)易的鋼筋籠固定，鋼筋籠直徑和鋼護(hù)筒相同，鋼筋籠豎筋剛好插在鋼護(hù)筒壁上。

3.2.4開(kāi)動(dòng)平板振動(dòng)器，在振動(dòng)器和砂袋的共同作用下，鋼筒慢慢下沉并且穿過(guò)淤泥層。

只要留意鋼筒垂直度，砂袋勻整堆放，鋼筒一次穿越淤泥層后，用鋼絲繩固定在地面上，在鋼絲繩和淤泥土層側(cè)壓力的共同作用下，鋼筒不會(huì)自動(dòng)下沉，沉筒后旋挖鉆很快就可以把淤泥層挖穿。

3.3其次層土為粘土，含有少量小塊砂礫，并且有豐富的地下水，土層呈黃色或者黃褐色，因?yàn)槭┕r(shí)為冬季，該土層中略微凍結(jié)現(xiàn)象，第三層為砂礫土層，在水的浸泡下極易坍塌。旋挖鉆泥漿護(hù)壁為靜態(tài)泥漿護(hù)壁，孔壁泥皮薄，故護(hù)壁效果較差，尤其在砂礫土層中更為突出，在旋挖鉆鉆進(jìn)和出土過(guò)程中孔壁會(huì)被鉆筒不斷擾動(dòng)，加之旋挖鉆挖孔孔壁較松散，和沖擊鉆相反，故孔壁土層穩(wěn)定性較差，對(duì)質(zhì)量和平安造成了極大的威逼。

對(duì)應(yīng)這些問(wèn)題實(shí)行了如下措施：

3.3.1依據(jù)粘土和砂礫土交替這種地質(zhì)狀況，選擇合適的鉆進(jìn)速度，假如出砂多，則在該深度處加重泥漿比例，放慢挖進(jìn)速度。

3.3.2施工時(shí)選用水化性能好，造漿率高，成漿快，加入澎潤(rùn)土和標(biāo)準(zhǔn)黏土，成孔后到灌注前始終循環(huán)孔內(nèi)泥漿。

3.3.3旋挖鉆出渣盡量卸土至鉆機(jī)能達(dá)到的最遠(yuǎn)處，避開(kāi)裝載機(jī)在運(yùn)渣過(guò)程中擾動(dòng)孔口，并避開(kāi)機(jī)械在成孔后孔口四周走動(dòng)。

3.3.4將不行能避開(kāi)的施加在孔口周邊的力盡量分散，避開(kāi)局部受力，杜絕外部力干脆作用在護(hù)筒上，接受了4塊6m木板放在孔口四周，供工人施工作業(yè)時(shí)走動(dòng)。

3.3.5施工過(guò)程中，盡量避開(kāi)鉆斗和吊設(shè)固定加長(zhǎng)鋼護(hù)筒的鋼筋籠摩擦碰撞，傷及孔壁。

3.3.6在粘土中鉆進(jìn)時(shí)，增大切削刃角，防止黏泥糊鉆。

3.4最終一層為較硬的卵石土層，在該層鉆進(jìn)時(shí)會(huì)帶出較大的卵石，切鉆筒底的鉆頭摩損較嚴(yán)峻，旋挖鉆鉆筒一般比設(shè)計(jì)孔徑小8cm左右，通過(guò)鉆頭及鉆筒外調(diào)整塊來(lái)調(diào)整，在該卵石層中鉆進(jìn)，鉆頭和調(diào)整塊磨損的速度很快，最嚴(yán)峻時(shí)調(diào)整塊被磨損4cm多，這就使樁徑達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，在這種地層中鉆進(jìn)，我們實(shí)行了如下措施：

3.4.1時(shí)刻視察鉆筒鉆頭及調(diào)整塊的磨損程度，剛好更換鉆頭補(bǔ)焊調(diào)整塊，以確保樁體直徑滿足要求。

3.4.2在鉆進(jìn)硬層時(shí)，鉆機(jī)出現(xiàn)了嚴(yán)峻的搖擺現(xiàn)象，鉆機(jī)位置也會(huì)發(fā)生較大的位移，故必需時(shí)刻留意調(diào)整鉆機(jī)位置，重新輸入孔位，確?？孜缓蛢A斜度滿足要求。

3.4.3在遇較大的石塊層時(shí)，更換巖層螺旋鉆頭，將孔中巖石層攪碎，在換回鉆筒將其撈出，如此用筒鉆和螺旋鉆不斷交替作業(yè)，在更換后作業(yè)時(shí)仍需留意鉆機(jī)位置變更。

3.4.4這種硬層施工時(shí)還可以調(diào)整桅桿傾斜角度，給鉆桿增加摩阻力，當(dāng)鉆頭進(jìn)尺后立刻將桅桿調(diào)垂直，接著鉆進(jìn)卸土后，循環(huán)調(diào)整作業(yè)。