旋挖钻穿越砂层施工的技术措施探析

 

 

1 工程概况及地质特点

 

       项目位于四川省内江市隆昌县境内，是连接成渝客专某高铁站到隆昌县城的一条一级公路，总里程为11.164km（K0+000-K11+164）。全线共有大桥5座，中桥5座，桩基总数480根，全部为端承桩。 

 

       由地勘报告中得知桥址地层为第四系全新统土层（Q4），有坡残积层（Q4dl+el）、坡洪积层（Q4dl+pl）及中生界侏罗系沙溪庙组（J2s）红层。由上至下为素填土、粉质粘土、泥岩、泥质砂岩、砂岩等，有部分桥位桩基处在粉质粘土和岩层之间夹有砂层，埋深4m～10m，厚度2～5m。各种地质互层状分布，变化很快，局部连续砂层厚度达到5m，施工中较难控制。 

 

 

2 施工方案选择

 

       项目技术部门综合分析桩基所处地段的实际情况，经项目部研究，可供选择的施工方案主要有以下几项： 　

 

2.1冲击钻与钢护筒结合 

 

       即在桩基处预先埋设钢护筒，并且随着钻机的不断深入，同时下沉钢护筒。但是从专业技术的角度进行分析，冲击钻与钢护筒结合施工方案可以有效控制坍孔、流砂等现象的出现，但是在具体操作中对于钢护筒的垂直度较难控制，且工期相对较长，再次是施工费用相对较高，所以不宜采取。 

 

 

2.2旋挖钻与钢护筒结合 

 

       部分工程技术人员提出了应用旋挖钻加上岩层地段以上采用全钢护筒护壁的施工方案，即通过岩层地段以上采用全钢护筒护壁，在钢护筒内用旋挖钻采用干挖法进行吸泥砂挖孔。虽然说此种方案是最为安全的，但是全钢护筒护壁的施工流程较为繁琐，而且施工费用也明显超出预算，所以也不易使用。 

 

 

2.3旋挖钻与混凝土护壁结合 

 

       现场施工人员提出了先用旋挖钻成比设计孔径大20cm的孔径，孔深钻至比砂层地段深1m左右，然后迅速回填C20混凝土，采用混凝土护壁，最后在用旋挖钻干挖成孔至设计孔径与孔深。考虑此种方案施工流程各方面需严格控制以及衔接，而且此种护壁方法对在砂层中应用极少，技术经验不够成熟，还有就是所需费用相对较高，所以不宜采取。 

　

 

2.4正循环旋挖成孔 

 

       在综合分析工程项目实际地质条件的基础，并结合施工单位现有的工艺和技术水平，和设计单位、业主、监理商量拟定了正循环旋挖成孔的施工方案，其具体操作流程主要包括：正循环旋转钻孔、泥浆护壁、水下混凝土灌注成桩等施工技术措施。 

 

 

3 施工技术要点及工艺分析总结

 

       在成渝客专隆昌县快速通道项目的建设中，工程项目设计单位、业主、监理单位及施工单位经过慎重的考虑和分析，最终决定采取正循环旋挖钻成孔的方法。 

 

 

3.1施工技术要点 

 

       1、采取捞砂式封底钻斗：在使用旋挖钻机在砂层中进行钻进时，如果使用普通的钻斗钻进则容易出现“跑空”的现象，所以工程技术人员积极进行工艺和技术改造，最终决定采取操作流程简便、技术要求相对较低的捞砂式封底钻斗，同时在钻头上设置通气孔，保证提钻过程中钻头上下泥浆流动，防止出现提钻过程中的真空现象。在旋挖钻机启动后，首先采用低速钻进，并且保证主卷扬机的钢丝绳承担高于钻斗、钻杆重量之和的20%以上，一定要严格检查钻孔过程中是否存在孔位偏差的问题。 

 

       2、严格控制泥浆比重：在旋挖钻钻进的过程中，严格控制粘土与泥浆的比重在1.4-1.6之间。在对终孔进行严格的施工质量检验后，应及时进行首次清孔作业。在清孔作业过程中，一定要严格控制泥浆的相关工艺和技术指标，并且防止出现塌孔现象。因此，在首次清孔作业时要将泥浆比重严格控制在1.20-1.30之间。对于部分PH值较低的泥浆，可以添加适量的纯碱，常规掺入量为膨润土的0.3%-0.5%即可，将其PH值提升至8-10，以达到加速砂层水化作用的效果，进一步提高泥浆的稳定性及胶体率。 

 

       3、及时组织二次清孔或重新调制泥浆，以达到加强护壁稳定性的效果：在完成钢筋笼安装后，技术部门应使用专业的仪器对成孔深度、泥浆性能进行测量。通过本次砂层钻孔桩施工中总结的经验，总结出下列几项可行的技术措施：

 

       1）在进行混凝土灌注前，孔内泥浆的比重控制在1.15-1.25之间最为合理；

 

       2）泥浆的含砂率应控制在≤10%；

 

       3）泥浆的拌制时间应≥10min；

 

       4）新拌制的浆应在泥浆池中水化分解24h以上方可使用；

 

       5）混凝土灌注过程中，必须严格观察和记录护筒内的水位变化情况，如有意外需及时进行处理。 

 

 

 

3.2施工工艺分析与总结 

 

       1、问题：出现终孔验收合格后，安装钢筋笼、导管后（这个过程的时间不超过1 小时），检测沉渣厚度超标。 

 

原因分析：

 

       出现这种情况的原因是泥浆性能差，比重均小于1.1。现场施工人员认为旋挖钻机成孔，旋挖斗将钻渣全部提出，不像旋转钻机或冲击机钻依靠泥浆排渣，所以泥浆中含渣量小，在保证孔壁稳定的情况下泥浆比重可调的相对小一些，这样也容易满足清孔验收指标的要求。但是在穿越砂层时，还是有相当数量的沙子混入泥浆中，其含量超过泥浆本身的浮渣能力。在终孔后，安装钢筋笼和导管过程中，泥浆处于静止状态。由于泥浆比重较小，浮渣能力弱，沉渣迅速沉淀到孔底，导致沉渣厚度超标。 

 

解决措施：

 

       1）适当增大钻孔时的泥浆比重，增强泥浆本身的浮渣能力；

 

       2）终孔时孔底预留30 暂时不挖，待孔静置2 至3 小时，沉渣沉淀后随同底部预留的30一同挖出，达到第一次清孔的目的；

 

       3）导管二次清孔或旋挖钻机二次清孔（需提出导管和钢筋笼）。 　　

 

 

 

       2、问题：终孔后持续塌孔，甚至塌至地表，造成成孔彻底失败，不得不回填。 

 

原因分析：

 

       砂层较厚4～5m、且是粗砂，透水性强。旋挖钻机钻进速度快，筒形钻头的活塞作用使孔壁不能形成护壁泥皮。护壁泥浆比重小，与砂层中水的压力差不足以维持孔壁的稳定。 

 

解决措施：

 

       1）增大泥浆比重，参考规范，取上限指标。

 

       2）在砂层钻进时，放慢钻进速度，提、放钻头时放慢速度。 

 

 

 

       3、问题：有些孔在导管二次清孔时，在砂层或砂砾层部位出现塌孔。 

 

原因分析：

 

       1）终孔后，由于种种原因未能及时灌注砼，静置时间长（一般超过24小时），砂层位置变松散；

 

       2）清孔时降低泥浆比重至1.05～1.1 之间（清孔验收指标），孔内泥浆比重不足以维持砂层处孔壁的稳定，泥浆循环冲刷孔壁。 

 

解决措施：

 

       1）优化现场管理，各工序之间尽量连续施工；

 

       2）砂层较厚时，钻进时选用较大的泥浆比重，清孔时泥浆比重不宜低于1.15～1.3；

 

 

       3、减少导管清孔时间，将孔底沉渣翻动悬浮后，快速灌注封底砼。如孔底沉渣厚度满足要求，可直接灌注砼。 

 

 

       4、施工技术管理中应注意的事项 

 

       1、严格执行技术交底制度，对现场技术、管理人员、施工班组作业人员进行岗前培训，做到人人心中有数。 

 

       2、加大现场的检查力度，规范施工中的技术操作流程。 

 

       3、在砂层钻孔桩施工中，应根据不同的地层，适当增加或减少护筒长度，确保护筒伸入稳定土层不小于50cm。 

 

       4、增加泥浆检测的频率，及时进行调浆、补浆，确保钻进过程中泥浆比重始终保持在1.4～1.6之间。 

 

       5、设置泥浆制备池、循环池及清孔池，提高清孔质量，提高泥浆的周转效率，进一步节约施工成本。