旋挖鉆機(jī)在之江大橋深埋硬質(zhì)巖層中的應(yīng)用

1 工程概況

之江大橋(又名錢江七橋)處于錢塘江河口段上游，位于聞家堰急彎和珊瑚沙與錢塘江大橋彎道之間，該河段在洪水和潮汐的交替作用下，河床寬淺，潮強(qiáng)流急，河床沖淤變化劇烈，是典型的游蕩河道。東側(cè)非通航孔橋共有水中樁基152根直徑1．8 m和2．0 m鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)63 m～74 m不等。

2 施工準(zhǔn)備

1)研究分析工程地質(zhì)。施工前對(duì)工程地質(zhì)、水文情況進(jìn)行研究，認(rèn)真分析設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)工程地質(zhì)進(jìn)行全面分析。對(duì)于地質(zhì)硬度小于5 MPa以下的工程地質(zhì)，分析時(shí)應(yīng)了解水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)參數(shù)等土性指標(biāo);對(duì)于巖性地質(zhì)，需了解巖石的成因和種類，巖石顆粒的大小和形狀，巖石構(gòu)造及裂隙發(fā)育情況，膠結(jié)的性質(zhì)及膠結(jié)形式等。2)施工機(jī)械與設(shè)備配置。針對(duì)工程不同地質(zhì)情況，對(duì)旋挖鉆機(jī)的鉆桿、鉆具、斗齒、護(hù)筒、泥漿、清孔工具等施工機(jī)械與設(shè)備進(jìn)行選擇和優(yōu)化。對(duì)于硬巖基層深埋下的嵌巖樁基施工，一臺(tái)旋挖鉆機(jī)至少要配置若干數(shù)量的不同規(guī)格和類型的鉆具、斗齒，以適應(yīng)軟土和硬巖基層的鉆進(jìn)。3)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)。針對(duì)不同地質(zhì)情況，優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)、質(zhì)量控制措施等。如土壤切削、巖石鉆削時(shí)加壓方式、鉆進(jìn)扭矩、鉆斗速度、進(jìn)尺速度等控制指標(biāo)。4)鋼護(hù)筒埋設(shè)。鋼護(hù)筒采用12 mm厚鋼板卷制而成，護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大20 cm，護(hù)筒頂要高出錢塘江20年一遇水位1 m，護(hù)筒底應(yīng)進(jìn)入淤泥質(zhì)粘土層，以免在粉土層引起護(hù)筒底塌孔，故本工程鋼護(hù)筒長(zhǎng)度采用25 m，用DZ60振動(dòng)錘進(jìn)行埋設(shè)，埋設(shè)過程中進(jìn)行跟蹤測(cè)量，以確保鋼護(hù)筒的垂直度及平面偏位。

3 旋挖鉆機(jī)施工

3．1 鉆斗類型和選用

施工中根據(jù)不同地質(zhì)情況，選用合適的鉆斗和施工工藝。

在淤泥層、泥土、砂層、卵(漂)石層、風(fēng)化巖層等較軟地層鉆進(jìn)時(shí)，可采用回轉(zhuǎn)鉆斗，回轉(zhuǎn)鉆斗一般分單底鉆斗、雙底撈砂斗。

入硬巖基層時(shí)，需采用短螺旋鉆斗、牙輪鉆斗和嵌巖筒鉆等鉆斗。旋挖鉆機(jī)螺旋鉆斗和雙底撈砂鉆斗見圖1和圖2。

3．2 泥漿制備

根據(jù)旋挖成孔工藝，旋挖鉆進(jìn)時(shí)不易形成泥皮，護(hù)壁性相對(duì)較差，易縮徑和塌孔。因此，在施工時(shí)，為防止坍孔，穩(wěn)定孔內(nèi)水位及便于挾帶鉆渣，通常采用膨潤(rùn)土、CNC羧甲基(纖維素鈉鹽)和純堿(Na2CO3)制備泥漿。膨潤(rùn)土為泥漿的主要材料;CNC為泥漿增加粘性，具有使地基土表面形成薄膜而使之強(qiáng)化和降低失水率的作用，摻入量為膨潤(rùn)土的0．05%～0．1%;純堿的作用可使pH值增大，使粘土顆粒進(jìn)行分散，粘粒表面負(fù)電荷增加，為粘土吸收外界的正離子提供了條件，可增加水化膜厚度，提高泥漿的膠體率和穩(wěn)定性，降低失水率，摻入量為孔中泥漿的0．1%～0．4%。

泥漿指標(biāo)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)具體情況進(jìn)行合理配制，且泥漿應(yīng)在高速攪漿筒中高速攪拌15 min，然后放入泥漿池中24 h后才使用，新制備的泥漿由于未充分膨脹，護(hù)壁效果將大大降低。護(hù)筒內(nèi)泥漿水頭應(yīng)比外側(cè)河床高1．5 m～2．0 m，過高易引起護(hù)筒內(nèi)反串，過低在漲潮時(shí)未能及時(shí)補(bǔ)充泥漿則引起正串。

圖1 旋 挖鉆機(jī)螺旋鉆斗

圖2 旋挖鉆機(jī)雙底撈砂鉆斗

3．3 不同地層施工

1)粉土層。根據(jù)錢塘江鉆孔灌注樁的施工經(jīng)驗(yàn)，鋼護(hù)筒需穿過粉土層進(jìn)入淤泥質(zhì)粘土層，鉆孔平臺(tái)距離樁頂10．5 m，且鋼護(hù)筒頂需高于20年一遇最高水位，故鋼護(hù)筒為25 m長(zhǎng)。由于粉土層均在鋼護(hù)筒內(nèi)，故可以采用雙底撈砂鉆斗快速鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)過程中只需及時(shí)補(bǔ)充泥漿，保證泥漿液面高于護(hù)筒外河床1．5 m左右，因此鉆進(jìn)15 m深的粉土層只需1 h可完成。

2)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層。淤泥質(zhì)粘土層強(qiáng)度小，膠結(jié)性差，鉆進(jìn)容易，但由于護(hù)筒底進(jìn)入該土層約2 m，如快速鉆進(jìn)則會(huì)引起護(hù)筒底滲漏及塌孔，因此在進(jìn)入淤泥質(zhì)粘土層時(shí)需減速慢進(jìn)，控制鉆斗提升速度、泥漿比重及水頭。注意鉆斗提升速度:因?yàn)樾阢@機(jī)的自身造漿能力較差，泥漿質(zhì)量較普通鉆機(jī)要差得多。且滿斗土粒的快速提升會(huì)形成活塞作用，出現(xiàn)孔內(nèi)負(fù)壓和較高的泥漿流速，容易產(chǎn)生塌孔。所以一般提升速度應(yīng)嚴(yán)格控制在10 m/min～20 m/min，含砂土、軟土的提升速度應(yīng)小于10 m/min。

3)圓礫層。圓礫層:灰色，密實(shí)，飽和，粒徑以0．2 cm ～2．0 cm為主，含量為35%左右，卵石含量約30%，其余為粘性土，多為次圓狀，巖性成分主要為中風(fēng)化凝灰?guī)r和石英砂巖，分選性較差，膠結(jié)較差。圓礫層由于地基承載力低，可用雙底撈砂鉆斗直接鉆進(jìn)，但圓礫層由于存在空隙，易出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象，且在鉆斗取土后易引起塌孔，因此，在鉆進(jìn)時(shí)泥漿比重需加大，泥漿液面適當(dāng)加高，在空隙大的圓礫層中可適當(dāng)回填部分黃土，慢速旋轉(zhuǎn)鉆斗，形成一定厚度的泥皮。

圖3 旋挖鉆機(jī)入巖鉆進(jìn)工藝

4)中風(fēng)化粉砂巖層。該巖層由于強(qiáng)度高，入巖深度深，嵌巖深度達(dá)15 m～30 m，飽和強(qiáng)度達(dá)50 MPa，鉆進(jìn)困難，特別是旋挖鉆機(jī)從國(guó)內(nèi)施工的情況看基本不適合該巖層鉆進(jìn)，本工程為加快工程進(jìn)度，必須采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔樁施工，故需選用合適的鉆斗及鉆進(jìn)工藝至關(guān)重要，針對(duì)本深埋硬質(zhì)巖層，經(jīng)過不斷的總結(jié)及試驗(yàn)，開發(fā)研究了深埋硬質(zhì)巖層旋挖鉆機(jī)施工工藝，為順利完成鉆孔樁施工提供了保障。基于巖石破碎機(jī)理，成孔前，先采用小直徑嵌巖筒鉆(不取芯)鉆進(jìn)，對(duì)孔內(nèi)巖芯圓周進(jìn)行松動(dòng)，增加巖層自由面，以降低其應(yīng)力水平，使之有利于大直徑筒鉆進(jìn)一步鉆進(jìn)，提高其工作效率。換用嵌巖短螺旋鉆斗入巖，破碎巖芯以構(gòu)造孔底自由面。換用大直徑不取芯筒鉆以進(jìn)一步松動(dòng)巖面，最后用嵌巖旋挖鉆斗鉆進(jìn)取渣。重復(fù)上述步驟，旋挖鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。鉆進(jìn)工藝見圖3。

4 結(jié)語

本工程充分利用旋挖鉆機(jī)施工質(zhì)量可靠、成孔速度快、成孔效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、移動(dòng)方便等特點(diǎn)，很好地滿足了不同地層樁基的施工要求，施工質(zhì)量?jī)?yōu)良。盡管旋挖鉆機(jī)一次性投入費(fèi)用高，但適應(yīng)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益綜合指標(biāo)遠(yuǎn)大于其他鉆機(jī)施工，是一種理想的施工工藝。

［1］陳鐵牛．旋挖鉆機(jī)在永寧河特大橋不同地層中的應(yīng)用［J］．施工技術(shù)，2009，38(9):42-46．

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［3］余 龍．旋挖鉆機(jī)施工樁基礎(chǔ)的施工工藝［J］．安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，10(2):29-31．

［4］張世雄，扈其勇．淺談鉆孔灌注樁施工控制［J］．山西建筑，2010，36(9):121-122．