富水砂卵石大漂石地層旋挖樁施工技術

呂攀

摘 要：以成都地鐵4號線二期工程某車站為例，對富水砂卵石大漂石地層旋挖樁施工技術進行了研究。解決了在富水砂卵石大漂石地層中旋挖鉆機成孔難、孔斜不易控制，砂卵石地層級配不連續，大漂石含量較多，地層架空現象嚴重，易漏漿塌孔等問題，對類似工程尤其是成都市富水砂卵石大漂石地層中地鐵圍護樁工程施工有一定的借鑒作用。

關鍵詞：大漂石;旋挖樁;鉆頭改進;施工技術

中圖分類號： TU32.3 ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）30-61-3

1 ?工程概況

成都地鐵4號線二期工程光華公園站位于成都市溫江區，旋挖樁穿越地層主要為砂土、砂卵石土，卵石粒徑一般為40～200mm，漂石含量約5%～20%，平均漂石含量20.9%，局部地段富集，漂石粒徑集中在200～400mm。

2 ?旋挖鉆機選型

由于地層中漂卵石粒徑大，石質堅硬程度分類均為堅硬巖，孔斜不易控制，對鉆機功率、扭矩及鉆壓等相關性能參數要求較高，需達到中型旋挖鉆機要求。

現場比選的旋挖樁施工鉆機有三種，分別是中冶京誠的R258C型旋挖鉆機，徐工的XR2200型旋挖鉆機，中聯重科的ZR250B型旋挖鉆機，均為中型旋挖鉆機。通過在現場隨機對三種鉆機地鉆進功效進行收集比選，得出了各鉆機在本地層條件下的實際鉆孔功效。（見表1）

經比選，投入R258C型旋挖鉆機進行圍護樁施工。該鉆機最大輸出扭矩達到250kN.m，最大加壓力為180kN，發動機功率為261kW，自重75t。在施工研究過程中，該鉆機的性能、成孔速度及質量完全滿足要求。

3 ?旋挖鉆頭改良施工技術

3.1 旋挖鉆頭選取

旋挖鉆進施工鉆孔灌注樁選用合適的鉆頭對減少鉆頭本身的消耗、節約能源、提高成孔的速度和質量以及整個施工效率的提高起著至關重要的作用。鉆頭選用不合適會導致鉆頭本身消耗增加，浪費設備動力能源，還可能會因成孔速度慢而導致孔內事故。

旋挖鉆頭的選用必須以鉆遇地層為前提，根據鉆遇地層選用合適的鉆頭不僅僅是技術問題，更加是經濟問題。科學地選擇鉆頭及合理的使用鉆頭，在一定程度上能豐富旋挖鉆機的施工工藝，拓寬旋挖鉆機的施工領域，提高施工工效、降低成本、縮短工期，而且在環保、能源消耗、孔內事故等等方面能收到很好的效果。

旋挖截齒鉆頭和開體鉆頭都是旋挖鉆機施工中應用最為廣泛的鉆頭，適用于砂卵石地層，在生產性試驗階段，采用這兩種鉆頭進行對比試驗。

施工中發現，由于開體鉆頭開口過大，而本地層膠結性較差，當鉆渣裝滿鉆斗后再提渣過程中容易造成大量鉆渣掉落，從而降低了鉆孔功效，而雙層底的旋挖鉆頭主要適用于砂土、膠結較差粒徑較小的卵石層，濕孔鉆進條件下使用雙層底旋挖鉆斗也可有利于孔底的清孔施工。雙開門孔底雙面吃土，鉆具穩定性好，不易偏，切削齒為截齒，適合于砂卵石地層。

因此，本工程選用雙底雙開門截齒鉆頭。

3.2 旋挖鉆頭改進

雖然雙底雙開門截齒鉆頭在本地層中的施工功效要優于開體鉆頭，但針對本工程大漂石砂卵石地層條件，尤其是卵石土地層卵石粒徑>25cm較多的情況，也存在鉆頭截齒磨損大、施工成本高、鉆進速度慢進而導致塌孔等情況。普通鉆頭底面開口僅能吃進粒徑<25cm的漂卵石，對于粒徑>25cm的漂卵石，需鉆機對其施加壓力，利用截齒將其切削磨碎后裝入鉆斗中進行吃土鉆進。這樣就存在截齒磨損大，增加了施工成本，加大了對地層的擾動，增加了塌孔的可能性，不利于孔斜的控制，影響鉆進速度的問題。（見圖1）

圖1 ?新截齒與廢截齒磨損對比

根據上述普通鉆頭在本地層中遇到的問題，對鉆頭采取了有針對性的技術改良，即對底面開口部位進行切削，增大其開口尺寸，在旋挖鉆進時能吃進粒徑>30cm的漂卵石，從而加快鉆進速度，降低施工成本。（見圖2、圖3）

普通雙底雙開門截齒鉆頭經過上述改造后，加快了旋挖鉆進速度，減少了截齒用量，成孔質量滿足要求，改良效果明顯。（見表2）

4 ?護壁化學泥漿的應用

在試樁階段，按照試樁方案，采用的是常規的膨潤土泥漿護壁。本工程范圍內卵石土層滲透系數k取18～35m/d，為強透水層，且場地地下水位埋深為5～8m，地下水位高，存在護壁泥漿流失現象，造成泥漿浪費，配合比不易控制，進而導致無法形成護壁泥膜或形成泥皮黏附力差，易于脫落，導致孔壁穩定性差，易塌孔。膨潤土泥漿鉆渣沉淀速度慢，清孔時鉆渣很難同時沉淀下來，往往在首次清孔后，下完鋼筋籠，二次清孔前沉渣厚度均超過1m，需要進行二次清孔，水下混凝土澆筑過程中，仍有大量鉆渣沉淀，影響樁身質量。另外，地鐵施工的環保要求很高，而采用膨潤土泥漿需在場地內新建造漿及輸將臨建設施，廢棄泥漿需采取措施進行外運，不但增加了施工成本，也不利于文明環保施工。

在本工程中水文地質條件下，需要較大黏度的泥漿達到穩定的護壁效果，徹底解決鉆孔過程中的塌孔問題，同時，要求鉆渣沉淀速度快，確保樁身質量。經過反復對比研究，決定采用化學聚合物泥漿。本工程中采用聚丙烯酰胺（PAM）化學聚合物泥漿并摻加氫氧化鈉改善性能。

化學聚合物泥漿主要由高分子聚合物水解后形成。由于泥漿聚合物分子量高達1800萬以上，水解后分子璉擴散并會與其他分子璉重新連接，故會形成較為黏稠的近似糊狀的泥漿，能夠最大限度地粘住并沉淀鉆屑。該泥漿體系能對孔壁提供壓力，防止在不穩定地層中鉆孔的坍塌;同時最大化旋挖鉆的裝載能力，提高掘進速度。（見表3）

由于化學聚合物泥漿本身的快速沉淀鉆屑性能，在成孔時孔內懸浮鉆屑就已經非常少了，所以在鋼筋籠后測量沉渣厚度均不超過10cm，根據實際情況可不進行二次清孔，有效提高了成孔效率和成樁質量，體現了較膨潤土泥漿的優越性。泥漿總是保持清澈透明，鉆具鉆桿表面干凈，在孔內由于鉆具連續運動，聚合物泥漿和水混合的越均勻黏度就越強，凝聚力也就越快，泥漿在孔內內也沒一點雜質沉淀。無毒無污染，廢漿易于降解處理，有利于文明環保施工。

5 ?結語

在富水砂卵石大漂石地層進行旋挖樁施工，適宜采用中型旋挖鉆機，并通過試驗比選出可靠的鉆機品牌及型號，從設備選型方面保證成孔速度及質量。

雙底雙開門截齒鉆頭是適合在富水砂卵石大漂石地層中旋挖成孔施工中采用，并對普通鉆頭進行改造后，加大底部開口尺寸，從而加快了旋挖鉆進速度，減少了截齒用量，成孔質量滿足要求，改進效果明顯。

通過實踐對比出了在富水砂卵石大漂石地層中旋挖成孔中采用化學泥漿的優越性，以及通過試驗得出了適合本地層施工的配合比。

參 考 文 獻

[1] 王俊利，劉會林.砂卵石地層中鉆孔灌注樁成孔控制技術[J].施工技術，2011，40（13）：75-76.

[2] 王以紅.旋挖樁施工常見技術問題及對策探究[J].科技創新與應用，2014（23）：291-291.

[3] 王曦，徐輝雄.旋挖鉆機施工中常見問題分析及對策[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2008，35（4）：58-59.

[4] 王昱，王巖，欒文偉，等.砂卵石地層旋挖樁施工常見問題分析及質量控制[J].市政技術，2013（s1）：142-144.