旋挖鉆在填海地區厚砂層及厚淤泥層中成孔技術

羅貴乾（中鐵十六局第一工程有限公司，北京 101300）

旋挖鉆在填海地區厚砂層及厚淤泥層中成孔技術

羅貴乾（中鐵十六局第一工程有限公司，北京 101300）

鉆孔灌注樁采用旋挖鉆在厚砂層和厚淤泥層中成孔，事故率較高。本文根據深圳機場站旋挖鉆成孔施工經驗，論述了旋挖鉆在填海地區厚砂層和厚淤泥層中成孔施工技術控制措施，為旋挖鉆在填海地區厚砂層及厚淤泥層中成孔施工提供技術參考。

旋挖鉆；厚砂層；厚淤泥層；成孔工藝

1 引 言

近年來旋挖鉆以低噪音、低振動、高鉆速、移機方便等優勢在工程建設中應用較為廣泛。旋挖鉆成孔施工對孔壁土體的擾動較大，擴孔率較大，加上旋挖鉆機自重較大，在填海地區厚砂層和厚淤泥層中成孔易發生塌孔、縮頸等現象，且事故率較高。本文結合機場站旋挖鉆施工，通過選用高性能泥漿、加長護筒等方法解決塌孔及縮頸問題，可為旋挖鉆在填海地區厚砂層及厚淤泥層中成孔施工提供技術參考。

2 項目概述

圖1 深圳機場站地質橫斷面圖

2.1 工程概況

深圳機場站是穗莞深城際鐵路項目的終點車站，該車站位于深圳市寶安機場T3航站樓西側規劃道路下，靠近機場辦公區，車站北端為盾構吊出區，南端預留盾構始發條件。車站基坑臨邊建筑物保護采用直徑0.8m，間距1.0m的鉆孔隔離樁，樁長30.0m;附屬圍護結構采用直徑0.8m，間距 1.0m 鉆孔灌注樁，樁長 8.0 ～ 19.5m；臨時立柱采用1.2m的鉆孔樁，樁長22.5m。

2.2 地質概況

深圳機場站基坑范圍內地質巖土層分布依次為：地表素填土〔層號(1)1〕厚4.66m，填砂〔層號(1)2〕層厚1.30 ～ 11.00m，平均厚度 5.17m，填石〔層號 (1)3〕平均厚度1.93m，淤泥〔層號(2)1〕層厚0.40～17.20m，平均厚度6.04m，淤泥質粘土〔層號(2)2〕層厚0.30～12.30m，平均厚度5.10m，淤泥質黏土〔層號(2)3〕層厚0.20～8.80m。施工時測得地下水位距離地面2.5m。

3 設備選型

圖2 深圳機場站旋挖鉆施工圖

鉆孔灌注樁成孔施工可采用的機械較多，有沖擊鉆、旋轉鉆、旋挖鉆等設備。本工程選用旋挖鉆施工主要考慮以下幾點：

1）施工場地狹小，旋挖鉆機移機方便，交叉施工作業可避免機械相互沖突。

2）施工區域靠近機場辦公區，旋挖鉆機噪聲小，可減少對機場辦公區的影響。

3）基坑地處深圳機場范圍內，環保要求高，旋挖鉆機施工泥漿用量比較少，有利于環保工作的開展。

4）旋挖鉆機和其他鉆機相比有廣泛的適用性和高效性，能夠同時滿足各種樁徑的鉆孔樁施工使用。

4 成孔施工技術控制措施

4.1 制備泥漿

4.1.1 材料選用

在厚砂層中成孔的關鍵技術是做好泥漿護壁，泥漿性能的優劣直接影響到成孔的效果。旋挖鉆在厚砂層中鉆孔對泥漿材料的要求較高，一般選用高性能黏土、膨潤土、高性能聚合物等材料。

機場站鉆孔施工時根據現場實際地質情況分別選用了奈普頓高性能旋挖鉆機專用聚合物泥漿及膨潤土制造泥漿。經過對比奈普頓高性聚合物泥漿適合于填土層及淤泥層中鉆孔施工，而在厚砂層中采用膨潤土制備泥漿，成孔率高于奈普頓高性聚合物泥漿。

4.1.2 泥漿制備

機場站根據樁體大小結合現場實際挖出兩個儲存量約80～110m3的泥漿池，寬4m長6m深3～4m的泥漿池，泥漿儲量可根據現場實際進行調節，在池邊做好泥漿循環設施，按規范做好防護措施。

《鐵路橋涵施工規范》[1]和《高速鐵路橋涵工程施工技術指南》[2]要求，正循環泥漿比重1.1-1.3，松散地區粘度要求19-28s，含砂率不大于4%，PH大于6.5。實際在砂層中施工時，將泥漿比重可適當調至1.2-1.3，粘度在25-30s，PH值至8-10之間，成孔率較高。

圖3 選用不同材料拌制泥漿

圖4 加長護筒埋設示意圖

4.2 護筒埋設

在厚砂層和厚淤泥層中鉆孔，護筒最好選用鋼護筒。護筒埋深應結合現場實際地質進行加長，防止鉆孔時出現護筒下陷、傾斜等現象。

淺埋砂層一般要求護筒穿過砂層，進入硬土0.5m，如果砂層太厚則進行換填后再埋設護筒。

4.3 鉆孔施工

4.3.1 鉆頭選擇

旋挖鉆鉆頭分為回轉鉆頭和嵌巖鉆頭，回轉鉆頭又分為單底斗和雙底撈砂斗，在鉆進過程中可根據地質情況零活選用鉆頭形式。

機場站在地表人工填土層、厚砂層及厚淤泥層中施工時，均選用雙底板撈砂鉆頭，在部分填石層及樁底全分化巖層施工時選用短螺旋鉆頭施工。施工發現不同地質選用不同的鉆頭可以明顯提高施工效率，節約生產成本。另外旋挖鉆具有較大的擴孔率，為提高鉆孔質量，鉆頭選擇小于孔徑2-5cm的鉆頭，可以減少擴孔率。

4.3.2 鉆進速度控制

旋挖鉆在開孔鉆進時應輕壓慢進，嚴格控制轉速，待護筒埋設好后方可逐步加速鉆進。同時應根據地質情況控制鉆進速度，防止進尺過快出現卡鉆和埋鉆現象。

采用旋挖鉆施工時，根據現場地質情況嚴格控制鉆速，可有效的減少塌孔、縮頸等施工事故發生。開孔時較慢，一般控制轉速不大于10r/min，在地表硬土層中轉速較快，在厚砂層中采用慢轉速慢鉆進，同時加大泥漿比重和粘稠度，在厚淤泥層中采取快速鉆進，同時根據提鉆難易程度增加掃孔次數，避免孔徑縮小，在局部填石層及樁底全分化巖層中轉速較慢。鉆進過程應注意控制鉆頭提升速度，減少鉆頭對孔壁的擾動，避免塌孔。

圖5 泥漿比重測試

4.2.3 鉆孔泥漿控制

4.2.3.1 泥漿高度控制

鉆孔過程中要隨時觀察孔內泥漿面高度，根據孔內泥漿高度隨時補充新鮮泥漿，確保孔壁土體內外兩側壓力平衡，減少塌孔事故發生。

現場施工時部分樁基采用提高護筒高度來提高泥漿高度，增加孔內泥漿靜水壓力，減少塌孔發生。

4.2.3.2 泥漿質量控制

鉆孔樁泥漿質量控制的好壞直接影響樁基的成孔效果和成樁質量。泥漿主要控制指標為泥漿的粘度、比重和含砂率。規范中推薦的泥漿性能指標，不能滿足不同地質和鉆孔方法的適應，在具體施工時，工作人員難以操作。

旋挖鉆成孔施工過程中，應根據現場砂層厚度情況和施工經驗隨時調整泥漿指標。同時在泥漿中加入適量燒堿等添加物可增加泥漿的粘度。

4.2.4 清孔控制

鉆孔至設計高程，檢查孔徑等各項指標合格后，應立即進行清孔。旋挖鉆機清孔一般采用沉降法和置換法進行。

機場站砂層較深，采用雙底撈沙土斗進行多次清孔，經檢測可達到設計要求。旋挖終孔后停鉆，將鉆頭提高距離孔底10cm～30cm空轉，同時將泥漿池內新鮮泥漿注入孔內，把鉆孔內懸浮鉆渣較多的泥漿換出。使清孔后泥漿指標達到規范要求后，即可終止清孔。

4.2.5 鉆孔換填

對局部砂層較厚的樁位采取以上措施后，依然沒有較好的成孔效果時，則采取鉆孔換填進行處理，鉆孔換填分局部鉆孔換填和整體鉆孔換填。局部換填處理是在相應的塌孔位置采用黏土進行局部回填，黏土回填超過塌孔位置后用旋挖鉆機壓實回填土，靜置一周后，開始慢速鉆進，同時進行泥漿池循環。整體換填處理是個別鉆孔樁塌孔范圍較大，不能采取補救措施，則將孔內泥漿抽走，改用黏土進行整體回填，放置7～10天后再進行施工。

5 施工效果

機場站首根臨時立柱（編號50#，樁徑1.2m,混凝土澆筑部分孔深9.0m），成孔后實際澆筑混凝土15.0m3,而設計方量只有10.17m3，超方約4.8m3。現場地質揭示此處上下分布著2個砂層，分別為距地面3m處砂層厚8.0 ～ 11.0m 和距離地面 20m 處砂層厚 2.0 ～ 5.0m。根據現場地質情況，對每個樁分別采取局部及整體換填處理。待第49#臨時立柱施工時，實際超方量為1.2m3。

6 結 語

根據深圳機場站鉆孔樁施工實例，在填海地區厚砂層及厚淤泥層中采用旋挖鉆成孔施工，可結合現場實際地質選用不同材料制備高性能泥漿、嚴格控制泥漿質量、加長護筒、局部換填等方法解決塌孔及縮頸問題。上述成孔施工控制措施，可為旋挖鉆填海地區厚砂層及厚淤泥層中成孔施工提供技術參考。

[1]鐵路橋涵施工規范 TB10203-2002

[2]高速鐵路橋涵工程施工技術指南 鐵建設[2010]241號

The rotary drill in the reclamation area of thick sand and thick mud layer in the hole technology

According to the Shenzhen airport station rotary drill hole construction experience,discusses the rotary drill in the reclamation area of thick sand and thick mud layer hole construction technology control measures for rotary drilling in the reclamation area of thick sand hole construction and thick mud layer to provide technical reference．

rotary drilling；thick sand layer；thick silt layer；pore forming process

TU94

B

1003-8965(2017)01-0086-03