旋挖鉆全護筒成孔工藝在巖溶發育區的應用研究

張曉彬

中鐵北京工程局集團第二工程有限公司 湖南 長沙 410000

1 引言

巖溶地區由于地下水含量較高且具有較為復雜的地質情況,容易形成土洞并發育為溶洞,在此地區進行鐵路工程建設則具有較高的安全事故概率。尤其是在此地區進行樁基礎的施工過程中,容易由于上述原因而導致坍塌和地面沉降問題的發生。因此,文章提出了采用旋挖鉆全護筒沉孔工藝來確保鐵路工程樁基施工中的孔壁穩定性,避免上述問題的發生。

2 施工工藝特點

本文所提出的旋挖鉆全護筒跟進巖面鉆進成孔施工工藝的特點主要表現在以下幾個方面:首先就是此工藝中所引壓管的旋挖鉆機具有較大的功率、輸出扭矩以及軸向壓力,不僅具有較高的施工效率,而且比較靈活,具有較為廣泛的應用范圍。其次就是全護筒施工工藝比較適合在大面積基礎樁施工中應用,且表現出具有較快速的成孔速度以及較好的成孔質量等優點。最后就是可以有效解決傳統旋挖施工工藝應用中容易出現漏漿以及漏混凝土的問題。這主要是由于在此工藝應用中,在動力頭上連接驅動器和連接盤之后可以實現轉壓和鉆桿的同時轉動,也就是可以實現鉆挖施工和轉壓下鋼套筒施工的同時進行,這樣可以有效保護周圍地層且避免坍孔事故的發生。此外,在此工藝實際應用中,可以在鉆進到鋼護筒與首層巖面之間的距離為1～2m 即結束鉆進,然后處理護筒刃腳之后對鋼護筒進行旋轉下壓,這樣可以有效防治漏漿和漏混凝土的問題,還可以預防鉆孔偏斜的問題。

3 工程實例

3.1 工程概況 以某工程為例,其橋梁工程所在位置的巖溶發育強烈,存在較多的溶洞和溶隙,而且由于東中存在較多的水或泥沙,導致在鉆進作業中容易出現地面塌陷的問題。此外,針對此工程所在地周圍存在較為密集的建筑物以及周圍環境復雜等特點,采用旋挖鉆機來進行施工。而且針對溶洞,通過直接拋填擠壓的方法來對高度為1～2m 的小溶洞進行處理,以及通過分層拋填擠壓的方法來對2m 以上的大溶洞進行處理。在此工程施工中所應用的施工設備主要就是頂管機和旋挖機,在二者的配合下來開展全護筒上拔作業。此外還有護筒以及配套的泵站等設備。

3.2 旋挖鉆施工工藝流程 一是使用全站儀結合設計圖紙來對樁基坐標進行測量放樣。

二是先用旋挖鉆將里面的鉆渣掏出,基本每4m 一個循環,鋼套筒每下一節,再用全回轉將4cm 厚,直徑1.4m 的鋼套筒下放,旋挖鉆基本鉆進4M,后面緊接著下放鋼套筒,直至成孔；成孔后在下放內徑為1.25 M 的鋼護筒,直至樁底,再次利用旋挖鉆清理孔底,完成后下放鋼筋籠,灌注混凝土。

三是在護筒下放深度達到與首層巖面的距離為1～2m 時則停止并對刃腳進行處理,然后繼續下放直到巖面的問題。在上述刃腳處理的過程中,需要使用分次拋填水泥和碎石的方式來進行處理,通常每次要拋填3～4包水泥,而且深度在1m 左右,通過筒鉆的多次上下擠壓密實來保證刃腳不會出現漏漿問題,避免坍孔問題的發生。之后再持續進行護筒的下放一直到溶洞頂板的位置。

四是對溶洞進行處理。針對施工中遇到的串珠狀的溶洞,需要針對其中的大溶洞來采取分層拋填的方法進行逐個處理,而且在對溶洞進行鉆進作業時,如果在頂板鉆穿之后出現嚴重的漏漿問題,則需要立即進行泥漿的填充以及黃泥和小片石的拋填。如果在此過程中出現的漏漿問題比較輕微,則通過補充泥漿的方式進行處理,且在泥漿穩定之后使用筒鉆來對溶洞填充物進行上掏,每次的深度在1m 左右。還要進行每次6包水泥以及其他的碎石、水玻璃等拋填,同時使用螺旋準頭和特殊地雷型鉆頭開展擠壓護壁處理。

五是當上述鉆進作業持續至設計深度之后需要進行清孔作業,且在清孔結束且經過檢驗合格之后才能提鉆。之后進行鋼筋籠的吊放以及導管的下放,按照導管的實際長度進行編號,確保混凝土灌注作業中對埋管深度的有效控制。

六是在下放完導管且對孔底沉渣檢測完成并合格之后,將吸泥彎頭拆除并開展混凝土澆筑。控制上述過程中導管深度為2～6m,在混凝土澆筑至套筒底以上10m 就將港通通進行第一次拔拆。最后控制灌注的樁頂標高超過設計標高1m 左右之后將多余的樁頭進行鑿除。

4 施工中常見問題的預防與處理

4.1 鉆孔傾斜的問題 在此施工工藝應用中,為了對鉆孔傾斜的問題進行有效預防,需要使用水平儀來對鉆桿的水平度進行實時觀測,而且在鉆至軟硬互層、斜巖巖面以及半邊巖的位置時需要盡量降低進尺速率,而且針對較為復雜的斜巖面和半邊巖,還可以采用混凝土灌注并找平的方式來預防鉆孔傾斜。此外,針對地下溶洞情況,需要對溶洞進行填充或者是通過護筒設置的方式來預防。而如果鉆進中遇到探頭石或僵核,需要在將松動和取土之后再進行鉆進。如果在上述過程中出現了鉆孔傾斜的問題,則需要通過回填片石或者進行素混凝土澆注的方式來對鉆頭偏斜問題進行糾正。

4.2 塌孔問題 為了預防塌孔問題,需要對泥漿的密度進行合理選擇和嚴格控制,還要嚴格控制鉆進過程中的泥漿水位,針對發生的漏漿問題及時進行堵漏。此外,還要合理選擇護壁方法來做好不同層深中孔壁的保護,而且要避免與其他大型設備同時開展作業,且在鉆孔完成之后也嚴禁大型機械設備通過樁孔附近。

4.3 卡鉆問題 為了預防卡鉆問題,在鉆進過程中需要控制鉆進和提鉆時的轉速和鉆進深度,通常要控制深度在鉆斗高度的1/3以內。針對已經發生的卡鉆問題,則需要上下反復提放鉆頭以及正反循環轉動鉆頭來確保異物脫離,之后才能提鉆。

5 結語

在巖溶地區進行鐵路工程樁基施工也是目前比較常見的狀況,而由于傳統的施工方法存在容易導致塌孔和漏漿等事故的缺點,因此本文提出了旋挖鉆全護筒成孔施工工藝,并且以某工程中的橋梁樁基施工為例,介紹其施工工藝,并針對施工中容易遇到的鉆孔傾斜、塌孔以及卡鉆等問題,提出了有效的預防以及事故處理措施,希望可以為同行提供一定的借鑒經驗。