擴大頭錨桿擴孔技術在含卵石粘土地層中的適用性研究

高陽 張志偉(中國五冶集團有限公司第一工程分公司，四川 成都610056)

0 引言

隨著大量帶有地下室車庫的高層建筑工程的不斷涌現(xiàn)，基坑相對也越來越深。由于周邊環(huán)境復雜性、土層的特殊性及經(jīng)濟性各方面的要求，傳統(tǒng)的支擋結構已無法滿足較深基坑的支護要求，使得不少深基坑周邊時常出現(xiàn)地面沉降、裂縫、臨近房屋受影響開裂等不良變形現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)基坑垮塌、周邊房屋倒塌等安全事故。因此，深基坑中支護體系的新技術、新方法不斷被提出、驗證并應用于實際工程中。其中新型支擋結構體系——排樁+擴大頭錨索結構就以可以較好的發(fā)揮錨索的抗拔力，改善常規(guī)拉力型預應力錨索在特殊性土層中應用的不足，相比內(nèi)支撐支護結構體系經(jīng)濟效益更顯著等特點在膨脹土等特殊土地層中得到較好的應用效果。

含卵石粘土地層，土體自穩(wěn)性較差，在成孔過程中易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。除此之外，由于土層中一定量卵石，且卵石粒徑較大，在成孔過程中，易出現(xiàn)卡轉現(xiàn)象，如果刀盤轉速過快，還易損壞刀具。為了解決含卵石粘土地層存在的問題，擬通過擴大頭錨桿技術成孔。為了測試擴大頭錨桿技術在含卵石粘土地層中的適用性，特通過現(xiàn)場試驗進行試驗性鉆孔和擴孔，以驗證其適用性，為擴大頭錨桿技術在含卵石粘土地層中的應用提供依據(jù)。

1 工程概況

某工程，場地地層中含有含卵石粘土層，其卵石含量約占總質量的20%～45%，卵石粒徑一般20～80mm，最大粒徑為100mm，呈次圓狀，在整個場地均有分布。根據(jù)現(xiàn)場地層情況，擬采用擴大頭錨桿技術進行支護。為保證擴大頭錨桿技術的順利進行，現(xiàn)場在含卵石粘土地層中采用了6種不同的工藝進行試驗性鉆孔和擴孔技術。

2 含卵石粘土地層擴孔工藝

現(xiàn)場采用了6 種不同擴孔工藝在含卵石粘土地層中成孔，現(xiàn)將各擴孔工藝流程及成孔效果分述如下。

2.1 工藝一

2.1.1 工藝流程

先采用90鉆機螺旋鉆桿(未跟管）加水成孔15m深，然后采用旋噴管放入孔內(nèi)進行清水旋噴擴孔兩次，再進行置入鋼管洗孔。

2.1.2 試驗過程中存在的問題

加水成孔后，若不下套管，含卵石粘土層易出現(xiàn)垮塌和螺旋鉆桿卡鉆現(xiàn)象，高壓旋噴管清水切割完成后，受孔內(nèi)垮孔影響，無法下鋼管進行吹孔和洗孔。

2.1.3 成孔效果

在置入過程中，由于土層為粘性土，遇水易垮孔，無法繼續(xù)進行，成孔效果較差。

2.2 工藝二

2.2.1 工藝流程

先采用90鉆機螺旋鉆桿加三葉鉆頭干成孔12m深（穿過含卵石粘土約6m左右），邊加氣邊成孔。

2.2.2 試驗過程中存在的問題

該工藝成本相對較高，鉆頭磨損也相對較嚴重，加氣成孔不適宜用于土質較軟的地層，易出現(xiàn)氣從地面冒出現(xiàn)象。

2.2.3 成孔效果

成孔效果較好，未出現(xiàn)明顯垮塌，但是由于土層中含有一定量卵石，且卵石粒徑較大，三葉鉆頭遇卵石磨損相對嚴重。

2.3 工藝三

2.3.1 工藝流程

先采用90鉆機螺旋鉆桿加三葉鉆頭干成孔13m深（穿過含卵石粘土約5m 左右），邊加氣邊成孔。成孔至全風化泥巖后，再置入擴孔鉆頭（150mm擴450mm）進行加水進行機械擴孔。

2.3.2 試驗過程中存在的問題

成孔后局部卵石易垮落孔內(nèi)，90鉆機螺旋鉆桿和擴孔鉆頭在含卵石地層均易出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，擴孔鉆頭易卡壞。

2.3.3 成孔效果

成孔效果較好，未出現(xiàn)明顯垮塌現(xiàn)場。但由于未跟管，局部出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。三葉鉆頭磨損相對嚴重，置入擴孔鉆頭中可以感受到孔內(nèi)局部存在卵石卡鉆現(xiàn)場，最終擴孔鉆頭取出后發(fā)現(xiàn)擴孔鉆頭已損壞。

2.4 工藝四

2.4.1 工藝流程

采用90鉆機加146偏心鉆具進行跟管成孔，土層未出現(xiàn)垮孔現(xiàn)象。

2.4.2 試驗過程中存在的問題

該工藝采用146 偏心鉆具跟管鉆進，在土層施工進度較緩慢，且無法正常成孔，偏心鉆具易堵塞泥土。

2.4.3 成孔效果

成孔效果較好，未出現(xiàn)垮孔現(xiàn)場。但是跟管速度較慢，無法正常成孔，成孔約2m所用時間約1.5個小時。

2.5 工藝五

2.5.1 工藝流程

先采用90鉆機螺旋鉆桿加三葉鉆頭干成孔13m深（穿過含卵石粘土約5m 左右），邊加氣邊成孔。孔至全風化泥巖后，下入套管至擴孔起點處，再置入擴孔鉆頭（120mm擴400mm）加水進行擴孔。

2.5.2 試驗過程中存在的問題

該工藝施工進度較緩慢。

2.5.3 成孔效果

成孔效果較好，未出現(xiàn)明顯垮塌，現(xiàn)場擴孔2.5m，所用時間約為1個小時。擴孔地層主要為全風化泥巖，取出鉆頭后，鉆頭完好，未見明顯破壞現(xiàn)場。

2.6 工藝六

2.6.1 工藝流程

先采用90鉆機螺旋鉆桿加三葉鉆頭干成孔7m深至含卵石粘土，邊加氣邊成孔，成孔效果較好，再置入擴孔鉆頭（120mm擴400mm）加水進行擴孔。

2.6.2 試驗過程中存在的問題

該工藝機械擴孔鉆頭無法在卵石層進行擴孔，鉆頭易損壞。

2.6.3 成孔效果

擴孔過程中發(fā)現(xiàn)卵石卡鉆較嚴重，擴孔完成后，取出鉆頭，鉆頭已損壞。

3 結語

為了測試擴大頭錨桿技術在含卵石粘土地層中的適用性，現(xiàn)場通過6種不同工藝進行試驗性鉆孔和擴孔，以驗證其適用性。通過對現(xiàn)場含卵石粘土地層中6種不同擴孔工藝的流程、成孔效果及經(jīng)濟效益進行分析對比，發(fā)現(xiàn)：

（1）在含卵石粘土地層中，采用三葉鉆加氣成孔基本可行，采用146偏心鉆具跟管鉆進不可行；

（2）機械擴孔不適宜用于含卵石地層中，易卡鉆和損壞擴孔鉆土。

（3）含卵石粘土地層中若進行擴孔作業(yè)，孔內(nèi)易垮孔，需進行跟管護壁。

結果表明：含卵石粘土地層中若進行擴孔作業(yè)，孔內(nèi)易垮孔，需進行跟管護壁；機械擴孔不適宜用于含卵石地層中，易卡鉆和損壞擴孔鉆土；采用三葉鉆加氣成孔基本可行。