流沙地質旋挖鉆孔灌注樁施工技術

李志武 張浩 鞠軍令

摘 要：旋挖鉆機作為目前工程當中的一種新型的機器，它經過多年的應用，目前已經被廣泛地應用在公路、鐵路以及城市的建筑過程當中，它主要是用在樁基工程之中，它具有高效性、節能性、低污染性，所以受到越來越多施工單位的信賴和應用。但是由于旋挖鉆施工機器的重量和體型，還有其鉆進的過程當中繞勁過大等原因會使挖鉆穿越厚的流沙層，使施工存在較大的難度，而且容易出現塌孔、縮頸等事故。基于此，本文以流沙地質旋挖鉆孔灌注樁施工技術為例展開討論。

關鍵詞：流沙地質;旋挖鉆孔灌注樁;技術

對于一般的橋梁工程而言，它的基礎樁基穿越砂層從設計到現場考核的情況來看，砂層的組織成分較多，有粉砂層、出砂層、粒沙層，而且分布較為密集，砂層的厚度一般達到2～10米，大致呈水平狀。在鉆孔樁的長度范圍內具有一定的規律性。隨著深度的增加，砂層會逐漸增大，所以會出現細砂向礫砂的逐漸轉變。基于此現狀在流沙地質領域應該要選擇旋挖鉆機進行施工，這樣才能夠加快施工進度，提高施工效率。

1 工程概況

鄭州航空港區10座橋梁工程施工一標段主要包含五座橋梁，分別是工業一路跨梅河干流橋、工業二路跨梅河干流橋、雙鶴三街跨高路河1橋、工業四路跨高路河1橋以及雙鶴五街跨梅河干流橋，五座橋梁上部結構均為一聯三跨現澆預應力箱梁，下部結構為異型結構墩、臺，基礎采用承臺+鉆孔灌注樁。

本工程位于新鄭市八千鄉，區域地貌單元屬山前沖積平原，微地貌為河谷河床地貌。場地為現現狀梅河、高路河河道及河堤綠化帶。依據地質勘察報告顯示，本工程五座橋梁地質情況大體相近。22.5m以淺為第四紀全新世沖積形成的地層，以粉土、粉砂、細砂為主;約22.5m～65.0m為第四紀中晚更新世沖擊形成的粉質黏土。本工程地下穩定水位埋深0～4.0m，年變幅1.0～2.0m左右。屬第四系松散巖類孔隙潛水，主要靠大氣降水及河水補給。

2 流沙地層成孔的主要因素及選擇旋轉機施工地理由分析

旋挖鉆孔灌注由于其經濟性、施工相對容易的特性成為橋梁基礎的主要方式，鉆孔樁朝著大直徑、深孔的方向發展，成為地質條件非常復雜的地區施工工藝首選，對水上鉆孔樁的作業質量至關重要。在流沙地層旋挖鉆成孔困難，主要表現為以下兩個方面。第一是從流沙穩定力學來分析，在鉆孔達到流沙層的時候，影響流沙層穩定的外界因素就有地層以及流沙層自身的重力，還有孔內的液體沖刷力，通過分析可以知道地層的壓力是通過上層傳遞的，在地質條件確定的情況下，僅僅是與荷載量有關，所以當荷載量增大的時候就會造成失穩狀態。而流沙層自身的重力會產生分離，導致流沙層的工藝受到影響。其次，是挖鉆成孔技術與其他程控工藝比較，它的沖擊鉆旋環傳以及其他工藝具有特殊性，所以在使用的過程當中要針對性地去采取措施。與沖擊鉆、回旋鉆施工技術比較，旋挖鉆施工技術自動化程度高、成孔快、準確性高、孔壁摩阻力提高、沉渣少、樁基質量好。旋挖鉆斗的切削、提升上屑的機理與常見回旋鉆進的正、反循環成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通過鉆斗把孔底原狀土切削成條狀載入鉆斗提升出土，后者是通過鉆頭把孔底原狀土打碎由泥漿循環帶出土面。

選擇旋挖鉆機施工的理由：

（1）施工效率高：本工程的施工記錄數據中顯示，旋挖鉆機成孔時間大約是傳統鉆孔樁機的50%，作業效率高，有利于加快進度，保證工期。

（2）有利于降本增效：由于旋挖鉆機干作業對土質要求較高，一般需要采用換填或者鋼護筒的措施，所以坍孔現象控制得較好，混凝土充盈系數比非旋挖鉆機干作業的灌注樁要低得多，能夠節約大量的混凝土，降低了工程成本，能為企業增加效益。

（3）有利于安全文明施工：南京地區雨季時間較長，下雨后場地較為泥濘，旋挖鉆機相比其他方式灌注樁機械，在場地內移動便利;同時，旋挖鉆機施工受天氣影響不大，施工過程中沒有大量泥漿需要處理，并且方便現場環境的管理。

選擇旋挖鉆機施工的建議：

（1）中風化砂巖層抗壓強度高于強風化砂巖層，進入該土層時需放慢鉆進速度，可以更換成巖鉆并采用分級鉆進的方案。

（2）干作業施工要求地下土層含水量少、滲透性差，否則需選擇泥漿護壁濕作業施工。

（3）當遇到厚的雜填土層、素填土層、粉土層及砂土層等孔壁穩定性很差的土層時，需要采用護筒護壁，遇到成孔困難及復雜土層時建議慎選。

（4）在施工過程中遇到黏土時極易糊鉆，建議選用體開式鉆頭，更便于卸土。

（5）樁底土層自穩性較差時，不建議采用樁底擴孔施工。

3 旋挖鉆穿越流沙層控制內容及應對措施

3.1 加強技術工作

在施工之前首先要對于施工場地進行調查，對于流沙層埋深的長度以及護筒的強度都要適當的去注意，而且要做到加強的同時及時的清理運鉆渣。首先要加強技術的交底工作，要向操作人員說明地質情況以及特殊性，所以要求操作技術人員嚴格的控制鉆桿的位置以及垂直力度，還有穿越流沙層之后要注意的動作幅度，避免過激過大的操作。其次，在流沙層底層使用的鉆頭要進行合適的挑選，這樣才能夠進一步的提高流沙層鉆孔效率。

3.2 埋流沙層技術

對于淺層的流沙層來說，由于其地表較淺，所以在施工的過程當中采用的是埋設護筒的方式進行防護，而對護筒可以適當的去加長，保證護筒的長度能夠穿越流沙層。同時在施工的過程當中，對孔頂載荷也要進行控制，比如說大型的機具必須要近距離的停放，盡量的加大距孔口的位置，挖出渣土并且及時的清運等。對于護筒的加強和加長，能夠有效的去控制流沙層的防護作用，可以保證正常的鉆進。

3.3 合理選用作業和配套機

對于深埋流沙層來說，常見的深度都是20米以上，而對于此類流沙層主要是要先選用合理的配套機具。一般在采用旋挖鉆施工工藝的時候，通常是選用SR150型旋挖鉆工具。采用的是摩擦式的鉆桿，砂土層和流砂層的膠結性能比較差，所以要選用雙底板撈沙鉆斗進行鉆進。在鉆進的過程當中要減少清孔的時間，縮短孔壁暴露的時間，在現場應該配備空氣吸泥機，用于清理孔底的沉渣。而且要用導水管下灌注混凝土。除此之外，也要選好其他的機制，比如說出渣車、吊車、裝載機、挖掘機等，以備不時之需。

3.4 改善泥漿性能

對于深層流砂來說，還要改善泥漿性能。通常應該采用一些優質的膨潤土制備泥漿，而且在制備泥漿的過程當中要保證其攪拌均勻，在攪拌過程當中適量的加入一些調節PH的試劑。使黏土的成分能夠得到有效的分解，這樣能夠增加泥漿當中的細微顆粒的含量，減少一些粗顆粒的含量，可以有效地防止泥漿的失水率，從而形成一張薄而密質的泥皮，這樣對于流沙層的穩定性來說有重要的作用。其次，在泥漿制備的過程當中可以加一些CMC，以此來增加溶液的黏稠性，并且可以使其更加黏稠、乳化、懸浮，能夠更好地起到保護膠體的作用。它能夠使孔壁形成一張薄而堅韌，具有滲透性低的濾層，這樣能夠控制孔壁的失水量。在鉆進的過程當中要對泥漿進行嚴格的控制，對于泥漿的指標測定要及時的調整，泥漿的比重必須按照規定黏稠度要控制在一定的范圍內，并且含沙率以及pH值都要受到嚴格的控制。再次，旋挖鉆施工的過程當中，應該要保證泥漿的不循環使用，在一定程度上維持流沙層的穩定，可以增大泥漿的比重，在施工的過程當中應該重點控制泥漿的比重，同時，由于旋挖鉆提鉆后會帶出一部分的泥漿，這時候應該及時補充，保持水頭壓力。在孔口處，提出時應該要稍停留幾秒，這樣可以使大部分泥漿能夠流入進去，減少泥漿的損失，并且降低沙土的含水量，這樣便于土的堆放和運輸。在鉆進的過程當中，應該要重點的去控制泥漿的含沙率，泥漿當中如果含砂率過大就會使泥漿受到擾動，泥漿當中的沙粒就會對孔壁形成切削的作用，不利于孔壁的穩定，所以應該要加強檢測的頻率，發現含砂率過大的時候應該及時地去補泥漿或者是暫停操作。

3.5 及時對鉆孔效果進行檢驗

對鉆孔進行檢測，主要是檢測孔底孔的傾斜度以及孔徑孔內的水頭高度、出渣量等。通過監測這些內容可以及時的發現，在鉆孔的過程當中是否出現了塌孔、縮徑以及鉆孔偏斜的情況，如果出現這些情況，要及時的去采取有效的措施進行控制。采用旋挖鉆進行樁基施工，每根樁工期平均為5天，漢洪高速、珠山湖大橋及漢江三官橋項目樁基施工均采用沖擊鉆或回旋鉆，同等對比1根樁需要工期20天左右，大大節約工期，且大量節約用電，成孔質量提高，明顯降低了施工成本，同其他成孔方法比較，旋挖鉆施工渣土及泥漿易于處理，對環境污染小，節約能源，具有較好的社會效益。

3.6 制定詳細應急預案

通過檢查發現流沙層當中出現了大孔或是埋鉆等事故的情況，就應該立馬的制定專項的應急預案，集中配備一些應急處理的物資和設備，確保能夠及時地處理好事故。而且要對各控制要素采取針對性的應對措施和改進措施，經過不斷地試驗和總結，直至這些技術和指標達到標準后才可以停止，這樣能夠有效地去克服流沙層的地質條件困難。

4 結語

簡而言之，在流沙地質下采用旋挖鉆技術，它在一定程度上會使成樁的速度更快，它可以明顯地縮短施工周期。旋挖鉆機的自動化程度和工藝比較先進，所以對樁位的控制和成孔的質量都有明顯的優勢，可以提高施工的質量。采取旋挖鉆鉆進技術可以使泥漿不循環使用，使孔底的沉渣較少，而且配合使用一些吸泥機還可以減少二次清孔的次數，它在一定程度上減少了泥漿的使用率，而且控制了環境污染的程度，它的成功率也較高，所以現場的設備機器投入較少，便于管理，有利于現場的文明施工，正是由于其有獨具的優點，所以它在采用過程當中能夠達到控制施工成本，實現質量控制、環保施工、經濟效益明顯的效果。

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