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旋挖钻机在淤泥层旋挖工法探讨

淤泥地层一直以来都是旋挖钻机施工的一个难点。

其原因在于淤泥地层的工程性质特别差,其流塑状态导致旋挖钻机在该地层施工时缩颈、吸钻以及塌孔等不良工况频频发生。此外,由于淤泥质黏土的黏性较大,钻斗卸渣困难的现象也非常普遍。

并且,由于淤泥地层承载力低,施工时也容易出现地层的不均匀沉降,存在大型钻机发生倾覆的隐患,因此钻机就位之前尽量对地表进行处理,用回填碎石土或者使用厚钢板垫平,以增加地表承载力,确保钻机能在平稳的状态下施工。

典型案例2010年10月,铜陵有色金属集团桩基工程,采用三一SR250R型旋挖钻机,配套φ445-4×13机锁式钻杆,钻头为双开门嵌岩捞砂斗。钻孔孔径0.8 m、1.0 m,孔深30~37 m不等。地质分层大致为:0~8 m为人工填土;8~23 m为淤泥质土;23~25 m为卵石;25~32 m为黏土;32~37 m为强风化红砂岩。 在召请工法支持之前,钻机在该场地连续4次钻孔都失败了,肇因在于钻进至8~22 m淤泥层时会出现不同程度的塌孔事故,即便最终成孔,但灌注超方严重(超方率达到 1.40以上)。

以上重重困难无法解决,以致于施工方要更改设计,准备放弃旋挖钻孔灌注桩,改用打击管桩来代替。问题分析在有淤泥质地层进行旋挖施工时,以下3点需要特别留意:首先,在钻机的操作方式上要慢速钻进,提钻和下钻均要缓慢、均匀,且每次钻深不宜过大,以每次下钻“少进尺、勤提钻”为原则。 在钻斗到达上次进尺深度之前就要开始慢速正钻,将上次受扰动的淤泥缓慢的吃入钻斗内。然后将下钻速度和旋转速度都维持在较慢的范围内,防止下钻过快来不及进入钻斗的淤泥受到较大扰动充斥到钻体与孔壁之间变为流态,同时慢压慢钻也可以防止偏钻。此外,下钻和提钻时的动作也不要过猛,以防孔壁淤泥坍落而埋住钻头,同时也可防止由于提放钻过快时,钻头对孔周已形成的泥皮造成破坏,从而释放出孔壁上流塑状淤泥,增大塌孔概率。同时还要避免一次进尺过深,否则容易造成过量的黏土在钻斗内互相挤压,形成整体,增加卸渣难度。可在进尺20~30 cm后暂停加压和旋转,使泥浆可以进入黏土和钻体之间起到润滑作用,之后再循环加压钻进。 其次,若是水下钻进,则应适当加大护壁泥浆的黏稠度,或直接向桩孔内投掷适量黏土块,然后下钻在软土段,不进尺研磨一段时间再继续钻进,这样利用黏土将孔壁挤密,增大孔壁泥皮的厚度。最后,若采用加长护筒或跟管钻进的办法维护孔壁稳定,则须加快后续工序(吊装钢筋笼、灌注混凝土)的施工速度,并要及时拔出护筒,以防时间过长或桩孔内灌满混凝土后起拔护筒困难。

?解决措施:

一方面,由于现场观察泥浆的黏度不够,泥浆护壁的效果并不好。为提高泥浆的护壁能力,就地取材,使用挖掘机在现场挖了3斗黏土倒入泥浆池再充分搅拌以提高泥浆黏度和比重。

另一方面,在钻具选型方面,三一工程师现场指导换掉不带流水孔的钻头,而改用带内流水孔的钻斗,以使提钻时泥浆实现上下流通,避免产生的“活塞效应”对孔壁产生压力,阻止淤泥流动,取得了明显效果。此外,现场指导操作手调整操作方式,在淤泥层钻进过程中要遵循“三降”和“三减”原则。所谓“三降”,是指降低放钻速度、降低旋转速度、降低提钻速度;“三减”是指减少单斗进尺、减少钻压、减少合斗门时的旋转速度和圈数。通过综合采取以上措施,较好地保持了淤泥的初始状态,频频出现的塌孔现象从而得到明显抑制,相应地钻进速度也有了明显提高。解决效果经过三一工法工程师进行现场改善,该工地在此后的施工过程中再无塌孔现象出现,并且超方率也由原来的1.40降低到 1.15左右,使超方问题也得到了很好的解决。施工方和甲方对改进后的施工效果很满意,打消了更改设计的念头。

?工法小结:

在淤泥质地层的钻进过程中,能否解决好吸钻、塌孔、超方和卸渣困难等问题的关键是能否正确选择与之相适应的施工工法。具体讲,在淤泥层施工,对于中大直径的桩孔,钻头选用土层双底捞砂斗即可;对于直径小的孔,可采用单开门双底土层捞砂斗,对于钻进具有一定黏性的淤泥质土也可选择体开式钻头或者带有流水孔的直螺旋钻头。但是不论选择何种钻具在淤泥层施工,都应该尽量增加或加大钻头的流水孔,以防止钻进过程中由于钻头上、下液面不流通而导致钻底负压过大,形成吸钻。对于常见工况而言,改善泥浆性能、改进钻头结构以及优化操作方式这三方面是现场解决问题的主要思路。只要我们合理选择钻具、泥浆、钻机操作方式,大部分含淤泥层地质的旋挖施工问题都能够得到妥善解决。

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