旋挖鉆機在巖溶地區的施工工藝工法

陶橋生

（廣西恒橋基礎工程有限公司，廣西 桂林541001）

旋挖鉆機是一種鉆進能力非常強的挖鉆設備, 幾乎所有的泥、巖地質條件都可以使用該機器進行鉆孔和挖進,而且成孔質量比較可靠,對環境造成地污染也比較小,施工優勢十分突出,所以近年來被得到了廣泛應用。其中巖溶地區施工工程中應用尤為頻繁,因為泥、巖的物理力學性質比較特殊,常規鉆孔方法經常會出現吸鉆、打滑或者糊鉆等問題,而新研制的旋挖鉆機功能完善,可以根據實際施工情況靈活切換操作模式, 能夠有效消除傳統施工模式中的缺陷,最大程度提高鉆進施工效率,增強施工工藝的適用能力和范圍。

1 旋挖鉆機施工工藝工法

1.1 整平場地

確定旋挖鉆機所處的位置,對其進行夯實,對場地進行整平處理,提升其平整度,確?；炷凉捃?、吊車與鉆機等施工機械施工安全并能夠順暢地進出現場,水、電及現場道路均需滿足施工標準。

1.2 開展測量定位

開工前期,結合設計圖紙,復核樁基坐標信息,檢查測量儀器是否滿足使用標準,確定測量儀器合格之后即可應用。對地面標高進行測量,確定施工平臺標高,精準地將樁基的中心位置找出,埋設護筒后,繼續復核樁位,同時安裝使用十字護樁。

1.3 準備鉆機

所用的是履帶式旋挖鉆機設備,通過自有的行走系統,調整鉆機,進行行走就位與對中,完成對中之后,對樁基所對應的中心相對坐標進行鎖定與設置,在檢查鉆桿垂直度時,通過鉆機操作室內的儀表顯示及全站儀輔助檢測。

1.4 進行護筒埋設工作

使用鋼板為原材料來制作護筒,內徑超過樁徑約20cm,護筒高度為200 到300cm(如遇易塌陷的松軟地層,則根據實際情況增加護筒高度),啟動旋挖鉆機給護筒施加壓力,使其進入到土層內部,設計的樁中心與護筒中心應當保持一致,中心偏差需控制在5cm之內,傾斜度偏差需低于1%,護筒頂面部位標高應當高于地面,具體高度約為0.3m。

1.5 復核樁基位置并放樣

埋設護筒之后,需在啟動鉆機前,查看樁基所處的位置,確定樁基位置是否產生偏差。

1.6 開挖沉淀池與泥漿池,調制泥漿材料

合理運用各種泥漿材料和功能不同外加劑:膨潤土主要發揮出造漿的作用,對比粘土,其可以形成更高的造漿率,泥漿也可以形成更好性能； 使用纖維素能夠使孔壁處以比較快的速度生成薄膜,縮減失水率,控制滲透水量,強化保水性能；應用工業純堿,使泥漿形成更大的pH 值,分散泥漿材料中的顆粒,顆粒表面形成更多的負電荷,水化膜厚度增加,同時吸附能力也有所提升,泥漿可以保持更強的穩定性與更高的膠體率。

1.7 鉆孔要點

對鉆桿垂直度展開復核,主要通過旋挖鉆機配備電子控制系統顯示并調整鉆桿的垂直度,實施旋挖鉆進期間,處于護筒刃腳部位時,需轉換為低檔,以緩慢的速度繼續鉆進,從而確保刃腳部位設有牢固穩定的護壁。鉆進到刃腳下方1m,結合土質變動調整速度持續鉆進,面對粉砂層,調慢速度,將空鉆循環圈數增加,強化護壁效果,及時清理現場泥漿。發現底層出現變動或者鉆進2m 的深度時,需確定土質與進行信息記錄,核查設計資料。旋挖鉆進期間,必須復測樁基的樁位,在鉆進過程及終孔后,使用檢孔器進行檢測,確定孔徑與垂直度,結合其變動對鉆頭直徑加以調整。鉆進期間,對泥漿的基本指標展開監測,重點檢測含砂率與比重。在旋挖機鉆進的同時,應用泥漿泵,將泥漿注入孔中,孔內需保持水頭高度。

1.8 實施成孔檢測

樁基成孔之后, 通過檢孔器對孔的孔徑與中心位置實施檢測,檢測孔深時直接運用測繩,提前通過鋼尺對測繩的實際長度展開復核。

1.9 清孔處理

檢孔工作結束后,啟用平底撈砂鉆頭實施清孔掏渣,清孔期間,速度不能過快,在此環節中同樣需保障孔中維持水頭高度。

2 案例分析

2.1 工程概述

湘桂線北起湖南永州,南至廣西柳州,經由永州地區、桂林地區及柳州地區,區內碳酸鹽巖地層廣泛分布,巖溶發育,全線可溶巖長度約為250km,占線路長度的69%左右,巖溶發育段長約160km,尤以桂林地區巖溶最為發育,地質極其復雜。橋址所處位置屬沖積平原地貌,相對高差2m以內,絕對高程147～152m,地表覆土較薄,局部基巖裸露,橋區大部分位于水田段,巖溶極為發育,其中12#墩下部發育一個深約50～60m的大溶洞, 充填軟塑狀粘土； 44#墩下發育一個深約18～30m的大溶洞,為空洞。

2.2 問題分析

巖溶地貌或稱為喀斯特地貌,在溶蝕性地下水的長期綜合作用下形成,可以使用樁工設備,特別是入巖旋挖鉆機,用來在巖溶地質進行施工。本工程中的灰巖巖溶地質的施工難點主要在于地質條件的復雜性和施工中不可預見的因素太多,地層巖性自上而下主要為上覆第四系全新統人工填筑土(Q4ml),沖洪積(Q4al+pl)淤泥、淤泥質粘土、粘土,下伏石炭系下統(C1y)灰巖、白云質灰巖夾白云巖。橋區下伏灰巖、白云質灰巖夾白云巖,巖溶強發育,部分地段發育串珠狀溶洞,大部份為空溶洞,部份呈全充填軟塑狀粘土或淤泥或半充填狀態。由于灰巖等可溶巖基巖面一般有溶蝕現象,局部易參差不齊,引起巖層面高差不一,常見斜巖地質情況發生。橋止范圍地質構造覆土較薄,局部稍厚,下伏基巖質硬性較脆,巖體完整性較好,部分地段基巖出露,層理不清,代表性巖層產狀:N42°W/17°SW。未見明顯構造跡象。

2.3 工法改進措施

2.3.1 鉆具改進措施

針對溶洞地質,要采用直筒型鉆具,在滿足作業要求的基礎上,將鉆筒高度調節到最大,甚至專門定制加高、加厚、加密鉆具。如果在施工期間空溶洞較深,遠遠超出鉆斗高度,就要求鉆斗具有導向功能,避免出現偏移的現象。在遇到一些堅硬度較高的硬巖地質時,則要采用筒式鉆頭或者牙輪鉆頭。在普通型鉆頭的基礎上,增加一定的鉆齒,還要額外增設無齒葉片,可以達到增加導向能力的作用。不同鉆具的改進方法有所不同,具體如下:一是筒鉆及撈砂鉆頭,這類鉆頭容易出現卡鉆的問題,為此要額外增加導向結構,同時結合作業需求選擇操作方式,才能避免上述問題。二是螺旋鉆頭,要結合作業需求增加最大外徑鉆齒。三是補開排漿孔,施工之前準備足夠原料,包括泥漿、水資源等,一旦出現嚴重漏漿問題,可以快速補充漿液,為提鉆排漿提供便利,還需要補設排漿口。

2.3.2 溶洞穿越方式研究

一是溶洞頂板穿越方式,結合收集到的地勘報告作業,在距離溶洞頂板500mm以后,可以更換筒鉆,采取研磨方式逐漸鉆進,直到穿越頂板,施工期間要注意預防卡鉆問題。該項目的45#--4 號樁較為特殊,勘察后發現溶洞頂板超出預計厚度2m,而地質勘查報告顯示為0.7m,只能將地質勘查報告作為參考依據,操作時還需要仔細觀察,判斷地層實際情況。開孔鉆進作業持續較長時間,并且隨著鉆具不斷深入,底板厚度也在不斷增加,只能更換筒鉆及螺旋鉆,取出大量的水晶顆粒及巖芯。二是進入溶洞后操作要領,選用嵌巖雙底撈砂斗,操作采用輕加壓鉆進,禁止大加壓力鉆進,以防出現斜孔現象而導致卡鉆。

3 結論

總而言之,巖溶地區由于地質條件比較特殊,所以其施工難度要比常規條件下的施工工程高出許多,針對該類地層,必須采取妥當的鉆孔方法,才能順利高效地按照施工要求完成基礎施工操作。大量實踐證明,旋挖鉆機在巖溶地區施工工程中的應用具有很強的實際作用價值,通過合理選用鉆機操作方式、更換鉆具或者調整鉆齒的布置等,可以獲得良好的泥巖地層成孔效果,有效降低施工常見質量通病的發生概率, 在提高施工效率的同時也保證了施工質量,對促進我國針對巖溶地區的施工工程整體水平具有十分積極的促進作用。