巖溶地層成孔旋挖施工工藝分析
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摘要：以景德鎮(zhèn)某基坑支護(hù)工程項目為例，介紹了旋挖在成孔過程中遇到溶洞、斜巖、灰?guī)r等復(fù)雜地層的成孔工藝，為此后旋挖在巖溶地區(qū)樁基施工提供一種新的施工思路。
關(guān)鍵詞：旋挖成孔；溶洞；斜巖；灰?guī)r
1工程概況
景德鎮(zhèn)某基坑支護(hù)工程基坑深15m，支護(hù)樁直徑為1.2m，樁長24m，支護(hù)方式采用鋼筋混凝土內(nèi)支撐。據(jù)地勘報告顯示，場地地層屬于典型的喀斯特地貌，分布有填土層、粉質(zhì)黏土層、卵石層、灰?guī)r、夾層，且多處見溶洞，大小不一，層厚0.6~14m，溶洞內(nèi)有流塑體填充，充填物多以黏性土為主，伴有少量碎石。地下穩(wěn)定水位埋深2.3~3.4m。地層種類較多，性質(zhì)較不均勻，屬于中等復(fù)雜地基。場地地層10m以下大面積分布著較硬的灰?guī)r，強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到了60MPa，主要成分為沉溺灰?guī)r，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD值為60%，中厚層狀，巖體結(jié)構(gòu)類型為長柱狀，層狀構(gòu)造，巖芯呈長柱狀、柱狀，顏色為灰色和肉紅色，裂隙較發(fā)育，碳酸鹽脈較發(fā)育。巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級，屬較堅硬巖。本工程支護(hù)樁施工成孔為旋挖鉆機(jī)，旋挖在此地層施工具有不可預(yù)見性、施工安全風(fēng)險大、功效低的特點(diǎn)，在施工過程中經(jīng)常會遇見斜巖、溶洞、灰?guī)r、夾層等復(fù)雜地質(zhì)情況，也極易遇到卡鉆、漏漿、塌孔、混凝土超方等施工事故。
2復(fù)雜地層解決方案
2.1溶洞
本工程原計劃采用先進(jìn)行旋挖灌注樁施工，再進(jìn)行高壓旋噴樁止水施工，但在實(shí)際施工過程中遇到溶洞流塑體，溶洞填充物多為含水量較大的黏性土，大量涌進(jìn)孔內(nèi)，旋挖鉆機(jī)越掏涌進(jìn)的越多，難以成孔，且混凝土超方嚴(yán)重；土層易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，塌孔樁需要回填重新再打。施工效率極低，項目成本急劇增加。項目部經(jīng)綜合考慮，決定改變施工工序，采用先進(jìn)行高壓旋噴樁施工，加固土體，填充溶洞，固化流塑體，再進(jìn)行旋挖支護(hù)樁施工，配合AB-復(fù)合高黏膨潤土攪漿，泥漿護(hù)壁工藝。此番改變高壓旋噴樁與支護(hù)樁施工先后順序，對施工現(xiàn)場高壓旋噴樁的成樁質(zhì)量提出了更高的要求，不僅要做到基坑開挖后的止水帷幕效果，還要做好加固土層以及填充溶洞固化流塑體的效果，為后續(xù)旋挖成孔提供優(yōu)質(zhì)的地層狀況。如此，旋挖成孔可操作性強(qiáng)，成孔效率得以提升。高壓旋噴樁施工過程中，在灰?guī)r及溶洞地層中容易出現(xiàn)水泥漿流失、不返漿的情況，極易造成旋噴樁水泥用量不足，間接降低了止水效果，同時也不能保證溶洞的填充效果及土層加固效果，對于這種情況，在巖溶地層范圍內(nèi)旋噴樁需要進(jìn)行二次復(fù)噴處理，重復(fù)旋噴前需對水泥漿濃度適當(dāng)加大，注漿管提升速度適當(dāng)降低，才能保證溶洞的處理效果。在旋挖鉆進(jìn)的過程中遇到有溶洞的地層，選用雙底門截齒鉆頭，輕加壓鉆進(jìn)，緩慢進(jìn)尺，防止出現(xiàn)斜孔現(xiàn)象，在提鉆的過程中經(jīng)過溶洞地層，也需要緩慢提鉆，防止出現(xiàn)卡鉆的情況。
2.2斜巖
溶洞頂部的灰?guī)r層巖面變化較大，呈斜面的狀態(tài)，稱之為斜巖（見圖1）。在鉆到這樣的地層時，如果進(jìn)尺過快，加壓較大容易出現(xiàn)斜孔，之后把斜孔校正，需要多花費(fèi)近兩倍的時間，極大地降低了成孔效率，增加了成本。遇到有斜巖的地層，需要及時把旋挖鉆機(jī)的鉆具更換為筒鉆，在掃孔后下鉆，起初在剛開始鉆進(jìn)的過程中一定要“減壓鉆進(jìn)”，采用“吊打”的進(jìn)尺方法，緩慢進(jìn)尺，在實(shí)際施工時除了要結(jié)合地勘報告提前判斷溶洞出現(xiàn)的位置，還需要仔細(xì)觀察鉆渣，用筒鉆上的截齒將斜巖磨平，在進(jìn)尺過程中要多加觀測旋挖鉆機(jī)的垂直情況，保證成孔的垂直度，這個過程相對耗時，但對于斜巖這種地層成效顯著。
2.3灰?guī)r
據(jù)地勘報告顯示，本工程施工場地地層10m以下大面積分布著較硬的灰?guī)r，支護(hù)樁施工的入巖深度達(dá)到了10m，如此大直徑灰?guī)r地層的鉆進(jìn)，對設(shè)備提出了更高的要求，一般需要扭矩在360kN•m以上的設(shè)備才可以完成施工作業(yè)。因此，旋挖鉆機(jī)選用360以上的機(jī)型，鉆桿選用適合打硬層的機(jī)鎖桿，鉆具一般采用筒鉆與雙底門截齒鉆。在灰?guī)r的鉆進(jìn)過程中需要把鉆具更換為筒鉆，旋挖在進(jìn)尺中需要適當(dāng)加壓，筒鉆旋轉(zhuǎn)緩慢進(jìn)入巖層，在進(jìn)尺達(dá)到預(yù)定深度，鉆桿鎖點(diǎn)解開，反轉(zhuǎn)，將巖柱掰斷，提鉆將巖柱提出孔外，如果筒鉆反轉(zhuǎn)不能將巖柱掰斷，需要及時檢查截齒的磨損情況，將磨損嚴(yán)重的截齒更換，重新再試；如此還是不能將巖柱掰斷的，就需要更換鉆具，改換雙底門截齒鉆進(jìn)尺，將巖石磨碎進(jìn)入鉆具中提出，在灰?guī)r地層中雙底門截齒鉆與筒鉆交換使用，配合進(jìn)尺，成孔效率明顯提升。在灰?guī)r地層旋挖成孔，鉆具的截齒磨損較為嚴(yán)重，需要多加觀察，將磨損截齒及時更換，以免影響成孔效率。本工程選用的筒鉆是為適應(yīng)本工程地質(zhì)條件專門定制出的筒鉆，鉆齒選用的截齒母體為42鉻鉬鋼材質(zhì)且嵌有堅硬的合金，選用加密截齒，一組4個截齒，1個內(nèi)齒、2個中齒、1個外齒，如圖2所示，共5組，增加了灰?guī)r進(jìn)尺的穩(wěn)定性。旋挖鉆機(jī)輸出的扭矩和施加的壓力都凝聚在截齒上，通過截齒角度的大小決定著巖面與截齒的接觸面積，對巖面進(jìn)行切削，形成切入能力，調(diào)小角度可以增加截齒與巖面接觸面積，從而降低壓強(qiáng)，降低切入能力，但利于扭矩徑向切削；調(diào)大角度就減小了截齒與巖面的接觸面積，從而可以提成壓強(qiáng)，提升切入力，但扭矩徑向切削阻力變大，容易使截齒磨損變形或折斷。因此定制筒鉆截齒的角度要結(jié)合軸向施加壓力、徑向扭矩、截齒本身的力臂以及巖層等各方面因素，在45~65°之間經(jīng)過不斷調(diào)試，找出合適本巖層的截齒角度。
3結(jié)語
本項目所采用改進(jìn)工藝后實(shí)際的成孔效果顯著，由此證明，選用合適的鉆具配置以及正確的施工工藝，既可以提高成孔效率，又可以節(jié)約工期，有效降低了項目成本，具有較高的實(shí)用價值，旋挖鉆機(jī)成孔作為一種先進(jìn)的大直徑鉆孔灌注樁施工工法，目前已廣泛運(yùn)用于我國各種地域的樁基成孔。
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作者：付興 陳世勇 單位：景德鎮(zhèn)市建筑設(shè)計院
