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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,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,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,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,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
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