分析旋挖機(jī)在淤泥質(zhì)地層發(fā)生吸鉆、塌孔和卸渣等問題

淤泥地層一直以來都是旋挖鉆機(jī)施工的一個(gè)難點(diǎn)。其原因在于淤泥地層的工程性質(zhì)特別差，其流塑狀態(tài)導(dǎo)致旋挖鉆機(jī)在該地層施工時(shí)縮頸、吸鉆以及塌孔等不良工況頻頻發(fā)生。此外，由于淤泥質(zhì)黏土的黏性較大，鉆斗卸渣困難的現(xiàn)象也非常普遍。并且，由于淤泥地層承載力低，施工時(shí)也容易出現(xiàn)地層的不均勻沉降，存在中大型鉆機(jī)發(fā)生傾覆的隱患，因此鉆機(jī)就位之前盡量對(duì)地表進(jìn)行處理，用回填碎石土或者使用厚鋼板墊平，以增加地表承載力，確保鉆機(jī)能在平穩(wěn)的狀態(tài)下施工。
典型案例
2018年9月，安徽安慶某高鐵樁基工程，采用旋挖鉆機(jī)，配套φ445－4×13機(jī)鎖式鉆桿，鉆頭為雙開門嵌巖撈砂斗。鉆孔孔徑0.8m、1.0m，孔深30～37m不等。地質(zhì)分層大致為：0～8m為人工填土；8～23m為淤泥質(zhì)土；23～25m為卵石；25～32m為黏土；32～37m為強(qiáng)風(fēng)化紅砂巖。
在召請(qǐng)工法師傅支持之前，鉆機(jī)在該場(chǎng)地連續(xù)4次鉆孔都失敗了，原由在于鉆進(jìn)至8～22m淤泥層時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同程度的塌孔事故，即便末了成孔，但灌注超方嚴(yán)重（超方率達(dá)到1.40以上）。以上重重困難無法解決，以致于施工方要更改設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備放棄旋挖鉆孔灌注樁，改用打擊管樁來代替。后來在工法師傅支持下，才順利使用旋挖鉆機(jī)成樁了。
問題分析
在有淤泥質(zhì)地層進(jìn)行旋挖施工時(shí)，以下3點(diǎn)需要特別留意：
一、在鉆機(jī)的操作方式上要慢速鉆進(jìn)，提鉆和下鉆均要緩慢、均勻，且每次鉆深不宜過大，以每次下鉆“少進(jìn)尺、勤提鉆”為原則。在鉆斗到達(dá)上次進(jìn)尺深度之前就要開始慢速正鉆，將上次受擾動(dòng)的淤泥緩慢地吃入鉆斗內(nèi)。然后將下鉆速度和旋轉(zhuǎn)速度都維持在較慢的范圍內(nèi)，防止下鉆過快來不及進(jìn)入鉆斗的淤泥受到較大擾動(dòng)充斥到鉆體與孔壁之間變?yōu)榱鲬B(tài)，同時(shí)慢壓慢鉆也可以防止偏鉆。此外，下鉆和提鉆時(shí)的動(dòng)作也不要過猛，以防孔壁淤泥坍落而埋住鉆頭，同時(shí)也可防止由于提放鉆過快時(shí)，鉆頭對(duì)孔周已形成的泥皮造成破壞，從而釋放出孔壁上流塑狀淤泥，增大塌孔概率。同時(shí)還要避免一次進(jìn)尺過深，否則容易造成過量的黏土在鉆斗內(nèi)互相擠壓，形成整體，增加卸渣難度?？稍谶M(jìn)尺20～30cm后暫停加壓和旋轉(zhuǎn)，使泥漿可以進(jìn)入黏土和鉆體之間起到潤滑作用，之后再循環(huán)加壓鉆進(jìn)。
二、若是水下鉆進(jìn)，則應(yīng)適當(dāng)加大護(hù)壁泥漿的黏稠度，或直接向樁孔內(nèi)投擲適量黏土塊，然后下鉆在軟土段，不進(jìn)尺研磨一段時(shí)間再繼續(xù)鉆進(jìn)，這樣利用黏土將孔壁擠密，增大孔壁泥皮的厚度。
三、若采用加長護(hù)筒或跟管鉆進(jìn)的辦法維護(hù)孔壁穩(wěn)定，則須加快后續(xù)工序(吊裝鋼筋籠、灌注混凝土)的施工速度，并要及時(shí)拔出護(hù)筒，以防時(shí)間過長或樁孔內(nèi)灌滿混凝土后起拔護(hù)筒困難。
解決措施
一、由于現(xiàn)場(chǎng)觀察泥漿的黏度不夠，泥漿護(hù)壁的效果并不好。為提高泥漿的護(hù)壁能力，就地取材，在現(xiàn)場(chǎng)挖了3斗黏土倒入泥漿池再充分?jǐn)嚢枰蕴岣吣酀{黏度和比重。
二、在鉆具選型方面，南京無限達(dá)師傅現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)換掉不帶流水孔的鉆頭，而改用帶內(nèi)流水孔的鉆斗，以使提鉆時(shí)泥漿實(shí)現(xiàn)上下流通，避免產(chǎn)生的“活塞效應(yīng)”對(duì)孔壁產(chǎn)生壓力，阻止淤泥流動(dòng)，取得了明顯效果。
三、現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)操作手調(diào)整操作方式，在淤泥層鉆進(jìn)過程中要遵循“三降”和“三減”原則。所謂“三降”，是指降低放鉆速度、降低旋轉(zhuǎn)速度、降低提鉆速度；“三減”是指減少單斗進(jìn)尺、減少鉆壓、減少合斗門時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度和圈數(shù)。通過綜合采取以上措施，較好地保持了淤泥的初始狀態(tài)，頻頻出現(xiàn)的塌孔現(xiàn)象從而得到明顯抑制，相應(yīng)地鉆進(jìn)速度也有了明顯提高。解決效果經(jīng)過南京無限達(dá)師傅進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改善，該工地在此后的施工過程中再無塌孔現(xiàn)象出現(xiàn)，并且超方率也由原來的1.40降低到1.15左右，使超方問題也得到了很好的解決。施工方和甲方對(duì)改進(jìn)后的施工效果很滿意，打消了更改設(shè)計(jì)的念頭。
工法小結(jié)
在淤泥質(zhì)地層的鉆進(jìn)過程中，能否解決好吸鉆、塌孔、超方和卸渣困難等問題的關(guān)鍵是能否正確選擇與之相適應(yīng)的施工工法。
具體講，在淤泥層施工，對(duì)于中大直徑的樁孔，鉆頭選用土層雙底撈砂斗即可；對(duì)于直徑小的孔，可采用單開門雙底土層撈砂斗，對(duì)于鉆進(jìn)具有一定黏性的淤泥質(zhì)土也可選擇體開式鉆頭或者帶有流水孔的直螺旋鉆頭。但是不論選擇何種鉆具在淤泥層施工，都應(yīng)該盡量增加或加大鉆頭的流水孔，以防止鉆進(jìn)過程中由于鉆頭上、下液面不流通而導(dǎo)致鉆底負(fù)壓過大，形成吸鉆。
對(duì)于常見工況而言，改善泥漿性能、改進(jìn)鉆頭結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化操作方式這三方面是現(xiàn)場(chǎng)解決問題的主要思路。只要我們合理選擇鉆具、泥漿、鉆機(jī)操作方式，大部分含淤泥層地質(zhì)的旋挖施工問題都能夠得到妥善解決。

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