旋挖钻机在岩溶地区的施工工艺工法

陶桥生

（广西恒桥基础工程有限公司，广西 桂林541001）

旋挖钻机是一种钻进能力非常强的挖钻设备, 几乎所有的泥、岩地质条件都可以使用该机器进行钻孔和挖进,而且成孔质量比较可靠,对环境造成地污染也比较小,施工优势十分突出,所以近年来被得到了广泛应用。其中岩溶地区施工工程中应用尤为频繁,因为泥、岩的物理力学性质比较特殊,常规钻孔方法经常会出现吸钻、打滑或者糊钻等问题,而新研制的旋挖钻机功能完善,可以根据实际施工情况灵活切换操作模式, 能够有效消除传统施工模式中的缺陷,最大程度提高钻进施工效率,增强施工工艺的适用能力和范围。

1 旋挖钻机施工工艺工法

1.1 整平场地

确定旋挖钻机所处的位置,对其进行夯实,对场地进行整平处理,提升其平整度,确保混凝土罐车、吊车与钻机等施工机械施工安全并能够顺畅地进出现场,水、电及现场道路均需满足施工标准。

1.2 开展测量定位

开工前期,结合设计图纸,复核桩基坐标信息,检查测量仪器是否满足使用标准,确定测量仪器合格之后即可应用。对地面标高进行测量,确定施工平台标高,精准地将桩基的中心位置找出,埋设护筒后,继续复核桩位,同时安装使用十字护桩。

1.3 准备钻机

所用的是履带式旋挖钻机设备,通过自有的行走系统,调整钻机,进行行走就位与对中,完成对中之后,对桩基所对应的中心相对坐标进行锁定与设置,在检查钻杆垂直度时,通过钻机操作室内的仪表显示及全站仪辅助检测。

1.4 进行护筒埋设工作

使用钢板为原材料来制作护筒,内径超过桩径约20cm,护筒高度为200 到300cm(如遇易塌陷的松软地层,则根据实际情况增加护筒高度),启动旋挖钻机给护筒施加压力,使其进入到土层内部,设计的桩中心与护筒中心应当保持一致,中心偏差需控制在5cm之内,倾斜度偏差需低于1%,护筒顶面部位标高应当高于地面,具体高度约为0.3m。

1.5 复核桩基位置并放样

埋设护筒之后,需在启动钻机前,查看桩基所处的位置,确定桩基位置是否产生偏差。

1.6 开挖沉淀池与泥浆池,调制泥浆材料

合理运用各种泥浆材料和功能不同外加剂:膨润土主要发挥出造浆的作用,对比粘土,其可以形成更高的造浆率,泥浆也可以形成更好性能； 使用纤维素能够使孔壁处以比较快的速度生成薄膜,缩减失水率,控制渗透水量,强化保水性能；应用工业纯碱,使泥浆形成更大的pH 值,分散泥浆材料中的颗粒,颗粒表面形成更多的负电荷,水化膜厚度增加,同时吸附能力也有所提升,泥浆可以保持更强的稳定性与更高的胶体率。

1.7 钻孔要点

对钻杆垂直度展开复核,主要通过旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻杆的垂直度,实施旋挖钻进期间,处于护筒刃脚部位时,需转换为低档,以缓慢的速度继续钻进,从而确保刃脚部位设有牢固稳定的护壁。钻进到刃脚下方1m,结合土质变动调整速度持续钻进,面对粉砂层,调慢速度,将空钻循环圈数增加,强化护壁效果,及时清理现场泥浆。发现底层出现变动或者钻进2m 的深度时,需确定土质与进行信息记录,核查设计资料。旋挖钻进期间,必须复测桩基的桩位,在钻进过程及终孔后,使用检孔器进行检测,确定孔径与垂直度,结合其变动对钻头直径加以调整。钻进期间,对泥浆的基本指标展开监测,重点检测含砂率与比重。在旋挖机钻进的同时,应用泥浆泵,将泥浆注入孔中,孔内需保持水头高度。

1.8 实施成孔检测

桩基成孔之后, 通过检孔器对孔的孔径与中心位置实施检测,检测孔深时直接运用测绳,提前通过钢尺对测绳的实际长度展开复核。

1.9 清孔处理

检孔工作结束后,启用平底捞砂钻头实施清孔掏渣,清孔期间,速度不能过快,在此环节中同样需保障孔中维持水头高度。

2 案例分析

2.1 工程概述

湘桂线北起湖南永州,南至广西柳州,经由永州地区、桂林地区及柳州地区,区内碳酸盐岩地层广泛分布,岩溶发育,全线可溶岩长度约为250km,占线路长度的69%左右,岩溶发育段长约160km,尤以桂林地区岩溶最为发育,地质极其复杂。桥址所处位置属冲积平原地貌,相对高差2m以内,绝对高程147～152m,地表覆土较薄,局部基岩裸露,桥区大部分位于水田段,岩溶极为发育,其中12#墩下部发育一个深约50～60m的大溶洞, 充填软塑状粘土； 44#墩下发育一个深约18～30m的大溶洞,为空洞。

2.2 问题分析

岩溶地貌或称为喀斯特地貌,在溶蚀性地下水的长期综合作用下形成,可以使用桩工设备,特别是入岩旋挖钻机,用来在岩溶地质进行施工。本工程中的灰岩岩溶地质的施工难点主要在于地质条件的复杂性和施工中不可预见的因素太多,地层岩性自上而下主要为上覆第四系全新统人工填筑土(Q4ml),冲洪积(Q4al+pl)淤泥、淤泥质粘土、粘土,下伏石炭系下统(C1y)灰岩、白云质灰岩夹白云岩。桥区下伏灰岩、白云质灰岩夹白云岩,岩溶强发育,部分地段发育串珠状溶洞,大部份为空溶洞,部份呈全充填软塑状粘土或淤泥或半充填状态。由于灰岩等可溶岩基岩面一般有溶蚀现象,局部易参差不齐,引起岩层面高差不一,常见斜岩地质情况发生。桥止范围地质构造覆土较薄,局部稍厚,下伏基岩质硬性较脆,岩体完整性较好,部分地段基岩出露,层理不清,代表性岩层产状:N42°W/17°SW。未见明显构造迹象。

2.3 工法改进措施

2.3.1 钻具改进措施

针对溶洞地质,要采用直筒型钻具,在满足作业要求的基础上,将钻筒高度调节到最大,甚至专门定制加高、加厚、加密钻具。如果在施工期间空溶洞较深,远远超出钻斗高度,就要求钻斗具有导向功能,避免出现偏移的现象。在遇到一些坚硬度较高的硬岩地质时,则要采用筒式钻头或者牙轮钻头。在普通型钻头的基础上,增加一定的钻齿,还要额外增设无齿叶片,可以达到增加导向能力的作用。不同钻具的改进方法有所不同,具体如下:一是筒钻及捞砂钻头,这类钻头容易出现卡钻的问题,为此要额外增加导向结构,同时结合作业需求选择操作方式,才能避免上述问题。二是螺旋钻头,要结合作业需求增加最大外径钻齿。三是补开排浆孔,施工之前准备足够原料,包括泥浆、水资源等,一旦出现严重漏浆问题,可以快速补充浆液,为提钻排浆提供便利,还需要补设排浆口。

2.3.2 溶洞穿越方式研究

一是溶洞顶板穿越方式,结合收集到的地勘报告作业,在距离溶洞顶板500mm以后,可以更换筒钻,采取研磨方式逐渐钻进,直到穿越顶板,施工期间要注意预防卡钻问题。该项目的45#--4 号桩较为特殊,勘察后发现溶洞顶板超出预计厚度2m,而地质勘查报告显示为0.7m,只能将地质勘查报告作为参考依据,操作时还需要仔细观察,判断地层实际情况。开孔钻进作业持续较长时间,并且随着钻具不断深入,底板厚度也在不断增加,只能更换筒钻及螺旋钻,取出大量的水晶颗粒及岩芯。二是进入溶洞后操作要领,选用嵌岩双底捞砂斗,操作采用轻加压钻进,禁止大加压力钻进,以防出现斜孔现象而导致卡钻。

3 结论

总而言之,岩溶地区由于地质条件比较特殊,所以其施工难度要比常规条件下的施工工程高出许多,针对该类地层,必须采取妥当的钻孔方法,才能顺利高效地按照施工要求完成基础施工操作。大量实践证明,旋挖钻机在岩溶地区施工工程中的应用具有很强的实际作用价值,通过合理选用钻机操作方式、更换钻具或者调整钻齿的布置等,可以获得良好的泥岩地层成孔效果,有效降低施工常见质量通病的发生概率, 在提高施工效率的同时也保证了施工质量,对促进我国针对岩溶地区的施工工程整体水平具有十分积极的促进作用。