分析旋挖機在淤泥質(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施工的一個難點。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)致旋挖鉆機在該地層施工時縮頸、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，施工時也容易出現(xiàn)地層的不均勻沉降，存在中大型鉆機發(fā)生傾覆的隱患，因此鉆機就位之前盡量對地表進行處理，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，配套φ445－4×13機鎖式鉆桿，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為強風(fēng)化紅砂巖。
在召請工法師傅支持之前，鉆機在該場地連續(xù)4次鉆孔都失敗了，原由在于鉆進至8～22m淤泥層時會出現(xiàn)不同程度的塌孔事故，即便末了成孔，但灌注超方嚴重（超方率達到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，準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成樁了。
問題分析
在有淤泥質(zhì)地層進行旋挖施工時，以下3點需要特別留意：
一、在鉆機的操作方式上要慢速鉆進，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“少進尺、勤提鉆”為原則。在鉆斗到達上次進尺深度之前就要開始慢速正鉆，將上次受擾動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入鉆斗的淤泥受到較大擾動充斥到鉆體與孔壁之間變?yōu)榱鲬B(tài)，同時慢壓慢鉆也可以防止偏鉆。此外，下鉆和提鉆時的動作也不要過猛，以防孔壁淤泥坍落而埋住鉆頭，同時也可防止由于提放鉆過快時，鉆頭對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。同時還要避免一次進尺過深，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尺20～30cm后暫停加壓和旋轉(zhuǎn)，使泥漿可以進入黏土和鉆體之間起到潤滑作用，之后再循環(huán)加壓鉆進。
二、若是水下鉆進，則應(yīng)適當(dāng)加大護壁泥漿的黏稠度，或直接向樁孔內(nèi)投擲適量黏土塊，然后下鉆在軟土段，不進尺研磨一段時間再繼續(xù)鉆進，這樣利用黏土將孔壁擠密，增大孔壁泥皮的厚度。
三、若采用加長護筒或跟管鉆進的辦法維護孔壁穩(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，并要及時拔出護筒，以防時間過長或樁孔內(nèi)灌滿混凝土后起拔護筒困難。
解決措施
一、由于現(xiàn)場觀察泥漿的黏度不夠，泥漿護壁的效果并不好。為提高泥漿的護壁能力，就地取材，在現(xiàn)場挖了3斗黏土倒入泥漿池再充分攪拌以提高泥漿黏度和比重。
二、在鉆具選型方面，南京無限達師傅現(xiàn)場指導(dǎo)換掉不帶流水孔的鉆頭，而改用帶內(nèi)流水孔的鉆斗，以使提鉆時泥漿實現(xiàn)上下流通，避免產(chǎn)生的“活塞效應(yīng)”對孔壁產(chǎn)生壓力，阻止淤泥流動，取得了明顯效果。
三、現(xiàn)場指導(dǎo)操作手調(diào)整操作方式，在淤泥層鉆進過程中要遵循“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”是指減少單斗進尺、減少鉆壓、減少合斗門時的旋轉(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)地鉆進速度也有了明顯提高。解決效果經(jīng)過南京無限達師傅進行現(xiàn)場改善，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。施工方和甲方對改進后的施工效果很滿意，打消了更改設(shè)計的念頭。
工法小結(jié)
在淤泥質(zhì)地層的鉆進過程中，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，對于中大直徑的樁孔，鉆頭選用土層雙底撈砂斗即可；對于直徑小的孔，可采用單開門雙底土層撈砂斗，對于鉆進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，以防止鉆進過程中由于鉆頭上、下液面不流通而導(dǎo)致鉆底負壓過大，形成吸鉆。
對于常見工況而言，改善泥漿性能、改進鉆頭結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化操作方式這三方面是現(xiàn)場解決問題的主要思路。只要我們合理選擇鉆具、泥漿、鉆機操作方式，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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