徐軍軍，黃玉文，馮美貴，楊鵬

(北京探礦工程研究所，北京 100083)

0 引言

旋挖施工成孔工藝可適用于不同地質(zhì)工程條件，具有施工效率高、成孔質(zhì)量好、安全可靠、污染小等優(yōu)點(diǎn)，有著其他成孔工藝不可替代的優(yōu)勢(shì)，因此受到了廣大設(shè)計(jì)部門和施工企業(yè)的高度認(rèn)可。但是在實(shí)際施工過(guò)程中，受到多方面因素的影響，還有各種各樣的問題層出不窮。這些問題直接影響到業(yè)主所關(guān)心的施工進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)，本文歸納總結(jié)并分析了旋挖施工中常見問題產(chǎn)生的原因以及預(yù)防方法和處理措施，以供業(yè)內(nèi)同行參考。

1 鉆孔傾斜

1.1 產(chǎn)生原因

旋挖施工發(fā)生鉆孔傾斜的原因主要有：①滑動(dòng)副、動(dòng)力頭內(nèi)鍵磨損嚴(yán)重，鉆桿產(chǎn)生彎曲、豎直度不夠，鉆具來(lái)回?cái)[動(dòng)幅度過(guò)大；②地層情況復(fù)雜多變，當(dāng)遇到具有傾斜度的軟硬交替變換地層時(shí)，地層的力學(xué)性質(zhì)分布不均勻，鉆具受力不平衡，從而偏向一邊鉆進(jìn)；③遇有粒徑大小懸殊砂卵石、較大孤石、探頭石的地層時(shí)，鉆具所在位置不能直接順利通過(guò)，將偏向相對(duì)容易鉆進(jìn)的另外一側(cè)鉆進(jìn)；④鉆入巖層交界面時(shí)鉆進(jìn)加壓力過(guò)大，或鉆具類型選擇不合理；⑤操作機(jī)手在施工過(guò)程中，對(duì)地質(zhì)情況變化和振動(dòng)引起的底盤不均勻沉降等情況的處理措施不夠到位。

1.2 預(yù)防方法及處理措施

1.2.1 預(yù)防方法

(1)定期檢查滑動(dòng)副、動(dòng)力頭內(nèi)鍵磨損情況以及鉆桿彎曲和鉆頭擺動(dòng)情況，如果所檢查項(xiàng)目超標(biāo)或異常，則進(jìn)行必要的維修保養(yǎng)或更換。

(2)提前熟悉掌握地質(zhì)勘查資料，對(duì)可能出現(xiàn)的復(fù)雜地層提前采取預(yù)防措施；遇有傾斜度的軟硬交界地層、傾斜的巖層時(shí)緩慢施工鉆進(jìn)，盡可能使用筒式鉆具或大錐角螺旋鉆具修正傾斜的硬巖面，同時(shí)還應(yīng)減小鉆機(jī)加壓力，待進(jìn)尺超過(guò)傾斜硬巖深度后，再逐漸增大加壓力；如遇有粒徑大小懸殊的砂卵石地層、較大的孤石探頭石地層時(shí)，應(yīng)根據(jù)地層更換鉆具類型，如雙層筒式鉆頭等。

1.2.2 處理措施

①鉆孔傾斜情況不嚴(yán)重時(shí)，可重新調(diào)整鉆機(jī)姿態(tài)繼續(xù)鉆進(jìn)；嚴(yán)重時(shí)應(yīng)回填土，待沉積密實(shí)后再鉆進(jìn)，不能用沖擊鉆頭直接修整鉆孔，以免出現(xiàn)卡鉆情況。②傾斜情況不嚴(yán)重并且?guī)r石硬度不高時(shí)，使用平底鉆頭進(jìn)行修平后再繼續(xù)鉆進(jìn)或使用較小規(guī)格的鉆頭引孔后再進(jìn)行擴(kuò)孔。③傾斜情況嚴(yán)重且?guī)r面硬度較高時(shí)，應(yīng)立即停鉆并灌注與樁身同級(jí)別砼，待砼強(qiáng)度達(dá)到70%以上時(shí)，使用較小的鉆頭引孔后再進(jìn)行擴(kuò)孔。④傾斜情況嚴(yán)重且發(fā)生在較淺處時(shí)，若地下水水量不大，可采用人工挖孔修正傾斜巖面。

2 縮孔

2.1 產(chǎn)生原因

產(chǎn)生縮孔的原因主要有：①地層中夾有塑性土壤(也稱橡皮土)，遇水膨脹后使得孔徑縮小；②鉆頭磨損消耗嚴(yán)重未及時(shí)采取維護(hù)、保養(yǎng)、補(bǔ)焊等措施，使得鉆孔直徑小于樁孔直徑設(shè)計(jì)值。

2.2 預(yù)防方法及處理措施

①可采用上下反復(fù)掃孔的方法以擴(kuò)大孔徑，直至發(fā)生縮孔部位孔徑達(dá)到設(shè)計(jì)要求后盡快灌注混凝土；②回填砂黏土，待密實(shí)后重新鉆進(jìn)；③控制泥漿密度和黏度，選用失水率低的優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁并采用快轉(zhuǎn)慢進(jìn)的鉆進(jìn)方法，在保證泥漿質(zhì)量的同時(shí)，通過(guò)對(duì)鉆具的維護(hù)保養(yǎng)有效地保證樁孔直徑。

3 塌孔

在施工過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)樁孔護(hù)筒內(nèi)泥漿位突然上升溢出護(hù)筒，隨即驟降并冒出氣泡，應(yīng)懷疑是塌孔狀況，可用測(cè)深錘探測(cè)。如測(cè)深錘探測(cè)砼面時(shí)達(dá)不到設(shè)計(jì)深度，相差很多，均可證實(shí)為塌孔。

3.1 產(chǎn)生原因

①旋挖鉆機(jī)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，以及地基土層自重應(yīng)力或周圍堆放重物影響會(huì)導(dǎo)致地面以下孔壁受到擾動(dòng)，導(dǎo)致孔壁坍塌；②對(duì)于砂礫層等透水層，鉆進(jìn)速度過(guò)快，泥漿性能未得到改善，導(dǎo)致護(hù)壁效果欠佳、滲水嚴(yán)重，甚至降到地下水位以下，造成孔壁坍塌；③鉆頭上下移動(dòng)速度過(guò)快，致使水流以較快速度由鉆頭外側(cè)和鉆孔之間的空隙中流過(guò)，從而沖刷孔壁，上提鉆頭時(shí)在其下方產(chǎn)生負(fù)壓而導(dǎo)致孔壁坍塌；④由于旋挖鉆桿轉(zhuǎn)速太高、鉆桿中心振動(dòng)較大，鉆頭對(duì)穩(wěn)定液的紊流沖擊致使孔壁失穩(wěn)。

3.2 預(yù)防方法及處理措施

3.2.1 預(yù)防方法

①施工前應(yīng)充分調(diào)查土質(zhì)是否有松砂等易塌土層，施工時(shí)應(yīng)盡量移開周圍重物、減少施工作業(yè)振動(dòng)等；②在泥漿的配比上，特別是密度、黏度等性能方面，要根據(jù)不同地層的地質(zhì)條件相應(yīng)的改善泥漿性能，采用適當(dāng)密度和黏度的泥漿；③長(zhǎng)期使孔內(nèi)水位高出地下水位2 m以上，因此在鉆進(jìn)過(guò)程中，泥漿的注入與鉆進(jìn)要交替進(jìn)行；④在鉆頭上設(shè)置過(guò)流通道，保證提鉆過(guò)程中鉆頭上下泥漿流動(dòng)，防止出現(xiàn)提鉆過(guò)程中的真空抽吸現(xiàn)象；⑤機(jī)手操作鉆機(jī)時(shí)要盡量減少對(duì)孔壁的沖刷和擾動(dòng)，操作方法應(yīng)嚴(yán)格遵循“三慢”原則：即提鉆慢、放鉆慢和鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速慢，通過(guò)嚴(yán)格控制鉆具的旋轉(zhuǎn)速度，來(lái)減少泥漿對(duì)孔壁的擾動(dòng)；⑥應(yīng)按孔徑大小和土質(zhì)條件來(lái)調(diào)整鉆頭的上下升降速度，在鉆進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)鉆孔阻力調(diào)整回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。

3.2.2 處理措施

①塌孔部位不深時(shí)可采取深埋護(hù)筒法，將護(hù)筒周圍土夯實(shí)重新鉆孔；②塌孔嚴(yán)重時(shí)應(yīng)立即用砂或小礫石夾黏土回填鉆孔，暫停一段時(shí)間后查明塌孔原因，采取相應(yīng)措施重鉆；③當(dāng)出現(xiàn)局部塌孔時(shí)，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)并緩慢地提升鉆頭，防止因擾動(dòng)而引起二次塌方，繼續(xù)向孔內(nèi)注入泥漿同時(shí)提出鉆頭，用挖掘機(jī)向孔內(nèi)傾倒足量黏土，然后下放鉆頭反轉(zhuǎn)壓實(shí)黏土，邊壓邊反轉(zhuǎn)，待穩(wěn)定后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

4 糊鉆、埋鉆、掉鉆

糊鉆、埋鉆和掉鉆常出現(xiàn)于旋挖鉆進(jìn)中。糊鉆的特征是在細(xì)粒土層中鉆進(jìn)時(shí)進(jìn)尺緩慢，甚至不進(jìn)尺并有可能出現(xiàn)憋鉆現(xiàn)象，提鉆后會(huì)看到筒體周圍和鉆頭底部被土體糊滿。埋鉆指的是鉆頭在孔內(nèi)被孔壁坍塌的土體埋住而難以回轉(zhuǎn)、上提。掉鉆指的是鉆桿或鉆頭掉入孔內(nèi)的現(xiàn)象。

4.1 產(chǎn)生原因

①土體黏度較大，切削具長(zhǎng)度較小，切削具角度布置不合理，導(dǎo)致切削后的土體難以及時(shí)導(dǎo)入鉆頭筒體，而糊在鉆頭筒體周圍或其底部；②鉆進(jìn)時(shí)一次進(jìn)尺太長(zhǎng)或出現(xiàn)孔壁坍塌，造成鉆頭和鉆桿埋入孔中；③提鉆時(shí)受到阻力或施工中鋼絲繩拉斷，造成鉆頭和鉆桿埋入孔中；④孔口塌陷或機(jī)械操作出現(xiàn)失誤導(dǎo)致孔口的鉆頭掉入；⑤工作扭矩過(guò)大，造成鉆桿斷裂，連接銷或提引器損壞造成掉鉆。

4.2 預(yù)防方法及處理措施

4.2.1 預(yù)防方法

①適當(dāng)控制單次進(jìn)尺長(zhǎng)度，鉆進(jìn)過(guò)程中根據(jù)地層情況調(diào)整泥漿特性，確?？妆诜€(wěn)定性；②將鉆頭等雜物遠(yuǎn)離孔口放置，護(hù)筒頂口周邊夯實(shí)，封閉地表水；③提鉆時(shí)注意觀察卷?yè)P(yáng)壓力表變化，鉆進(jìn)時(shí)確保垂直度，提鉆時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力突變時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整方向；④經(jīng)常檢查鋼絲繩使用狀況，在施工過(guò)程中對(duì)連接銷、提引器、鉆桿和鉆頭等設(shè)備勤做檢查、保養(yǎng)、更換；⑤調(diào)節(jié)泥漿的密度和黏度，適當(dāng)增大泵量和向孔內(nèi)投入適量砂石解決泥包糊鉆。

4.2.2 處理措施

①嚴(yán)重糊鉆時(shí)應(yīng)停止鉆進(jìn)，提出鉆具清除鉆渣，對(duì)鉆桿內(nèi)徑、鉆具進(jìn)出土口和切削齒安裝角度、布齒方式等進(jìn)行檢驗(yàn)計(jì)算并適當(dāng)調(diào)整；②準(zhǔn)確測(cè)量埋鉆的位置深度，根據(jù)相應(yīng)地層情況分析埋鉆的原因，制定對(duì)應(yīng)措施；③可使用護(hù)壁開挖法、主孔周邊打副孔，必要時(shí)也可采用水下爆破法來(lái)打撈鉆具。

5 卡鉆

5.1 產(chǎn)生原因

①當(dāng)鉆具轉(zhuǎn)速過(guò)快從而帶動(dòng)泥漿沖刷孔壁或單次進(jìn)尺超深，鉆具內(nèi)的碎石從排水口擠出甩至孔壁間隙造成卡鉆；②孔壁探頭石導(dǎo)致徑向卡鉆；③邊齒、側(cè)齒過(guò)度磨損未及時(shí)更換導(dǎo)致鉆具外圓柱與鉆具直徑等大，孔徑縮小直至無(wú)孔壁間隙，形成吸附真空，特別在黏土層中產(chǎn)生很大的黏滯阻力，形成類似卡鉆特征；④樁孔傾斜導(dǎo)致卡鉆；⑤在鉆進(jìn)和提升過(guò)程中，孔壁發(fā)生大面積塌方而造成埋鉆，使鉆頭既無(wú)法進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，也無(wú)法提起，這種情況在密實(shí)度不太大的砂卵層或流砂層較易發(fā)生；⑥縮徑造成鉆具提不上，被卡在縮徑處導(dǎo)致卡鉆。

5.2 預(yù)防方法及處理措施

5.2.1 預(yù)防方法

①對(duì)單次進(jìn)尺量進(jìn)行嚴(yán)格控制，不應(yīng)太大，一般不超過(guò)鉆具高度的三分之一為宜，這樣可避免石塊從鉆具上方孔口處掉落和避免鉆屑擠在鉆具筒壁和孔壁之間形成較大的摩阻力。②在碎石土層的鉆進(jìn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速不宜過(guò)快，否則會(huì)帶動(dòng)孔內(nèi)泥漿高速?zèng)_刷孔壁，導(dǎo)致孔壁掉塊(孤石塊等)卡住鉆具；③提鉆過(guò)程中，提速不宜太快，同時(shí)要低速轉(zhuǎn)動(dòng)，防止孔壁有探出的異物卡住鉆具。④制作鉆頭時(shí)應(yīng)注意鉆具筒體尺寸，筒體直徑一般應(yīng)小于成孔直徑；在使用過(guò)程中，對(duì)鉆具要及時(shí)修復(fù)，鉆頭側(cè)齒、邊齒等磨損后要及時(shí)更換或補(bǔ)焊，保證成孔尺寸；鉆具外側(cè)的保徑條一旦磨損后要及時(shí)修復(fù)或者焊上鋼板替代，保證鉆具和鉆孔孔壁的間隙；同時(shí)，應(yīng)保證鉆具掛鉤有效，避免意外脫鉤。⑤預(yù)防孔壁上凸出的探頭石塊，在提鉆的過(guò)程中，要盡量慢提，同時(shí)反轉(zhuǎn)鉆具；遇到孔壁探頭石在徑向卡鉆，則要先用螺旋鉆頭掃孔把探頭石松動(dòng)后，再鉆進(jìn)；如果遇到較大的探頭石，必須用巖石筒鉆，反復(fù)旋轉(zhuǎn)來(lái)切斷孔壁探頭石。

5.2.2 處理措施

①卡鉆事故發(fā)生后，不要加大提拔力、快速大力地提鉆，在事故初始位置上下反復(fù)提放鉆具，同時(shí)正反轉(zhuǎn)鉆具使異物脫離松動(dòng)掉落后再提起鉆具；②直接起吊法，采用吊車直接向上起吊；③鉆具周圍疏通法，即用水下切割或反循環(huán)等方法，清理鉆筒周圍沉渣，然后起吊即可。

6 結(jié)論

旋挖鉆進(jìn)成孔工藝具有許多優(yōu)勢(shì)，但我們?nèi)匀恍枰钊氲胤治隹偨Y(jié)并積累更多的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于常見問題相關(guān)人員必須予以高度重視，在處理旋挖施工的復(fù)雜工法問題時(shí)，都需要綜合考慮設(shè)備、地質(zhì)、操作這三方面之間的關(guān)系，認(rèn)真總結(jié)和分析，并且采取積極的預(yù)防方法，制定科學(xué)的對(duì)策，實(shí)施有效的處理措施，保證施工進(jìn)度和工程質(zhì)量。相信隨著旋挖鉆進(jìn)成孔工藝的深入推廣，我們積累的經(jīng)驗(yàn)會(huì)越來(lái)越豐富，處理問題會(huì)越來(lái)越得心應(yīng)手，施工也會(huì)越來(lái)越順暢。

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