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旋挖钻机施工遇到流砂层怎么解决
2018.10.16

流砂层是旋挖钻机施工中常见的一种不良工况,多为接近于流体状态的砂粒土层。砂粒土通常是指组成中粗粒(粒径>0,075)的含量占50%以上、砾粒含量<50%、粘粒含量极少、以砂粒为主的土。砂粒土的矿物成分以石英,长石及云母等原生残余矿物为主,其塑性极低或无塑性。砂类土一般都没有连结,呈单粒结构,透水性强、压缩性低,且压缩过程甚快,内摩擦角较大,承载力较高。砂土的物理力学性质与砂粒大小和密实度有密切关系,在砾砂、粗、中砂土中表现尤为明显。一般认为砂土的抗剪强度符合库伦—摩尔准则,同时考虑土的有效应力原理。

 

饱和粉细砂在振动作用下趋于密实(剪缩性)导致土中孔隙水压力骤然上升,有效应力相应减小,抗剪强度亦降低。当孔隙水压力逐渐积累时,颗粒间的有效应力相应降低甚至消失。所以当σ=μ时,砂土的抗剪强度等于0,此时砂土在瞬间变为接近于流体状态,即发生了液化现象。

 

粉砂、细砂、砾砂层等地层受结构松散、地下水位高、抗剪强度较差的影响,工程施工中特别容易发生潜蚀,塌孔等现象,造成扩径、超方、泥浆含砂量高、沉渣层过厚等施工质量问题,甚至会发生局部坍塌或桩孔整体坍塌,进而埋钻等严重后果。在该地层施工最安全的方法是采用全护筒,但由于代价昂贵,很难在国内使用。在目前国内现有条件下,只能通过有效使用泥浆护壁和改进钻进操作方法等工艺手段,来防止事故发生,最大程度降低事故出现率,提高成孔合格率。

 

 

根据现场观察地质条件,结合现场钻取出的钻渣,来判断该地质情况。若是遇流沙层,则需配置合理的泥浆,在钻进过程中起到较好的护壁作用;在钻进至流塑地层时,需注意操作方式的调整,过多的扰动很可能导致孔壁意外事故的发生。

 

解决措施

 

解决塌孔问题主要在于防止初始塌孔的形成,防止发生连续塌孔的恶性循环,即:解决塌孔主要在于防,而不是在于救。

 

(1)合理调配泥浆,针对流塑地层的特点,需要配置高粘度,中等容重的泥浆进行护壁。鉴于国内膨润土质量好坏不一、泥浆粘度要求较高等原因,泥浆的配比可按照如下方案:

水:膨润土:CMC:纯碱=1000:140:2.5:4,并加入少许粘土搅拌均匀后,控制泥浆容重在1.20左右,粘度不小于45s,PH〉8。尤其值得注意的是:在泥浆池中加入膨润土、纤维素、纯碱后需静置一段时间(24小时),待膨润土完全水合后,在泥浆池中倒入粘土,用长臂小挖掘机充分搅拌。且在开钻前2小时用小挖掘机再次搅拌,开钻前检测所配置的泥浆是否达到要求(挖掘机搅拌过程中应时刻注意测量泥浆各参数值,达到工程所需值后即可停止搅拌),否则再向泥浆池中酌情添加原料;

 

(2)在钻头上设置通气孔,保证提钻过程中钻头上下泥浆流动,防止出现提钻过程中的真空现象;

(3)保持泥浆液面高出地下水水面2~3m,可以通过加高护筒或在孔周围设置粘土坝来实现;

(4)调整操作方式:控制泥浆液面,并在钻孔过程中始终保持距护筒上边缘30~40cm。(特别在提钻时)。钻至软土及砂层时:软土和砂土层为易塌孔地层,操作时要尽量注意减少对孔壁的冲刷和扰动,操作方法严格遵循“三慢”原则:即提、放钻及钻进转速慢,通过严格控制钻具的运动速度,来减少泥浆对孔壁的扰动,并为泥皮形成留足时间;地面观察:时刻关注泥浆液面,当发现泥浆液面突然下降且大量泡沬涌出时,可判断出现局部塌方,应立即停止钻进并保证在钻斗斗底打开的情况下,缓慢地提升钻头,防止因扰动而引起二次塌方;局部塌方事故处理:当发现有局部塌方时,继续向孔内注入泥浆同时提出钻头,用挖掘机向孔内倾倒足量粘土,然后下放钻头反转压实粘土,边压边反转,待稳定后再用前文所述方法钻进。

 

在操作的过程中要注意如下事项:在钻进过程中还应时刻注意泥浆液面,若发现有塌方迹象时应尽快采取相应措施;保持泥浆液面高度,勤加泥浆;在整个钻进过程中,提、放钻头一定要非常缓慢;注意钻机沉降情况,一旦发现异常立刻安排钻机离场,现场人员及时撤离。

 

工法小结

 

流砂地层的钻进只要选择的工法适当,稳定,高效的钻进是可以实现的,施工中需满足三方面的要求:科学的泥浆配置,合理的钻进方式,充分的施工准备,流砂层钻进将不再是旋挖钻机施工范围扩大路上的绊脚石。

随着国内基础建设热潮的兴起,大型工程项目陆续开工建设,施工工艺不断成熟,在这一背景下,工法技术的不断研发、推广,对于国内在房屋基础建设,高铁,高速公路,快轨,特大桥梁等大型工程建设项目会有一个很好的推动作用。

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