跟管鉆進(jìn)技術(shù)在卵石地層邊坡加固工程中的應(yīng)用
2015-06-01
1 工程概況
蘭州市南山路西固煤場高架設(shè)計起點位于南山路道路主線 K32+680處，終點在K34+308處與西柳溝立交相連,高架長度為1628m。該合同段內(nèi)部分路段穿越山體，按設(shè)計需進(jìn)行邊坡開挖與加固。為保證施工過程中及高架橋路運營期間的安全，對該坡體采用預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)梁加固措施。但由于邊坡地層開挖后主要為砂卵石層，普通鉆孔設(shè)備無法成孔，這給預(yù)應(yīng)力錨索施工造成了極大的困難。為解決該問題，采用了跟管鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索施工。
1.1 工程地質(zhì)條件
蘭州市地區(qū)的地形以黃土丘陵為主，次為黃土梁峁，階地與干溝發(fā)育。在地貌單元上屬黃河南岸Ⅳ級階地，地形起伏較大。道路沿線地層結(jié)構(gòu)主要為粉土、砂卵石層、泥質(zhì)砂巖等。地層巖性分述如下：
（1）粉土：褐黃色～黃色，粉粒為主，土質(zhì)較純，具孔隙，含白色鹽質(zhì)斑點及鈣質(zhì)條紋，局部夾薄層砂，含個別角礫，厚度11.00～33.50m，稍密～中密，稍濕～濕。
（2）卵石層：雜色，主要成分花崗巖、砂巖等。夾塊石，含粉土、細(xì)砂薄夾層。初見時碎石粒徑較小，隨深度增加，粒徑變大，密實度提高，骨架顆粒約占60％以上，砂、土填充，沖積～洪積形成，厚度5.8～17.5m，稍密～中密～密實，稍濕～濕。
?。?）泥質(zhì)砂巖（N）：新近系，磚紅色。細(xì)粒結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，巖體較完整，巖芯呈短柱狀或長柱狀，巖質(zhì)軟弱，易分化，手搬易斷。干燥時錘擊易碎，呈碎塊，碎屑狀；遇水易軟化崩解呈散沙狀。頂部2—3m為強(qiáng)分化層，結(jié)構(gòu)構(gòu)造基本破壞，巖體破碎，巖芯多呈碎塊、短柱狀。該層分布連續(xù)穩(wěn)定，厚度較大。層面埋深9.9～17.3m。
1.2 工程設(shè)計概況
采用預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)梁加固,錨索長度18m,間距3.0m，孔徑130 mm，傾角15o。錨索采用3根15.24 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，錨固段長度12 m，設(shè)計荷載400kN，鎖定荷載200kN。格構(gòu)梁截面為400×400mm。
2 成孔工藝及施工難點
2.1成孔工藝
鉆孔穿過地層主要為松散砂卵石層，為減小施工外因?qū)ζ麦w穩(wěn)定性的影響，成孔采用以高壓空氣為介質(zhì)的干法成孔。對于該類地層采用風(fēng)動潛孔錘接偏心擴(kuò)孔鉆頭跟管鉆進(jìn)。
2.2施工難點
錨索成孔環(huán)節(jié)在整個工程中有著非常重要的作用，要使得錨索錨固力達(dá)到設(shè)計要求，關(guān)鍵是保證錨索的成孔質(zhì)量；同時，成孔速度的快慢,又制約著后續(xù)工作的進(jìn)度，因此，成孔工作為本工程的難點之一。
本工程邊坡面錨索穿過的主要區(qū)段為砂卵石層，這種地層巖質(zhì)松散，膠結(jié)力差或者無膠結(jié)力，鉆進(jìn)過程中漏風(fēng)嚴(yán)重，鉆渣難以排出孔外,鉆進(jìn)過程中極易發(fā)生卡鉆和埋鉆事故，易出現(xiàn)孔內(nèi)坍塌現(xiàn)象。砂卵石層內(nèi)鵝卵石含量較多且分布不均，鉆進(jìn)過程中因地層軟硬不均勻容易造成鉆孔偏離原來的方向，增大了鉆桿與孔壁的摩阻力,所以在砂卵石及軟硬不均地層中成孔又是本邊坡加固工程的重要難題。
3配套設(shè)備與鉆具
3.1 鉆機(jī)
采用成都產(chǎn)M70型動力頭式跟管鉆機(jī),該鉆機(jī)最大扭矩3570N，最大起拔力40kN，行程2500 mm，功率18kW，具有扭矩大、行程大、體積小、安裝就位方便等優(yōu)點。工程中為了提高效率，采用的潛孔鉆車安裝跟管鉆機(jī)動力頭進(jìn)行成孔施工，提高了鉆機(jī)移動效率，操控性強(qiáng)。
3.2 空壓機(jī)
該工程選用中風(fēng)壓鉆進(jìn)，結(jié)合場地的實際地層情況和孔深、孔徑等因素,選用移動螺桿式空壓機(jī)，該空壓機(jī)風(fēng)壓可達(dá)10MPa，風(fēng)量12m3/min，滿足1臺鉆機(jī)成孔需要。
3.3鉆具和鉆桿
選用成都產(chǎn)SMW110型沖擊器配同心擴(kuò)孔鉆頭鉆進(jìn)，跟進(jìn)127mm套管，套管采用左螺旋連接，每根長1.5m。成孔所用鉆桿均為89mm外平厚壁鉆桿,每根長1.5m，長度與鉆機(jī)行程相匹配。所選套管與鉆桿等長，做到加接套管與加接鉆桿同時進(jìn)行，可減小鉆進(jìn)過程中因套管與鉆桿不等長而分別加接所產(chǎn)生的輔助時間。采用外平厚壁鉆桿，可減少鉆桿斷裂事故的發(fā)生。
3.4鉆進(jìn)參數(shù)
鉆進(jìn)參數(shù)的選擇主要取決于地層條件和所采用的鉆進(jìn)工藝。采用風(fēng)動潛孔錘接同心擴(kuò)孔鉆頭在砂卵石層內(nèi)跟管沖擊成孔時，風(fēng)量控制在10~12m3/min之間，風(fēng)壓為017~018MPa，轉(zhuǎn)速為20~30r/min。
4技術(shù)措施
?。?）施工前檢查設(shè)備狀態(tài)是否良好。對組合好的鉆具套管應(yīng)檢查絲扣連接是否緊密，偏心鉆頭是否收張自如。
?。?）鉆孔時，先定位，后下入套管準(zhǔn)備跟管鉆進(jìn)。開鉆前，在孔口位置搭設(shè)限位支架，以限制跟管鉆進(jìn)過程中套管和鉆桿晃動太大；同時,在保證套管與鉆桿同軸的前提下，在套管與孔壁之間填入粘土并擠實，防止套管轉(zhuǎn)動，偏離軸線位置。
?。?）鉆進(jìn)過程中遇到較大卵石時，應(yīng)減小鉆壓，降低轉(zhuǎn)速，防止鉆孔因地層不均勻而偏移。
?。?）鉆進(jìn)超過10m以后，孔內(nèi)排渣極為困難，每進(jìn)尺1m左右，應(yīng)將鉆頭提離孔底并收入套管內(nèi)，開強(qiáng)風(fēng)排渣，待孔內(nèi)鉆桿與套管內(nèi)壁間的環(huán)狀間隙間碎渣吹干凈后，再繼續(xù)下鉆鉆進(jìn),嚴(yán)禁長時間不提鉆排渣盲目鉆進(jìn)，以防止偏心鉆頭的回轉(zhuǎn)部分被鉆渣卡住，導(dǎo)致沖擊器及偏心鉆頭工作不正?，F(xiàn)象出現(xiàn)。
?。?）加接套管時，應(yīng)保證套管的絲扣連接牢靠，并盡量在絲扣上少涂黃油。鉆進(jìn)過程中,應(yīng)密切注意套管的異常情況，若發(fā)現(xiàn)套管連接絲扣松動或套管隨鉆桿一起轉(zhuǎn)動，應(yīng)及時停鉆采取措施。
?。?）為保證錨索的注漿效果，在安裝錨索時，將注漿管固定于4根鋼絞線中間隨錨索一同下入孔內(nèi)，采用由孔底向外壓注的辦法，保證錨索孔內(nèi)漿液連續(xù)。
5 結(jié)束語
偏心跟管鉆進(jìn)技術(shù)的在本工程中的應(yīng)用，成功解決了本工程砂卵石層內(nèi)成孔困難及鉆進(jìn)效率低的問題，既保證了工程質(zhì)量，又縮短了工期,值得在邊坡加固、地質(zhì)災(zāi)害治理等工程的復(fù)雜層鉆進(jìn)中大力推廣。針對施工中遇到的不同復(fù)雜地層，采取以上不同的技術(shù)措施，基本保障了工程的正常開展。但是施工控制過程中仍存在若干工序需要優(yōu)化解決。如在起拔套管時，拔管機(jī)的移動效率較低，造成套管不能即時周轉(zhuǎn)使用，從而備用套管需求量較大，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，這類問題有待進(jìn)一步加以解決。
