風(fēng)動潛孔錘在巖土工程施工中的應(yīng)用

陳保忠

0 引言

在邊坡加固、滑坡的勘察治理、公路大壩注漿等地質(zhì)災(zāi)害治理以及巖土工程勘察施工中，經(jīng)常會遇到破碎、堅(jiān)硬的巖層和松散的漂卵石層。在這類地層中用常規(guī)的鉆進(jìn)方法鉆進(jìn)，效率低、事故多、工期長、成本高。風(fēng)動潛孔錘鉆進(jìn)是以壓縮空氣作為動力帶動孔內(nèi)沖擊器工作，鉆頭沖擊破碎巖石，同時(shí)利用壓縮空氣作洗井介質(zhì)，將巖粉攜帶至地表。這種鉆進(jìn)方法是以高沖擊為主，低速回轉(zhuǎn)的方式碎巖，不需泥漿循環(huán)，破巖效率基本不受孔深、孔徑的影響。在漂卵石層和堅(jiān)硬巖層中，不但可以獲得高效的鉆進(jìn)效率，而且成本低、鉆孔質(zhì)量好。目前，潛孔錘鉆進(jìn)已廣泛用于地質(zhì)勘探、水文水井、巖土工程勘察、巖土工程施工等領(lǐng)域，成為漂卵石和堅(jiān)硬巖層的有效首選鉆進(jìn)方法。

我單位這幾年在潛孔錘的應(yīng)用方面進(jìn)行了一些探索實(shí)踐，主要用于錨固工程和巖土工程勘察，取得了顯著成效。

1 工程實(shí)例一:某污水處理廠抗浮錨索工程

1． 1 工程概況

某污水處理廠位于臨海地區(qū)，地貌屬低山丘陵區(qū)。基坑開挖深度-6 m，臨海一邊實(shí)施帷幕灌漿阻水，坑底布置48根垂直抗浮預(yù)應(yīng)力錨索。錨索孔設(shè)計(jì)孔深25 m，孔徑150 mm。

鉆孔穿過地層:上部0 m～15 m為松散漂石層，15 m以下為細(xì)粒花崗巖。自然水位-8 m。

1． 2 設(shè)備選擇

鉆機(jī):重慶探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的MGJ-50錨桿鉆機(jī);空壓機(jī):無錫空壓機(jī)廠生產(chǎn)的LGⅡ-7/10型螺桿空壓機(jī);鉆桿:φ50 mm;沖擊器:無錫鉆探工具廠生產(chǎn)的130配150釬頭。

1． 3 鉆進(jìn)工藝

1)鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓5 kN～7 kN;轉(zhuǎn)速20 r/min～40 r/min;風(fēng)量10 m3/min。

2)鉆進(jìn)方法:開孔采用人工挖孔或巖芯管成孔方法施工，潛孔錘導(dǎo)入孔1 m～2 m深。較破碎的鉆孔須埋設(shè)護(hù)口管。水位以上，干孔鉆進(jìn)攜粉干凈，鉆速較高，達(dá)到3 m/h～6 m/h。水位以下，遇水鉆機(jī)阻力加大，鉆進(jìn)效率大幅度降低，鉆速只有1 m/h～2 m/h。采用間隔注入泡沫漿液，增強(qiáng)攜粉能力和阻隔氣體漏失，鉆速提高到2 m/h～3 m/h。

1． 4 效果

由于使用了潛孔錘鉆進(jìn)方法，漂石層采取的措施得當(dāng)，鉆進(jìn)效率大大提高。平均每天完成兩個(gè)孔，而其他單位采用傳統(tǒng)的鋼砂鉆進(jìn)，成一個(gè)孔要幾天時(shí)間。該工程共完成錨索孔48個(gè)，進(jìn)尺1 200 m。

2 工程實(shí)例二:某水泥廠巖土工程勘察

2． 1 工程概況

某水泥廠新建廠區(qū)地處山前洪積扇。勘察工作量2 300 m，最大孔深40 m。地層情況:0 m～15 m為人工填土，黃土狀土，15 m～40 m為漂卵石，水位在40 m以下。該工程不取樣孔(鑒別孔)全部由潛孔錘鉆進(jìn)完成。

2． 2 設(shè)備選擇

鉆機(jī):長沙探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的150巖芯鉆機(jī);空壓機(jī):6 m3電動空壓機(jī)兩臺;沖擊器:英格索蘭CIR-90配CIR110-16A釬頭;鉆桿:φ50 mm。

2． 3 鉆進(jìn)工藝

1)鉆井參數(shù):鉆壓3 kN～5 kN;轉(zhuǎn)速20 r/min～40 r/min;風(fēng)量6 m3/min～10 m3/min。

2)鉆進(jìn)方法:上部黃土層用常規(guī)的沖擊方法鉆進(jìn)，遇到漂卵石換用潛孔錘。在漂卵石層鉆進(jìn)，排風(fēng)比較困難，容易出現(xiàn)卡鉆事故。該工程主要采取了以下幾個(gè)措施:a．采用中鉆速、低回次、高風(fēng)量的鉆進(jìn)規(guī)程。b．1臺空壓機(jī)風(fēng)量不夠時(shí)，開2臺。c．用螺旋鉆桿代替光鉆桿，減少環(huán)空體積，可大幅度提高排粉速度和攜粉能力。

2． 4 效果

在這種地層中，如果用常規(guī)的鉆進(jìn)方法，鉆進(jìn)效率極低，應(yīng)用潛孔錘穿越漂卵石層，平均0．5 d～1 d一個(gè)孔，最快速度4 h鉆成40 m的孔。該工程共完成20個(gè)鑒別孔，共進(jìn)尺800 m。因?yàn)榭諌簷C(jī)故障多，風(fēng)量偏小，影響了工效。如果采用大風(fēng)量性能優(yōu)良的空壓機(jī)，效率更高。

3 工程實(shí)例三:某試驗(yàn)區(qū)高邊坡病害治理錨索工程

3． 1 工程概況

該試驗(yàn)區(qū)位于長安區(qū)子午鎮(zhèn)秦嶺山脈的抱龍峪，高邊坡自然坡度為35°～40°，山頂、坡底相對高差200 m，坡體主要由花崗巖及上覆殘積物構(gòu)成，花崗巖巖體裂隙發(fā)育。

該治理工程在刷坡清理了坡區(qū)殘積土層后，再施工預(yù)應(yīng)力錨索框架。錨索孔設(shè)計(jì)傾角25°，孔深20 m～37 m，孔徑130 mm，分布在9個(gè)坡段。

鉆孔遇到的地層:0 m～8 m為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，8 m以下為中等風(fēng)化花崗巖，有微裂隙，基本完整。

3． 2 設(shè)備選擇

鉆機(jī):煤炭院西安分院生產(chǎn)的MK-4型鉆機(jī);空壓機(jī):6 m3電動空壓機(jī)1臺，9 m3柴油螺桿空壓機(jī)1臺;沖擊器:英格索蘭CIR-90配 CIR-90D 釬頭;鉆桿:φ63．5 mm。

3． 3 鉆進(jìn)工藝

1)鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓3 kN～5 kN;轉(zhuǎn)速20 r/min～40 r/min;風(fēng)量6 m3/min～10 m3/min。2)鉆進(jìn)方法:剛開始施工時(shí)，我們用6 m3電動空壓機(jī)，由于該空壓機(jī)風(fēng)量偏小，上返風(fēng)速只有7 m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足沖擊器正常工作風(fēng)量，而且活塞式空壓機(jī)輸風(fēng)也不平穩(wěn)，所以孔內(nèi)重復(fù)破碎、清渣效果差，鉆進(jìn)速度很慢，成一個(gè)孔需30多小時(shí)。最后換用9 m3螺桿空壓機(jī)，成一個(gè)孔平均8 h，最快只要4 h。

該地區(qū)0 m～8 m巖體破碎、裂隙發(fā)育，在破碎不嚴(yán)重時(shí)，采用輕壓慢轉(zhuǎn)、小回次、勤吹渣的鉆進(jìn)工藝。在破碎嚴(yán)重時(shí)，坍塌、掉塊可能卡鉆，這時(shí)要采用隨鉆套管護(hù)壁穿過破碎層。

K5-9號孔，上部嚴(yán)重破碎，用偏心鉆頭φ168套管隨鉆穿過破碎層6 m后，換130鉆具繼續(xù)鉆至終孔，下完錨索，灌漿前，將套管拔出。

K5-14號孔，在鉆至8 m時(shí)，發(fā)生了埋鉆事故，常規(guī)方法處理無效后，緊挨該孔并行打一孔吹砂清理埋鉆巖粉，沒想到又發(fā)生了埋鉆。最后，用人工吊錘，一一將兩套鉆具起出，結(jié)果主孔鉆頭掉入孔內(nèi)。在孔位不能變動的情況下，采取調(diào)大鉆機(jī)傾角，躲過事故鉆頭，重新成孔。

錨索孔的孔身質(zhì)量，在下錨索時(shí)得到檢驗(yàn)，如果孔內(nèi)干凈、孔身光滑，錨索能一次下入。如果軟硬變層時(shí)留有臺階、探頭石掉塊阻擋、孔底或孔的下半身沉積巖粉，都會影響下錨索。錨索下不進(jìn)，就要通孔、掃孔和吹渣。K5-14號孔是比較嚴(yán)重的情況，經(jīng)過5次通孔，才下入錨索。

3． 4 效果

該工程共完成50個(gè)錨索孔，進(jìn)尺1 295 m，平均成孔時(shí)間15 h。如果有大風(fēng)量(17 m3)、性能優(yōu)良的空壓機(jī)，鉆進(jìn)效率將會更高。

4 結(jié)語

通過幾個(gè)工程的實(shí)踐應(yīng)用，我們積累了一些潛孔錘的施工經(jīng)驗(yàn)，對風(fēng)動潛孔錘鉆進(jìn)有以下幾點(diǎn)認(rèn)識:1)空壓機(jī)作為潛孔錘鉆進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)選用性能優(yōu)良的螺桿式，其風(fēng)量和風(fēng)壓必須保證沖擊器性能的充分發(fā)揮和孔底巖渣的及時(shí)排出。上返風(fēng)速達(dá)到15 m/s～20 m/s，才能減少重復(fù)破碎，保持孔內(nèi)干凈，獲得較高的鉆進(jìn)效率。2)在空壓機(jī)風(fēng)量不變的情況下，可采取加大鉆桿直徑或分級成孔，以提高上返風(fēng)速和減少排渣量。鉆桿直徑以89 mm為宜。3)在裂隙發(fā)育地段，應(yīng)加大風(fēng)量，提高吹渣效果。如正常工作1臺空壓機(jī)帶2臺鉆機(jī)，這時(shí)，可以停1臺，只供1臺，效果更佳。4)在破碎巖層中鉆進(jìn)，可采取多工藝、多方法護(hù)壁，以減少事故，提高鉆進(jìn)效率。

［1］ 李國勝．巖土工程施工方法［M］．沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1990．

［2］ 殷新勝．樁基工程［M］．武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1994．

［3］ 湯 唯．巖體強(qiáng)度理論綜述［J］．山西建筑，2010，36(9):111-112．