CN101906787A - 含砂礓石地层中大深度竖向测斜管施工置备的方法 - Google Patents

Abstract

一种岩土施工工程技术领域的含砂礓石地层中大深度竖向测斜管施工置备的方法。包括以下步骤：对现有钻头改进；整平孔点地表周围场地，进行钻机和钻杆定位，在钻杆的两个侧面设置垂直度仪；通过调整钻机的水平和钻杆的垂直度两个方面来保证成孔的垂直度，根据垂直度控制在小于等于1％实施钻孔；置备埋设测斜管时通过对测斜管预处理、向测斜管内充水拼装若干节下沉、回填、冲管，最后管口加盖固定。本发明不需中途更换钻头，保证了一次成孔的质量，有效解决了复杂地层中竖向测斜管的安装问题，弥补了已有工艺的不足和缺陷。

Description

含砂礓石地层中大深度竖向测斜管施工置备的方法

技术领域

本发明涉及一种岩土施工工程技术领域的方法，具体是一种含砂礓石地层中大深度竖向测斜管施工置备的方法。

背景技术

由于地质条件的复杂性以及已有理论的局限性，现场监控与测试是岩土工程的一个重要环节，它与勘查、设计、施工一起构成岩土工程不可分割的完整系统。现场监测是施工效果的直接反应，是施工中对构筑物进行保护的重要手段。它的意义首先在于保证工程的施工质量和安全，提高工程效益，优化设计。另外，对一个工程来说，加入现场监控及测试手段，可以有效预警周边岩土结构的内部性能变化，有利于设计人员对选择的岩土及施工参数确认或更正，并及时分析，上报相关部门，以确定施工的下一步进程。而测斜是信息化施工中重要的监测项目，广泛应用于土石坝、堤防、铁路公路边坡、岩土边坡、建筑物地基、矿井、基坑开挖以及地下结构工程内部水平位移观测。通过钻孔方式，将测量槽管埋入地下，当基坑、边坑、地基产生形变时，测斜槽管随之变形，测斜探头上滑轮顺槽而下逐点测试，从而可精确测出水平位移量。测斜可反映岩土工程施工引起的土体或构筑物的位移响应，有助于摸清施工对周围环境的影响范围及扰动规律。而测斜管安装的成功率以及准确性将直接影响后续的测量结果，对能否发挥现场监控在信息化施工中的作用就显得尤为重要，尤其在复杂的地层环境中。

经对现有的技术文献检索发现，发明人为葛以衡、陈立生、赵国强等，申请号为200910052303.7，专利申请的名称为“测斜管埋置施工方法”，该技术提供了一种测斜管埋置施工方法，根据测斜管的埋置轨迹，将测斜管设置在套管内。通过对内部含有测斜管的套管的牵拉，将套管和测斜管一起拉出孔道，然后在套管与测斜管之间间隙内灌满泥浆，并使套管剥离使得测斜管就位。该技术侧重于描述在曲线轨迹中横向埋置测斜管的方法，未考虑在深层复杂地层环境中安装测斜管的应对措施，同时竖向测斜管的安装方法也与横向测斜管的安装方法有较大区别。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种含砂礓石地层中大深度竖向测斜管施工置备的方法。本发明对适用于含砂礓石地层中大深度钻孔的钻头进行了改造，并创造出在含有砂礓石的地层中施工置备大深度测斜管的工艺方法，解决了复杂地层环境中测斜管的安装就位问题，为施工现场顺利实施提供了有力保障。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括以下步骤：

(1)对普通规格的钻头进行改造，以适应含砂礓石地层环境的特殊性。在钻头靠近前端和后端部位，采用围焊焊接两道环向锲形硬质合金钢，每道4个，共计8个。改造后的钻头有效成孔直径为D+40mm，其中D为测斜管的外直径。

(2)整平孔点地表周围场地，进行钻机和钻杆定位。在钻杆的两个侧面设置垂直度仪。

(3)通过调整钻机的水平和钻杆的垂直度两个方面来保证成孔的垂直度，根据垂直度控制在小于等于1％实施钻孔。

钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度，在软地层时，适当加快钻进速度。当钻进到砂礓石地层时采取的措施：

①降低钻杆进尺速度

②每钻进0.5m，往复下、上提钻杆，增加扫孔次数

③增加护壁泥浆比重和粘度

重复以上过程，直至钻进到设计标高+1m深度，终孔前，放缓钻进速度，缓下缓提。

(4)终孔后，为防止坍塌，快速拔出钻杆，置备埋设测斜管时通过对测斜管预处理、向测斜管内充水拼装若干节下沉、回填、冲管，最后管口加盖固定。

所述的对测斜管预处理，是指：埋设时先将最底部一根测斜管配好管座后用尼龙绳系紧放入孔内，当管顶高于孔口约50mm时，用管钳将测斜管固定于孔口，用连接管连接下一节测斜管，连接时候预留一定的沉降段并用自攻螺丝固定。如此逐段接长，直至到达预定深度，管与管接口处用防水胶带包裹严实。

所述的向测斜管内充水拼装下沉，是指：在测斜管安装若干节后，为减少其浮力，用一根PVC软管从管口向管内充清水，一边下管子，一边充清水，直至能顺利地放到位。管子下到预定位置后，把清水充满，减少泥浆进入管内形成沉淀；测斜管沉到设计深度后，旋转测斜管使管内的一对导槽方向满足要求，测斜管口露出地面20cm左右。

所述的回填是测斜管到达预定深度后，管子与孔壁之间的间隙由下而上逐段用细砂填实，以固定测斜管。由于钻孔较深以及地下水位较高，回填过程中，砂的沉降比较缓慢，采取了两种措施保证回填的密实性。一是边回填，边不停地晃测斜管，加速砂的下沉；二是间隔一定时间后不断补充回填，直到塞满不再出现空隙，测斜管完全固定住。

所述的冲管是完成回填三天左右后，用无收缩水文测绳、标准测锤测量管内沉淤值控制在≤15cm。若达不到要求，取PVC导管伸至管底，保持一定水压值用清水进行冲管，直到管口不再冒出泥浆水为止。冲管完成后，管口加装保护盖，自攻螺丝固定，至此整个测斜管安装过程结束。

本发明根据地层的特点，采用改造后的特殊钻头，不需中途更换钻头，保证了一次成孔的质量。同时在测斜管入孔前后采取了一些预防和保护技术措施，有效解决了复杂地层中竖向测斜管的安装问题，弥补了已有工艺的不足和缺陷。本发明方法简单、经济、实用，在类似施工领域具有相当的借鉴价值，为工程中现场监测作用的发挥供了一项重要的技术保证。经工程实践验证，取得了显著的效果。

附图说明

图1为本发明的实施现场平面图

图2为钻头改造图

图3为测斜管入孔示意图

图4测斜管安装完成后的三次初始测量值结果

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：

图1为江苏省某顶管工程施工现场，经地质勘探，发现距地表以下15m处和20m处分别有1.5m和2m左右厚度的砂礓石层。砂礓石是一种土壤中的石灰质结核体，主要由碳酸钙和土粒结合而成，不透水，强度高，大的呈块状，小的颗粒状，直径0.5～3.0cm。在这种地层中钻孔极易发生难钻进和塌孔的现象。有4根顶管相继从沉井开始顶进，为了弄清周围地层对顶管顶进的响应机理以及两相邻顶管之间的影响规律，拟在1#和2#顶管之间安装一根埋深为30m、直径为70mm的测斜管。

具体实施步骤如下：

(1)对图2中成孔直径为70mm的普通合金钢钻头1进行改造，在钻头靠近前端和靠近钻杆接口3部位，采用围焊焊接两道环向锲形硬质合金钢2，每道4个，共计8个。改造后的钻头可增加摩擦，增强穿透性，成孔有效成孔直径为110mm。

(2)由于地表土质较软，整平后在孔点周围垫上了枕木加固以稳定钻机位置。利用钻机的动力将钻杆移动大致定位，再用千斤顶将机架顶起，准确定位，使起重滑轮、钻头和固定钻杆的卡孔在同一垂线上。通过垂直度仪的测量，钻机位置的偏差不小于1％。对准孔位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。

(3)钻进过程中，护壁泥浆材料及配比为：水∶膨润土∶碳酸纳＝1∶0.04∶0.006。软土地层中泥浆的比重为1.15，粘度为18秒，含砂率小于4％；遇砂礓石地层，泥浆的比重为1.4，粘度为24秒，含砂率小于4％。软土地层中钻机钻速和钻杆进尺加快；钻到砂礓石层时钻速和进尺均减小，上下往复扫孔，直至钻杆不发生颤动。钻进深度超过30m后，钻杆缓下缓提，钻到31m深度结束钻孔。

(4)钻结束孔后，钻机反钻，快速拔出钻杆。将图3中最底部一根测斜管4配好管座5后用尼龙绳6系紧放入孔内，然后借助于管钳7及连接管8逐段接长，中间根据浮力大小，用PVC软管9不停灌入清水，直至到达预定深度。管口露出地而20cm，测斜管一对导槽垂直于顶管顶进方向，一对导槽平行于顶管顶进方向。

(5)回填

测斜管到达预定深度后，管子与孔壁之间的间隙由下而上逐段用细砂填实。边回填，边不停地晃测斜管，加速砂的下沉。当天回填满后，会出现砂继续下沉，第二天测斜管与土体间再次出现空隙。继续回填直到塞满空隙，如此总共连续进行了三次的补充回填，砂子不再继续下沉，测斜管完全固定住，保证了测斜管与周围土体同步变形。

(6)冲管

三天后，由于钻孔过程中泥浆的渗入，用无收缩水文测绳、标准测锤测得管内沉淤值约为50cm，另外中间段也有部分泥浆堵塞。因此用PVC导管伸至管底，由管底往上边提升边进行冲洗，直至导管提至管口时，无泥水冒出，安装过程全部结束。

本实施例待测斜管与土体固结5～7天后，进行初始值观测。将测头插入测斜管，从管口滑至管底畅通无阻，能顺利到达设计深度。测头正反两次插入同一对导槽，两次测量的各测点应在同一位置上，各测点的两次读数数值接近(绝对值不超过20)、符号相反。重复上述过程连续3次，读数稳定，图4给出了三次初始值结果。由图测斜管最大偏移不超过20mm，三次测量值非常接近，充分表明了前述测斜管安装方法的准确性和可靠性。

Claims (7)

1.一种含砂礓石地层中大深度竖向测斜管施工置备的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对现有钻头改进：在钻头靠近前端和后端部位，采用围焊焊接两道环向锲形硬质合金钢，每道4个，共计8个；

(2)整平孔点地表周围场地，进行钻机和钻杆定位，在钻杆的两个侧面设置垂直度仪；

(3)通过调整钻机的水平和钻杆的垂直度两个方面来保证成孔的垂直度，根据垂直度控制在小于等于1％实施钻孔；

(4)终孔后，为防止坍塌，快速拔出钻杆，置备埋设测斜管时通过对测斜管预处理、向测斜管内充水拼装若干节下沉、回填、冲管，最后管口加盖固定。

2.根据权利要求1所述的含砂礓石地层中大深度竖向测斜管施工置备的方法，其特征是，步骤(1)中改进后的钻头有效成孔直径为D+40mm，其中D为测斜管的外直径。

3.根据权利要求1所述的含砂礓石地层中大深度竖向测斜管施工置备的方法，其特征是，步骤(3)当钻孔钻进到砂礓石地层时，采取如下措施：

①降低钻杆进尺速度；

②每钻进0.5m，往复下、上提钻杆，增加扫孔次数；

③增加护壁泥浆比重和粘度；

重复以上过程，直至钻进到设计标高+1m深度，终孔前，放缓钻进速度，缓下缓提。

4.根据权利要求1所述的含砂礓石地层中大深度竖向测斜管施工置备的方法，其特征是，步骤(4)中所述的对测斜管预处理，是指：埋设时先将最底部一根测斜管配好管座后用尼龙绳系紧放入孔内，当管顶高于孔口约50mm时，用管钳将测斜管固定于孔口，用连接管连接下一节测斜管，连接时候预留一沉降段并用自攻螺丝固定；如此逐段接长，直至到达预定深度，管与管接口处用防水胶带包裹严实。

5.根据权利要求1所述的含砂礓石地层中大深度竖向测斜管施工置备的方法，其特征是，步骤(4)中所述的向测斜管内充水拼装下沉，是指：在测斜管安装若干节后，为减少其浮力，用一根PVC软管从管口向管内充水，一边下管子，一边充水，直至能顺利地放到位；管子下到预定位置后，把水充满，测斜管沉到设计深度后，测斜管口露出地面20cm左右。

6.根据权利要求1所述的含砂礓石地层中大深度竖向测斜管施工置备的方法，其特征是，步骤(4)中所述的回填是测斜管到达预定深度后，管子与孔壁之间的间隙由下而上逐段用细砂填实，以固定测斜管；采取了两种措施保证回填的密实性：一是边回填，边不停地晃测斜管，加速砂的下沉；二是补充回填，直到塞满，测斜管固定。

7.根据权利要求1所述的含砂礓石地层中大深度竖向测斜管施工置备的方法，其特征是，步骤(4)中所述的冲管是完成回填三天左右后，用无收缩水文测绳、标准测锤测量管内沉淤值控制在≤15cm：若达不到要求，取PVC导管伸至管底，用水进行冲管，冲管完成后，管口加装保护盖，自攻螺丝固定。

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