CN115142785A - 一种粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，包括：S1、采用旋挖钻机通过预先埋设好的钢护筒向下成孔，在孔内出现漏浆时停止；S2、测量漏浆位置深度；S3、测量完成后，通过挖掘机向孔内回填预备的粘性土，回填至粘性土的顶面高于漏浆位置2m处；S4、将回填的粘性土采用旋挖钻机挤压至漏浆位置；S5、向孔内灌注预先调配好的泥浆，灌注至泥浆面低于钢护筒底端1m处，静置30分钟后，测量并计算泥浆面的下降量，判断泥浆面是否稳定；S6、在泥浆面稳定后，采用旋挖钻机继续钻进直至设计孔深。其以简便、低成本且无污染的处理操作，解决了溶洞地层的钻孔漏浆问题。
Description
技术领域
本发明涉及基坑支护施工技术领域，尤其涉及一种粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术。
背景技术
溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果，由于石灰岩层各部分含石灰质多少不同，被侵蚀的程度不同，就逐渐被溶解分割成互不相依、千姿百态、陡峭秀丽的山峰和奇异景观的溶洞。由此形成的地貌一般称为喀斯特地貌，也称为岩溶地貌。溶洞的地层从上到下依次为溶洞顶板、溶洞空腔和溶洞底板，溶洞空腔内填充状态分为全填充溶洞：洞内完全充填亚粘土、亚砂土和粘性土等，充填物呈硬塑、软塑或流塑状；半填充溶洞：洞内约一半有填充物，顶部为空腔；无填充溶洞：洞内无填充物即空洞。
目前，旋挖钻进施工工艺已在建筑基础工程的成孔作业中得到广泛应用，但在溶洞发育地区进行旋挖钻进施工时经常面临着各种突发的钻孔事故。一方面，由于该地区岩面通常较为倾斜，旋挖钻进成孔过程中常发生斜孔、卡钻和掉钻等不良现象，造成钻进成孔困难；另一方面，该地区岩层裂隙发育，溶洞内部充填物结构松散以及裂缝相互贯通，旋挖钻进时易发生泥浆渗漏和孔壁坍塌，甚至出现地面塌陷，此时需通过放慢进尺速度以及向孔内灌注混凝土等方式，保证钻孔垂直度和钻进作业平稳进行，但在灌注混凝土时，混凝土沿孔壁缝隙通道流入溶洞内部，不仅会导致混凝土灌注量较大，施工费用显著增加，还会对地下水造成污染。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，以简便、低成本且无污染的处理操作，解决了溶洞地层的钻孔漏浆问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，其特征在于，包括：
S1、在溶洞地区施工地，采用旋挖钻机通过预先埋设好的钢护筒向下成孔，在孔内出现漏浆时停止作业，将旋挖钻机的旋挖钻斗上提至孔口外部；
S2、测量漏浆位置深度；
S3、测量完成后，通过挖掘机向孔内回填预备的粘性土，回填至粘性土的顶面高于漏浆位置2m处；
S4、将回填的粘性土采用旋挖钻机挤压至漏浆位置；
S5、通过钢护筒的顶口开设的进浆口向孔内灌注预先调配好的泥浆，灌注至泥浆面低于钢护筒底端1m处，静置30分钟后，测量泥浆面的位置并计算泥浆面的下降量，判断泥浆面是否稳定；如果泥浆面的下降量在5cm以下，则泥浆面稳定；如果泥浆面的下降量大于5cm，则漏浆情况仍然存在，此时重复步骤S3-S5，直到泥浆面稳定为止；其中，预先调配好的泥浆的比重控制在1.1～1.35g/cm3、粘度控制在17～32s以及砂率控制在2％～8％；
S6、在泥浆面稳定后，采用旋挖钻机继续钻进直至设计孔深，在钻进过程中如出现漏浆情况，则重复步骤S2-S5。
可选地，步骤S4包括：
S41、将旋挖钻斗的底端对正孔位并下放至接近孔内粘性土的顶面；
S42、启动旋挖钻机反向转动，锁紧旋挖钻斗的底盖，形成挤压面，下压孔内粘性土，控制下压速度稳定进行，旋挖钻斗的底端下压至漏浆位置时，停止施压；
S43、将旋挖钻斗上提至孔口外部，完成挤压。
可选地，步骤S6包括：
S61、旋挖钻机安装小口径旋挖钻斗，在指定位置就位，调整旋挖钻机的桅杆和角度，保持小口径旋挖钻斗与钢护筒二者的中心共线，下放小口径旋挖钻斗至稳定的泥浆面；
S62、启动旋挖钻机，通过小口径旋挖钻斗钻过溶洞底板直至设计孔深，钻进过程中采用泥浆护壁；钻至设计孔深后，将小口径旋挖钻斗缓慢提升至孔口外部卸放；
S63、在卸放后的旋挖钻机安装与设计桩径相同的筒式旋挖钻斗，对小口径旋挖钻斗钻出的孔段进行扩大，达到设计孔径。
可选地，小口径旋挖钻斗以及筒式旋挖钻斗上提至孔口的过程中都要通过钢护筒顶口的进浆口及时向钻孔内回补泥浆。
可选地，步骤S62中泥浆的比重控制在1.2～1.35g/cm3、粘度控制在19～32s、砂率为4％～8％以及PH值为7～9。
可选地，小口径旋挖钻斗的直径为1m。
可选地，步骤S2中采用测绳测量漏浆位置深度，步骤S2包括：
S21、在钢护筒的顶口上可拆卸固定安装钢筋方格网；
S22、将盘卷测绳的手摇绞盘机放在钢筋方格网上，调整位置，保持测绳与孔口中心对齐；
S23、在测绳的自由端固定吊锤，将吊锤悬挂在孔内，转动手摇绞盘机下放吊锤至孔底位置，精确读取孔口处测绳刻度，即为当前漏浆位置的深度；
S24、读取刻度后，反向转动手摇绞盘机回收吊锤，移走手摇绞盘机，卸掉钢筋方格网，完成测量。
可选地，旋挖钻斗在切削溶洞顶板和/或溶洞底板的斜岩时，控制钻进速度为12～15转/min。
可选地，钢护筒长度为2～3m，钢护筒的直径大于钻孔的直径20～30cm，钢护筒顶口的标高高出施工地面20～30cm。
可选地，步骤S3中采用200型挖掘机进行回填粘性土，回填过程中，200型挖掘机与孔口保持一定的距离。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明通过粘性土相对中粗粒土能实现更好的封堵效果，且粘性土在水中处于软塑状态，具有封堵后再次旋挖钻过速度快等优点，将填充的粘性土挤压密实，对溶洞区域孔壁周围的各种缝隙进行有效封堵，进而解决钻孔漏浆的问题。采用粘性土一方面对缝隙的封堵效果更好，另一方面降低了施工成本，且不会对地下水造成污染。施工的机械化高，全程仅处理孔周土体，针对性强，工艺简便。
附图说明
图1为本发明的具体实施方式中的一种粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术的流程示意图；
图2为本发明的具体实施方式中的采用测绳测量漏浆位置深度的流程示意图；
图3为本发明的具体实施方式中的将回填的粘性土采用旋挖钻机挤压至漏浆位置深度的流程示意图；
图4为本发明的具体实施方式中的采用旋挖钻机继续钻进直至设计孔深的流程示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本发明的具体实施方式提供一种粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，其技术核心是通过在孔内填充粘性土，然后将填充的粘性土挤压密实封堵产生漏浆的缝隙和/或孔洞(即挤密堵漏)，再通过灌注泥浆判断漏浆情况。该技术具体包括以下步骤：
S1、在溶洞地区施工地，采用旋挖钻机通过预先埋设好的钢护筒向下成孔，在孔内出现漏浆时停止作业，将旋挖钻机的旋挖钻斗上提至孔口外部；
S2、采用测绳测量漏浆位置深度；
S3、测量完成后，通过挖掘机向孔内回填预备的粘性土，回填至粘性土的顶面高于漏浆位置2m处，停止回填作业；
S4、将回填的粘性土采用旋挖钻机挤压至漏浆位置深度；
S5、通过钢护筒的顶口开设的进浆口向孔内灌注预先调配好的泥浆，不断测量确认孔内泥浆面高度，在泥浆面低于护筒底端1m处时，停止灌浆作业，及时做好孔口的保护工作，避免孔口土渣掉落孔内；静置30分钟后，测量泥浆面的位置并计算泥浆面的下降量，判断泥浆面是否稳定，进而判断漏浆情况是否存在；如果泥浆面的下降量在5cm以下，则泥浆面稳定，已经达到封堵裂隙的目的；如果泥浆面的下降量大于5cm，则漏浆情况仍然存在，此时重复步骤S3-S5，直到泥浆面稳定为止；根据施工地的岩层情况，调配泥浆时将泥浆的比重控制在1.1～1.35g/cm3、粘度控制在17～32s以及砂率控制在2％
S6、在泥浆面稳定后，采用旋挖钻机继续钻进直至设计孔深，在钻进过程中如出现漏浆情况，则重复步骤S2-S5。
粘性土相对中粗粒土能实现更好的封堵效果，且粘性土在水中处于软塑状态，具有封堵后再次旋挖钻过速度快等优点，利用粘性土这些特性，将填充的粘性土挤压密实，对溶洞区域钻孔周围的各种缝隙进行有效封堵，进而解决钻孔漏浆的问题。采用粘性土一方面对缝隙的封堵效果更好，另一方面降低了施工成本，且不会对地下水造成污染。
具体地，如图2所示，步骤S2包括：
S21、在钢护筒的顶口上可拆卸固定安装钢筋方格网；
S22、将盘卷测绳的手摇绞盘机放在钢筋方格网上，调整位置，保持测绳与孔口中心对齐；
S23、在测绳的自由端固定吊锤，将吊锤悬挂在孔内，转动手摇绞盘机下放吊锤至孔底位置，精确读取孔口处测绳刻度，即为当前漏浆位置的深度；
S24、读取刻度后，反向转动手摇绞盘机回收吊锤，移走手摇绞盘机，卸掉钢筋方格网，完成测量。
通过手摇绞盘机、测绳和吊锤配合完成测量，一方面测量方法简单方便，易上手，另一方面测量出的数值精确。
进一步地，步骤S3中回填的粘性土来源可以根据施工地土质决定，若施工地有大量粘性土，可以采用挖掘机现场挖掘，挖掘出的块状和/或板状的粘性土需要进行翻铲使土体松散，以保证土体能够均匀散落在孔内。若施工地没有粘性土或者粘性土的土方量不够，就需要从别处预备粘性土，堆放在孔口附近。采用200型挖掘机进行回填粘性土，在回填过程中，挖掘机与孔口保持一定的安全距离，避免扰动孔周土体，对孔口造成破坏。挖掘机应缓慢平稳向钻孔中央倾倒填土，防止较大土块下落过程中碰撞摩擦钻孔壁。通过测绳准确测量回填高度，回填粘性土至高于漏浆位置2m处，停止回填作业。回填过程由专人指挥，保证挖掘机平稳起落。
进一步地，如图3所示，步骤S4包括：
S41、将旋挖钻斗的底端对正孔位并开始下放，必要时接长钻杆继续向孔内下放，及时准确测量旋挖钻斗底端下放深度，直至旋挖钻斗的底端接近填土顶面时停止下放；
S42、启动旋挖钻机反向转动，锁紧旋挖钻斗的底盖，形成挤压面，并施加适当钻压，确保压力与钻孔的横截面垂直，下压孔内粘性土时，严格控制下压速度稳定进行，减少钻头对孔周土体的扰动，并保证粘性土对缝隙的填充质量；及时准确测量旋挖钻斗底端位置，必要时接长钻杆，旋挖钻斗的底端下压至漏浆位置时，停止施压；
S43、将旋挖钻斗上提至孔口外部，完成挤压，上提过程不能过快，且不能偏斜，防止产生过大抽吸压力，造成旋挖钻斗较为强烈的撞击孔壁，影响孔壁稳定性，以致于发生塌孔、埋钻和掉钻等不良后果。
进一步地，如图4所示，步骤S6包括：
S61、旋挖钻机安装直径为1m的小口径旋挖钻斗，在指定位置就位，调整旋挖钻机的桅杆和角度，保持小口径旋挖钻斗与钢护筒二者的中心共线，下放小口径旋挖钻斗至稳定的泥浆面；
S62、启动旋挖钻机，通过小口径旋挖钻斗钻过溶洞底板直至设计孔深，钻进过程中采用泥浆护壁，通过泥浆对孔壁产生的的静压力而在孔壁上形成的泥皮，可以有效地防止孔壁坍塌；钻至孔深后，将小口径旋挖钻斗缓慢提升至孔口外部卸放；
S63、在卸放后的旋挖钻机安装与设计桩径相同的筒式旋挖钻斗，对小口径旋挖钻斗钻出的孔段进行扩大，达到设计孔径。
溶洞形状通常不规则，溶洞的顶板与底板岩层裂隙发育，节理倾斜且角度较大，采用小口径旋挖钻斗引孔，再使用筒式旋挖钻斗扩孔，可减少筒式旋挖钻斗与倾斜层理的接触面积，减少筒式旋挖钻斗的损伤。
进一步地，在小口径旋挖钻斗钻进过程中或者筒式旋挖钻斗扩孔过程中，如果出现漏浆情况，则停止作业，上提旋挖钻斗至孔口外部，重复步骤S2-S5。
进一步地，旋挖钻机成孔是通过旋挖钻斗底端的切削刃切削破碎岩土，并将切削的岩土装入旋挖钻斗内部的空腔，然后旋挖钻机反转锁紧旋挖钻斗的底盖，再通过旋挖钻机的提升装置将旋挖钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地切削装土、上提和卸土，直至钻至设计深度。在S62以及S63中，小口径旋挖钻斗和筒式旋挖钻斗在钻进单个回次完毕后，缓慢上提至孔口的过程中均要通过钢护筒顶口的进浆口及时向钻孔内回补泥浆，保护孔壁稳定。
优选地，在旋挖钻机的旋挖钻斗切削溶洞顶板和/或溶洞底板的斜岩时，严格控制钻进速度在12～15转/min，通过旋挖钻机操控室的垂直度控制仪表实时监控旋挖钻斗的垂直度，随时调整旋挖钻斗的垂直度，并实时监控成孔垂直度，防止出现偏孔。
优选地，S62以及S63中所用泥浆的成分包括水、膨润土和羧甲基纤维素钠，泥浆的比重控制在1.2～1.35g/cm3、粘度控制在19～32s、砂率控制在4％～8％、pH值控制在7～9。
优选地，预埋的钢护筒长度为2～3m，钢护筒的直径大于桩孔的直径20～30cm，钢护筒的顶口标高高出施工地面20～30cm。钢护筒用于定位桩位点，隔离地面水，稳定孔口土壤和保护孔壁不塌，保证成孔的垂直度并防止泥浆流失，便于钻孔工作进行，还是桩顶标高的控制依据之一。
具体地，首先依据设计图纸中的桩位进行测量放线，使用全站仪分别测定多个桩位，在每个桩位点打入一根30～40cm长的钢筋短桩，用于定位桩位点；然后在一个桩位点采用挖掘机根据钢护筒长度和直径开挖出钢护筒埋设坑，采用吊机吊起一节钢护筒放置在钢护筒埋设坑内；在钢护筒就位时用十字线校正钢护筒中心及桩位中心，保证护筒中心位置与桩中心偏差小于20mm，在钢护筒周围用粘土分层夯实，埋设中确保护筒壁与水平面垂直。钻孔前须再次测定桩位，并确保钢护筒的底端定位在原状土层上。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，其特征在于，包括：
S1、在溶洞地区施工地，采用旋挖钻机通过预先埋设好的钢护筒向下成孔，在孔内出现漏浆时停止作业，将旋挖钻机的旋挖钻斗上提至孔口外部；
S2、测量漏浆位置深度；
S3、测量完成后，通过挖掘机向孔内回填预备的粘性土，回填至粘性土的顶面高于漏浆位置2m处；
S4、将回填的粘性土采用旋挖钻机挤压至漏浆位置；
S5、通过钢护筒的顶口开设的进浆口向孔内灌注预先调配好的泥浆，灌注至泥浆面低于钢护筒底端1m处，静置30分钟后，测量泥浆面的位置并计算泥浆面的下降量，判断泥浆面是否稳定；如果泥浆面的下降量在5cm以下，则泥浆面稳定；如果泥浆面的下降量大于5cm，则漏浆情况仍然存在，此时重复步骤S3-S5，直到泥浆面稳定为止；其中，预先调配好的泥浆的比重控制在1.1～1.35g/cm3、粘度控制在17～32s以及砂率控制在2％～8％；
S6、在泥浆面稳定后，采用旋挖钻机继续钻进直至设计孔深，在钻进过程中如出现漏浆情况，则重复步骤S2-S5。
2.如权利要求1所述的粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，其特征在于，步骤S4包括：
S41、将旋挖钻斗的底端对正孔位并下放至接近孔内粘性土的顶面；
S42、启动旋挖钻机反向转动，锁紧旋挖钻斗的底盖，形成挤压面，下压孔内粘性土，控制下压速度稳定进行，在旋挖钻斗的底端下压至漏浆位置时，停止施压；
S43、将旋挖钻斗上提至孔口外部，完成挤压。
3.如权利要求1所述的粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，其特征在于，步骤S6包括：
S61、旋挖钻机安装小口径旋挖钻斗，在指定位置就位，调整旋挖钻机的桅杆和角度，保持小口径旋挖钻斗与钢护筒二者的中心共线，下放小口径旋挖钻斗至稳定的泥浆面；
S62、启动旋挖钻机，通过小口径旋挖钻斗钻过溶洞底板直至设计孔深，钻进过程中采用泥浆护壁；钻至设计孔深后，将小口径旋挖钻斗缓慢提升至孔口外部卸放；
S63、在卸放后的旋挖钻机安装与设计桩径相同的筒式旋挖钻斗，对小口径旋挖钻斗钻出的孔段进行扩大，达到设计孔径。
4.如权利要求3所述的粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，其特征在于，
小口径旋挖钻斗以及筒式旋挖钻斗上提至孔口的过程中均要通过钢护筒顶口的进浆口及时向钻孔内回补泥浆。
5.如权利要求3所述的粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，其特征在于，
步骤S62中泥浆的比重控制在1.2～1.35g/cm3、粘度控制在19～32s、砂率为4％～8％以及PH值为7～9。
6.如权利要求3所述的粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，其特征在于，
小口径旋挖钻斗的直径为1m。
7.如权利要求1所述的粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，其特征在于，步骤S2中采用测绳测量漏浆位置深度，步骤S2包括：
S21、在钢护筒的顶口上可拆卸固定安装钢筋方格网；
S22、将盘卷测绳的手摇绞盘机放在钢筋方格网上，调整位置，保持测绳与孔口中心对齐；
S23、在测绳的自由端固定吊锤，将吊锤悬挂在孔内，转动手摇绞盘机下放吊锤至孔底位置，精确读取孔口处测绳刻度，即为当前漏浆位置的深度；
S24、读取刻度后，反向转动手摇绞盘机回收吊锤，移走手摇绞盘机，卸掉钢筋方格网，完成测量。
8.如权利要求1所述的粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，其特征在于，
旋挖钻斗在切削溶洞顶板和/或溶洞底板的斜岩时，控制钻进速度为12～15转/min。
9.如权利要求1所述的粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，其特征在于，
钢护筒长度为2～3m，钢护筒的直径大于钻孔的直径20～30cm，钢护筒顶口的标高高出施工地面20～30cm。
10.如权利要求1所述的粘性土挤密堵漏溶洞地层的旋挖钻进技术，其特征在于，
步骤S3中采用200型挖掘机进行回填粘性土，回填过程中，200型挖掘机与孔口保持一定的距离。
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