CN116180754A - 一种大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，通过多次重复的形式，对钙质胶结砂砾石进行分批次的钻孔、灌浆，将钻孔深度范围内的缝隙填充并结合成整体，通过多次重复后，钻进至设计高程，再填装炸药进行松动爆破，然后开挖。该方法解决了钙质胶结砂砾石深基坑开挖过程中存在的开挖和凿除难度大，钻入爆破的形式存在爆破泄压的问题，提高了施工效率，节省了成本。

Description

一种大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程施工技术领域，具体的说，涉及了一种大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法。

背景技术

在水利水电工程施工中，在大坝基坑或下游护坦基坑开挖中，需要将基坑开挖到建基面设计岩石高程位置，原始河道中，长期在自然因素作用下，卵石或砾石和具有胶结作用的矿物质，如钙质、铁质、硅质等经过物理、化学变化凝结，胶结成具有一定强度的钙质胶结体。

在基坑开挖中需要将岩石层以上覆盖着厚厚的钙质胶结砂砾石层进行开挖，由于钙质胶结砂砾石之间结合紧密，用挖掘机挖不动，不能直接挖除，用液压锤开挖的话，每次只能凿除一点，相对于大方量的钙质胶结石深基坑开挖，效率低下，施工进度缓慢。

如直接用钻孔爆破的方法，由于胶结石之间有空隙，钻进一定深度，吹浮渣时，钻头位置的风会顺着胶结石的空隙处从周围泄露出来，浮渣无法沿着钻杆被吹出来；另外，胶结砂砾石中有的含有大的孤石，再加上胶结砂砾石之间的空隙，当钻进到一定的深度后，会出现反复卡钻情况，这时候钻进的效率就大大降低。即使在此时装药进行爆破，由于胶结钙质之间空隙大，起爆瞬间，一部分能量会从空隙中泄露掉，达不到聚能爆破效果。

怎样采用一种创新方法，提高钻进速度和整体爆破开挖效率，是水利水电工程技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种降低钻孔难度、提升爆破效率，尤其是解决钙质胶结砂砾石层所存在的难以直接开挖或凿除、钻孔爆破能量容易泄露问题的大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，包括以下步骤：

步骤1）准备工作，将深基坑周边的边坡开挖至原始高程位置，对深基坑的开挖表面进行平整，提供钻孔作业平台；

步骤2）测量放线，在作业平台上放线布孔，钻孔以梅花形布置并编号，标记钻进的深度数据；

步骤3）按照编号及预设的钻孔顺序，对布孔处进行一次钻孔，钻孔方向朝上游倾斜，钻进预设的第一行程或卡钻严重无法继续钻进时停止，提起钻头并插入花管，用砂浆将孔口密封；

步骤4）钻一定数量的孔后，开始通过外置设备和花管，对各个钻孔进行一次灌浆，灌浆的材料为水、水泥和砂，水泥为矿渣硅酸盐水泥，砂为细度模数小于2.2的细砂或粉砂，水泥和粉砂的比例为水泥：粉砂=1:1～1：4的重量比，拌和浆液的比例为水：干料=6：1～1：1重量比级，灌浆压力为0.3～0.5MP，在灌浆过程中, 浆液浓度由稀到浓逐级改变，根据吃浆情况和灌浆压力，实时进行比例调整；在预设压力下，灌浆孔注浆的压力逐渐升高，最后一直在高值徘徊，出浆和回浆保持平衡，且搅拌浆液的浆液罐内的浆液面不再下降，结束灌浆；

步骤5）静置设定时间后，按照编号及预设的钻孔顺序，在原标注的孔位进行二次钻孔，钻进深度超过一次钻孔的钻进深度，达到预设深度或卡钻严重无法继续钻进时停止，提起钻头并下方花管；

步骤6）对于没有达到标记钻进的最终深度数据的钻孔，按照步骤4）的方式继续灌浆；重复步骤5）和6）直到钻进深度达到最终深度数据；

步骤7）全部钻孔达到设计的最终深度数据时，装药爆破。

基上所述，步骤2）中，布孔的同排间距为2m-3m，排距为1.4m-2m。

基上所述，步骤3）中，一次钻孔时，钻孔方向向上游倾斜80°-90°，预设的第一行程为1m-1.5m，花管材质为PVC材质。

基上所述，钻孔使用的钻机为全风动潜孔钻机。

基上所述，步骤6中，重复步骤5）和步骤6）的次数为2-4次。

基上所述，步骤7）中，炸药选用乳化炸药，采用分层间隔装药，采用竹片导入，炮孔的堵塞长度应大于最小抵抗鞋；并在不小于三分之一爆孔深度的区域用细土或砂子填实，采用非电梯段起爆系统，毫秒雷暴微差起爆。

基上所述，步骤1）中，边坡开挖的同时做好防护。

基上所述，步骤4中，矿渣硅酸盐水泥的标号为PSA325。

基上所述，所述花管的直径为70cm-90cm。

基上所述，在一次钻孔过程中，填装花管的上部50cm不设置孔，50cm以下设置花管孔。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：

1. 本发明根据胶结石之间胶结紧密，但是之间又有空隙的特点，按照一定的间距先进行短进尺钻孔，然后用水、水泥和砂按照一定的比例搅拌后灌浆，填充缝隙并结合成整体，再在原灌浆孔位置打孔钻进再灌浆，反复几次，钻进到设计预留高程，再装炸药进行松动爆破，用挖掘机将开挖料装到运输车辆上，运输到指定的弃渣场堆放。由于胶结石之间胶结强度高，无法用挖掘机直接开挖，如果采用液压锤凿除，每次只能凿除一点，对于大方量钙质胶结石深基坑开挖来说，进度无法满足要求，运用该方法施工，提高施工进度的同时，也节约了成本。

2.钻孔按照倾斜的角度下钻，在进行灌浆时，浆液可以沿花管孔处依靠重力流出，将分布在花管孔附近的孔隙充分填充。

3.在钻孔后、灌浆前，用花管插入钻孔并将孔口密封，可防止钻头提起后长时间搁置导致碎渣坍塌堵死钻孔。

4.灌浆的比例按照实际情况逐级改变调节，适应现场情况，达到较好的灌浆效果。

5.灌浆的结束依赖注浆压力、平衡状态的维持和浆液高度的维持等多指标监控，能够准确的判断灌浆程度是否足够，缝隙是否都充分灌浆结束。

6.钻孔和灌浆可以交叉进行，提高效率。

7.该方法相对传统液压锤凿除开挖方法，施工效率更高，相对多台液压锤同时投入作业，成本更低。

8.由于使用钻孔加灌浆的方式作业，减少了噪声和粉尘污染，达到绿色环保施工的效果。

附图说明

图1是本发明中大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法的孔位及钻孔深度示意图。

图2是本发明的大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法中的孔位分布图。

图中，1.同排孔距L；2.花管；3.一次灌浆孔；4.二次套钻灌浆孔；5.孔位底部高程；6.三次套钻灌浆孔；7.成型炮孔；8.钻孔；9.排距W；10.上游临时围堰。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1和图2所示，一种钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，包括以下步骤：

S1、将深基坑周边的边坡开挖至基坑原始高程位置，即图示的孔位底部高程5，上游留有上游临时围堰10，在开挖过程中要一边开挖，一边防护，以防止以后基坑开挖过程中边坡落石伤及施工人员。

S2、用挖掘机将基坑开挖表面进行大致平整，并将渣子清理出作业面，为钻进打孔提供作业平台。

S3、测量放线，由测量人员按照设计要求将基坑开挖边线用红色油漆进打点标注，然后在距离开挖边线1m外的位置进行布孔，用红漆标注钻孔位置，同排孔距L1为2.4m，排距W9为1.5m，梅花形布置，并做好点位编号和需要钻进的最终深度记录，其它实施例中，孔间距为2-3m，排距为1.4-2m。

S4、用全风动YQ100潜孔钻机在孔位标识位置进行一次钻孔，一次钻孔8方向为80°向上游倾斜，图示为一次灌浆孔3，钻进一般为1m左右或更深，或者卡钻严重无法继续钻进时，提起钻头，然后用Φ75的PVC花管2插入到孔内，首次花管的上部50cm范围内不设置孔，50cm以下设置花管孔，并用砂浆将孔口PVC花管周边进行密封，插入PVC花管起到防止钻头提起来后孔内长时间的搁置，碎渣坍塌和后序灌浆的作用。

S5、移动钻机，在其它标识位置继续钻孔并插入PVC花管，然后对管口周围进行封孔。

S6、第一次打孔一定的数量后，开始用砂浆泵进行灌浆，灌浆的材料为水、水泥和砂，水泥为矿渣硅酸盐水泥，标号PSA325，砂子为细度模数为小于2．2的细沙或粉砂，水泥和粉砂的比例为水泥：粉砂=1:1～1：4的重量比级，拌和浆液的比例为水：干料=6：1～1：1重量比级，灌浆压力为0.3～0.5MP，在灌浆过程中, 浆液浓度由稀到浓逐级改变，根据吃浆情况和灌浆压力，实时进行比例调整。

S7、灌浆结束标准：在设计规定压力下，灌浆孔注浆的压力逐步升高，最后一直在高值徘徊，出浆和回浆保持平衡，并且搅拌浆液的浆液罐内浆液面不再下降，可结束灌浆作业。

S8、在该施工中，钻孔和灌浆可以交叉进行，在已灌浆的孔位过7天后，可以在原标注的孔位架设钻机，使钻机垂直，在原孔位再次钻进，钻进深度达到第一次钻进的深度后，继续钻进，达到设计深度或再次反复卡钻，无法继续钻进时，提升钻机，形成二次套钻灌浆孔4，下放PVC花管。

S9、二次套孔钻孔后，按照S6步骤，对于没有达到设计孔深的，再次进行灌浆。

S10、待灌浆达到一定的强度后，依据S9，对没有达到设计孔深要求的，再次进行套孔钻进，按照以上施工步骤，一直到设计深度为止，本实施例中，最终通过三次套孔钻孔，形成三次套钻灌浆孔6，达到设计高程。

S11、当钻孔深度达到设计的深度时，形成图示的成型炮孔7，进行装药爆破，炸药为乳化炸药，根据情况，可采用分层间隔装药，采用竹片导入，炮孔的堵塞长度应大于最小抵抗鞋，并不得小于1/3爆孔深度，用细土或砂子填实，采用非电梯段起爆系统，毫秒雷管微差起爆。

S12、在爆破阶段要做好警戒和人员防护工作。

通过上述开挖方法，可以解决钙质胶结砂砾石层基坑开挖过程中容易出现的：胶结所导致的硬度高而难以开挖或凿除，以及采用常规钻孔爆破时容易出现的间隙过多导致爆破泄压的问题，最终使工程施工难度降低，效率提高。

最后应当说明的是: 上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1）准备工作，将深基坑周边的边坡开挖至原始高程位置，对深基坑的开挖表面进行平整，提供钻孔作业平台；

步骤2）测量放线，在作业平台上放线布孔，钻孔以梅花形布置并编号，标记钻进的深度数据；

步骤3）按照编号及预设的钻孔顺序，对布孔处进行一次钻孔，钻孔方向朝上游倾斜，钻进预设的第一行程或卡钻严重无法继续钻进时停止，提起钻头并插入花管，用砂浆将孔口密封；

步骤4）钻一定数量的孔后，开始通过外置设备和花管，对各个钻孔进行一次灌浆，灌浆的材料为水、水泥和砂，水泥为矿渣硅酸盐水泥，砂为细度模数小于2.2的细砂或粉砂，水泥和粉砂的比例为水泥：粉砂=1:1～1：4的重量比，拌和浆液的比例为水：干料=6：1～1：1重量比级，灌浆压力为0.3～0.5MP，在灌浆过程中, 浆液浓度由稀到浓逐级改变，根据吃浆情况和灌浆压力，实时进行比例调整；在预设压力下，灌浆孔注浆的压力逐渐升高，最后一直在高值徘徊，出浆和回浆保持平衡，且搅拌浆液的浆液罐内的浆液面不再下降，结束灌浆；

步骤5）静置设定时间后，按照编号及预设的钻孔顺序，在原标注的孔位进行二次钻孔，钻进深度超过一次钻孔的钻进深度，达到预设深度或卡钻严重无法继续钻进时停止，提起钻头并下方花管；

步骤6）对于没有达到标记钻进的最终深度数据的钻孔，按照步骤4）的方式继续灌浆；重复步骤5）和6）直到钻进深度达到最终深度数据；

步骤7）全部钻孔达到设计的最终深度数据时，装药爆破。

2.根据权利要求1所述的大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，其特征在于：步骤2）中，布孔的同排间距为2m-3m，排距为1.4m-2m。

3.根据权利要求2所述的大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，其特征在于：步骤3）中，一次钻孔时，钻孔方向向上游倾斜80°-90°，预设的第一行程为1m-1.5m，花管材质为PVC材质。

4.根据权利要求3所述的大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，其特征在于：钻孔使用的钻机为全风动潜孔钻机。

5.根据权利要求4所述的大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，其特征在于：步骤6中，重复步骤5）和步骤6）的次数为2-4次。

6.根据权利要求5所述的大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，其特征在于：步骤7）中，炸药选用乳化炸药，采用分层间隔装药，采用竹片导入，炮孔的堵塞长度应大于最小抵抗鞋；并在不小于三分之一爆孔深度的区域用细土或砂子填实，采用非电梯段起爆系统，毫秒雷暴微差起爆。

7.根据权利要求1所述的大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，其特征在于：步骤1）中，边坡开挖的同时做好防护。

8.根据权利要求1所述的大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，其特征在于：步骤4中，矿渣硅酸盐水泥的标号为PSA325。

9.根据权利要求6所述的大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，其特征在于：所述花管的直径为70cm-90cm。

10.根据权利要求1所述的大坝钙质胶结砂砾石深基坑开挖方法，其特征在于：在一次钻孔过程中，填装花管的上部50cm不设置孔，50cm以下设置花管孔。

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