黏土在松散地层护壁堵漏的工程实践

杨 小 丽

(1.太原理工大学，山西 太原 030024;2.山西省勘察设计研究院，山西太原 030013)

在钻孔桩施工中，遇到破碎松散、坍塌漏失等较为复杂的地质情况，多采用增加孔内泥浆粘度和比重的方法进行处理，当地质条件更为复杂时，还要向孔内直接填入黏土。那么，填入的黏土性状与护臂堵漏效果之间存在什么样的因果关系。本文就此做一具体分析，希望对类似条件下的施工有所帮助。

1 不同性状黏土的护壁堵漏效果

1)泥浆。泥浆是由黏土与水混合，采用机械搅拌、泥浆泵冲搅、钻头回进或冲击等主动或被动方式使黏土充分混合分散于水中形成悬液。泥浆在回转钻机施工中使用最为广泛。对于级配良好的小颗粒松散地层，如各类砂层或砂砾卵石层中成孔，使用泥浆可以获得很好的护臂堵漏效果。当地层条件较复杂时，适当调整泥浆粘度、比重等参数，必要时添加适量的处理剂，使用效果更佳。这方面各施工单位有很多成功的经验。2)原状黏土块。钻孔漏失的应急处理时，需要将原状潮湿或干的黏土块填入问题孔段，使黏土块颗粒直接进入地层缝隙发挥护壁堵漏作用。另外，在级配良好的含有较大颗粒的松散地层，如漂卵石层一般采用冲击钻机成孔，而原状黏土块是冲击钻机施工中不可缺少的护壁材料。由于冲击方法是无循环浆液钻进，钻进生产的钻渣依靠孔底附近孔段中高粘度、大比重泥浆悬浮起来，以满足持续钻进的需要。当泥浆中钻渣含量过高时，对钻头产生很大阻力而影响钻进效率时，需要进行掏渣清孔。后继钻进仍是填入适量原状黏土块造浆、悬浮钻渣、冲击钻进、掏渣清孔。如此循环往复，直至终孔。这是冲击钻的传统成熟工艺。3)经机械揉搓加工后的团块状黏土。潮湿的且经过机械揉搓后的团块状黏土是事先将黏土用水浸透，然后使用专门的挤压设备或者挖掘机、装载机等施工机械进行碾压揉搓获得的团块状黏土，这种性状的黏土主要用于极为松散以及漏失严重的、级配较差的漂卵石地层和人工回填的块石土地层的冲击施工中。经加工后的黏土块不易分散解体，大部分能够沉落于孔底，在受到钻头的挤压刮碾后，进入岩土颗粒间的缝隙深部，起到粘结地层颗粒和封堵缝隙的作用，还可以有效防止黏土颗粒流失，减少黏土的消耗量。对该类黏土块的使用经验不多，本文结合工程实例介绍。

2 用团块状黏土堵漏的实例

2.1 工程概况

拟建古交汾河大桥6墩台5跨桥，跨距13.0 m，每墩3根钻孔灌注桩，桩间距4.0 m，桩径1.4 m，桩长约16 m，地面至桩端约20 m。施工场地处于河床内，地层结构为:地表至11 m为回填的砂砾漂卵石，大小混杂，极为均一，其中粒径小于9 cm的占85%，大于20 cm的占15%，部分漂石粒径超过50 cm，最大的超过90 cm。11 m至桩端为强风化～弱风化～微风化岩。工程使用冲击钻机成孔。经调查，该场地中的漂卵石是原附近的采矿场，将河床冲积形成的漂石和砂卵砾石挖掘出来后，筛选出所需矿石碎屑，再将筛余砂石松散堆积回填到河床内。目前河床中部分没有挖掘的位置，尚有位置不明的遗留水平巷道。在砂石无序回填堆积中，易于滚动滑落的大粒径漂卵石，在重力作用下滑落形成堆积体，钻进过程中易于坍塌，且泥浆漏失严重，影响工程质量和施工速度。

2.2 坍塌漏浆情况

正式施工之前试打试验钻孔，在孔深6 m左右已出现孔壁坍塌现象，经处理钻进继续0.5 m时，严重漏浆并造成坍孔。其中一个钻孔坍塌后，用黏土全部回填后仍然无法成孔;另一个钻至6 m时，距孔口约3 m远突然坍塌，形成了大坑，施工人员无法继续施工。

2.3 原因分析

该工程使用冲击钻机，采用黏土造浆护壁堵漏。施工时，将泥浆管放到孔底进行泥浆循环进行排渣。由于孔内泥浆粘度、比重大，含砂量高，无法使用仪器测定泥浆参数。经过分析认为施工中直接将原状干黏土块投到孔里不利于护壁。干的碎黏土在下沉过程中，部分颗粒不能沉到孔底，只能悬浮在泥浆中。当钻头工作时悬浮颗粒随着钻头转动还上下浮动，很难进入地层缝隙中发挥粘结作用，致使护壁效果不明显。

2.4 改进措施

1)对造浆和堵漏黏土进行处理。调整原状黏土含水量，破坏其结构，使其在孔内受到钻头挤压时能够进入孔壁并堵住缝隙。具体方法是:先将黏土用水浸透，然后使用施工机械对其进行碾压揉搓，使黏土成为粘结的团块状备用。处理好的黏土块含水量以用手勉强捏变形为宜，不可太软。经处理后的黏土遇水很难分散破碎，填入钻孔绝大多数都会沉到孔底，由于其含水量不高，其机械强度较泥浆失水形成的泥皮大很多，在钻头强有力的冲击和挤压作用力下，黏土进入颗粒缝隙起到有效地粘结封闭作用，从而保证了孔壁的稳定。2)小开挖预埋钢套管护壁。根据挖掘机能力，预先在孔位埋设长度3 m的钢套管。虽然套管护壁深度有限，但仍然能够起到一定作用。同时，由于是预埋钢套管解决了冲击钻开孔钻进时的不连续性和钻头失稳碰撞孔壁等不利因素，缩短了钻机成孔的辅助时间。

2.5 施工中应注意的问题

1)严禁快速下放钻头，避免钻头刮碰孔壁而导致局部坍塌。2)孔内泥浆比重保持在1.2～1.25(简易测量)，以利于悬浮钻渣、提高钻速。3)漂卵石层钻进中，完成每个回次冲渣后，填入的黏土块高度要大于回次进尺，保证黏土的连续衔接。4)及时修补磨损的钻头，保持标准的保径出刃和破岩底刃，满足正常钻进需要。5)钻进中，操作手不可离开岗位，随时观察孔内浆液面变化，若出现泥浆漏失，要及时停止钻进并做出护壁处理。同时还要仔细观察钻机周围地面情况，对地下洞穴造成的地面塌陷要有相应的应急处置措施。6)提钻速度不可太快，尤其至钢护筒底部时提钻速度要缓慢，避免碰撞护筒底口导致其变形发生卡钻。7)手动冲击钻机冲程应控制在1.5 m左右，以增加冲击频率、提高钻速。