洛阳铲、冲击钻机及旋挖钻机在复杂地层中的综合应用

刘合勇

（河南省地矿局第五地质勘查院，河南郑州450001）

洛阳铲、冲击钻机及旋挖钻机在复杂地层中的综合应用

刘合勇*

（河南省地矿局第五地质勘查院，河南郑州450001）

在复杂地层下，简单的施工工艺已经不能满足施工要求了。现以某电厂桩基工程为例，论述一下洛阳铲、冲击钻机及旋挖钻机在复杂地层中的综合使用。此桩基工程是某电厂在原场地拆除旧机组建新机组，桩基顶部埋深-4.5m，桩长26m，桩径700mm。

洛阳铲；冲击钻机；旋挖钻机

1　岩土地层构成及特征

拟建场地为原有机组场地，地形北高南低，场地平整、开阔。本工程为在原地拆旧机组，场地工程地质资料表明：岩石地层主要由填土和第四系冲积成因的黄土状土及冲洪积成因的粉质粘土、卵石和砂岩组成。

地层自上而下依据岩土物理性质及工程特性的差别可分为8层：

层①杂填土：以建筑垃圾为主，粒径大小不一，混有粘性土，为前期建筑物未完全清理所致，分布无规律，层厚1.00～3.50m。

层①素填土：成分以粉土和粉质粘土为主，部分地段，不同深度分布有杂填土（层①1杂填土）。层厚0.90～5.30m，该层为场地平整时经简单碾压而成，局部为直接堆填，湿，密实度差别很大。

层②黄土状粉质粘土：孔隙发育，混有碎石，局部存在旧机组钢筋混凝土梁。以可塑为主，具有压缩性，具湿陷性。分布有软弱层透镜体和黄土状粉土夹层，层厚5.70～15.30m。

层③黄土状粉质粘土：褐黄色，见成孔、钙质网纹和铁锰质斑点，孔隙较发育，混有姜石。可塑状态，具有中压缩性。层厚1.20～5.50m。层底埋深18.00～26.30m，层底高程283.56～290.09m。

层④卵石：以红褐色砂岩及灰褐色灰岩为主，一般粒径40～70mm，局部有粒径较大的红色砂岩块。浑圆状，充填物由中砂和砾石组成。厚度为1.30～12.50m。

层⑤粉质粘土：含铁锰质结核和少量姜石，土质较均匀，硬塑，具有中压缩性。地层连续稳定。层厚9.60～22.20m。

层⑥卵石：成分以石英砂岩为主，一般直径40～80mm，局部有较大的红色砂岩块。充填物为中砂和圆砾。密实，低压缩性。层厚13.5～14.5m。

层⑦粉质粘土：粒径10～20mm，土质较均匀，局部混有少量卵石，具有低压缩性。层厚6.4～7.5m。

层⑧长石石英砂岩：以石英，正长石为主，岩石完整，中等风化。

2　地下水条件

场地内地下水为潜水，卵石层为其主要的含水层。区内地下水主要来源于大气降水，地下水由北向南方向径流，水力坡度平缓，径流缓慢。地下水的排泄方式主要为垂直向上的人工开采及侧向径出。地下水埋深在21.40～26.20m左右，水位动态变化主要受大气降水渗入影响。

3　地下水的腐蚀性评价

按《岩土工程勘察规范》（GB50021）的标准进行判别：按Ⅱ类环境类型评价，地下水对混凝土结构具微腐蚀性。在长期浸水和干湿交替环境下，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。按地下水渗透性对混凝土结构的腐蚀性评价，地下水对混凝土具有微腐蚀性。

4　地基土的腐蚀性评价

按《岩土工程勘察规范》（GB50021）的标准进行判别：按Ⅱ类环境类型评价，土对混凝土结构具弱腐蚀性。对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。按地下水渗透性对混凝土结构的腐蚀性评价，土对混凝土具有微腐蚀性。

5　不良地质作用

拟建场地与周围附近未发生不良地质作用。

6　地基土工程特性

6.1地基土分布规律

根据野外勘探所见，结合室内土工试验和现场原位测试成果可以看出：场地岩石地层层序是其沉积环境的反映，符合冲洪积地层的一般规律，各主层连续性较好，上部地层（层④以上）工程特性较差，具有湿陷性，且分布有工程特性差的透镜体，下部地层工程特性好。

6.2地基土承载力

根据室内土工试验、野外原位测试统计成果，结合现场勘探的实际情况，通过采用经验公式计算和工程经验，综合出各岩土地层的承载力特征值，如表1所示。

表1　地基土承载力特征值综合表

6.3主要物理性质指标与工程特性指标建议

根据室内土工试验成果，结合原位测试成果、现场勘探的实际情况和工程经验，各方案岩土地层的主要物理性能与工程特性指标汇总如表2所示。

表2　主要物理性能与工程特性指标

7　饱和粉土液化性评价

场地地基土中分布有粉土、砂土，根据地下水埋深综合判定，为非液化场地，可不考虑饱和粉土地震液化的影响。

8　地基土冻藏性评价

根据《建筑地基基础设计规范》附录F（中国季节性冻土标准冻深线图）：拟建建筑物场地属于季节性冻土，位于60cm冻深线以南，标准冻结深度小于60cm，依据收集的资料，最大冻结深度为18cm。

9　黄土湿陷性评价

场地分布有湿陷性黄土状土，自重湿陷系数数值大于0.015呈零星分布，经计算，自重湿陷量小于70mm，为非自重湿陷性场地。湿陷起始压力最小值100kPa，地层埋深为9m，相应高程为305.61m。湿陷程度以轻微为主，湿陷性呈不连续分布，湿陷等级轻微（Ⅰ级），湿陷层底埋深为15m，相应高程为292.89～295.79m。随着压力的增大，湿陷程度为轻微—中等，湿陷性连续增强，深度增大，层底埋深为22.60m。

10　地质灾害风险分析

扩建场地属于原地拆旧建新，场地平坦，位于涧河河谷平原，地形变化较小，冲沟不发育。地质构造不发育，没有开采地下水，也没有开采价值的矿藏，不存在地下采空区。在现条件下，场地内未发现崩塌、滑坡、泥石流、场面塌陷及地裂缝等地质灾害，地质灾害不发育，地质灾害危险性小。

11　施工工艺

由于场地土层较为复杂，打桩需要比较复杂的工艺。

（1）需要先用挖掘机挖除表层建筑垃圾，并回填素土，对场地进行整平，重新测量定位桩基位置。

（2）对于碾压过的素填土，使用洛阳铲。洛阳铲的成孔原理，主要是利用其铲刀头部下降时产生的动能，使铲刀切入土体中，利用土质自身所具有的粘性，把土体提出地面，机械松开铲刀，带出的土在自重作用下，落在铲刀下的推车内运走，不断循环作业，完成桩孔内土方开挖。其主要施工工艺流程为：测量定点—人工挖孔坑—设备安装、就位、调整位置并试运行—上端桩孔土方开挖、检查直径、垂直度并调整设备—中、底段桩孔土方开挖。该工艺主要适用于无地下水的粘性土、黄土、粉土及无砾石的人工回填地基。使用于干法成孔灌注桩，对土质的要求必须为具有粘性，土质应由一定的含水率，其开挖的桩孔直径，适用于1m范围内的孔径，铲刀上部的钢管周围平均分布有刮刀，利用其铲刀下落时重力刮落孔边上的土，从而形成1m直径的桩孔。对于1m以内的孔桩，根据需要，通过调整刮刀距离即可实现。不适用与大直径的孔桩。由于实际地质情况中均含有一定的非粘性土层，如卵石层、砂层、积水层等，另外在对孔底清理时，需配合人工开挖方式，但是，这并不影响此工艺在干法成孔灌注桩实际施工中的广泛应用。

优点：机械洛阳铲干法成孔工艺设备简单、成孔速度快、施工成本低、对现场条件要求低等特点，特别适用于无地下水粘性土、黄土、粉土及无砾石的人工回填地基。施工时采用此成孔工艺，能大大加强施工进度。

（3）由于原机组修建时对素填土地面做了碾压处理，素填土下方是原机组基础，有大量钢筋混凝土梁。

（4）就地拼装钻机架。十字型钻头，适当配重。遇到钢筋混凝土梁时，应低锤冲击或间断冲击，如发生偏孔应回填片石至偏孔上方300～500mm处，然后重新冲孔，遇到孤石时，可预爆或用高低冲程交替冲击，将大孤石击碎或挤入孔壁。冲孔中遇到斜孔、弯孔、塌孔时，应停止施工，采取措施孔壁垂直后再进行施工。每钻过钢筋混凝土梁，需要验一次孔。

冲击钻机施工优点：用冲击方法破碎钢筋混凝土，所消耗的功率小，破碎效果好；同时，冲击土层时的冲挤作用形成的孔壁较为坚固；设备简单、操作方便，钻进参数容易掌握，设备移动方便，机械故障小；钻进时孔内泥浆循环的作用，使得悬浮钻渣循环至地面排除，并保持了孔壁稳定，泥浆用量小；冲进过程中，只有提升钻具时才需要动力，钻具自由下落时不消耗动力的，能耗小。和回转钻相比，当设备功率相同时，冲击钻能施工较大直径的桩孔。

（5）以下地层均采用旋挖钻机施工。旋挖钻机具有噪音小、污染少、钻孔速度快的特点，最大钻孔直径为1.8m，最大钻深62m。自带履带行走方便，操作采用微电脑系统控制，精度高，速度快，能自动调整桩身的垂直度和倾斜度，并能准确地控制钻孔深度，旋挖钻机最大优点是不需要外加泥浆护壁，减少环境污染，同时成孔速度快，功效是一般GPS-15钻机的10倍。钢筋混凝土梁以下的地层采用旋挖钻机，能增加钻孔效率，缩短工期。

12　结语

利用洛阳铲在浅层土层投入小、回报大、效率高、体积小、操作方便、施工方便的特点，冲击钻机在坚硬岩层及钢筋混凝土层的成孔优势及旋挖钻机在土层及强风化地层中高效率成孔的特点，解决了复杂地层下钻孔灌注桩成孔难题，缩短了施工工期，并且使用干孔成桩，孔壁摩阻增大，孔底无沉渣，桩端承载力增大，取得了显著地经济和社会效益。

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1004-5716（2016）05-0020-03

2016-01-13

2016-01-14

刘合勇（1979-），男（汉族），河南郑州人，工程师，现从事地质工程施工技术工作。