趙善國，李景山，鄭　佳

推廣應用

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

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基于在砂卵礫石地層中跟管造孔工法的應用

趙善國，李景山，鄭佳

推廣應用

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

摘要：在地質造孔施工中，對于穿透卵石層進行巖體灌漿施工的常規(guī)方法是采用跟管鉆機造孔下設預埋鋼管，再進行巖體鉆灌施工。文章講述穿透近30m深度卵石層的跟管造孔工法的成功應用，既解決了砂卵礫石層采用常規(guī)工法不成孔的難題，又縮短了工期，節(jié)省了投資，為今后解決類似地質情況的施工提供了范例。

關鍵詞：砂卵礫石層；跟管造孔；工法應用；壩基；施工

1工程簡介

某水庫是一個防洪、灌溉為主，兼顧供水、發(fā)電的綜合利用工程，總庫容13.0 億m3，工程等別屬Ⅰ等大(1)型水庫。水庫樞紐由攔河壩、溢洪道、溢洪洞、電站及渠首工程等組成。由于工程需要，主壩右岸需要進行基礎防滲處理，按設計要求，加固方案為采用水泥粘土泥漿對壩基進行灌漿防滲。

2跟管造孔工法實施背景

主壩右岸基礎防滲工程主要分為施工平臺(包括平行段和垂直段)填筑及拆除的臨時工程、平行段的帷幕灌漿工程和垂直段的帷幕灌漿工程。

垂直段的帷幕灌漿位置處在水中，灌漿端點處水深達15 m。由于實際提供料場卵石含量(高達70%以上)遠超設計指標，卵石粒徑較大，最大粒徑達50 cm以上，且垂直段平臺填筑為水中拋填，故垂直段施工平臺實際填筑后基本為松散的砂卵礫石堆積體。

要求對填筑平臺的碾壓密實度及含水率進行試驗，盡管增加了碾壓變數(shù)，但其密實度仍然很低，工程需要穿透該填筑平臺對水底以下地層進行帷幕灌漿防滲。

帷幕灌漿孔段分為空鉆段和灌漿段，在空鉆段采用鑲鑄預埋鋼管的方法保護孔壁。垂直段帷幕灌漿孔空鉆段卵石層深度達25 m以上，采用常規(guī)地質回轉鉆機施工極易塌孔、卡鉆且不成孔。填筑土料的質量給帷幕灌漿空鉆段造孔鑲管造成了極大困難。為此，采用了重錘跟管法造孔與回轉鉆進跟管法造孔兩種工法進行施工。

3跟管造孔工法概念

3.1重錘法跟管造孔

本工程重錘跟管造孔施工是一種結合本工程卵石含量高且不密實、易塌孔的地層采用250kg重錘及幾種不同管徑的高硬度地質管在地質鉆機鉆掏的配合下成孔的一種跟管方法。

3.2回轉鉆進跟管造孔

本工程回轉鉆進跟管法施工是采用回轉鉆進跟管造孔由專用薄壁地質管材料的Φ127鉆具與Φ108鉆具作為上部和下部護壁套管，同時采用Φ127與Φ108薄唇鉆頭鉆孔并下設Φ89預埋鋼管的造孔施工[1]。

4管造孔工法實現(xiàn)與應用的技術方案

4.1重錘法跟管造孔

4.1.1重錘法跟管造孔工藝流程

重錘法跟管造孔工藝流程詳見圖1

圖1重錘法跟管造孔工藝流程圖

4.1.2重錘法跟管造孔施工全過程

主壩右岸基礎防滲工程中，在垂直段施工平臺上的帷幕灌漿孔開孔施工時，先用Φ127金剛石鉆頭導孔1～2 m，或者直接用配備好管靴的Φ168地質管進行吊打及垂直度校正開孔1～2 m，可根據(jù)地層需要進行開孔工藝選擇，開孔后，采用250 kg重錘對配備好管靴的Φ168地質管進行沖擊，Φ168地質管長度為1.3～2.8 m，根據(jù)需要進行地質管的選擇，Φ168地質管之間采用專用Φ187地質管箍相連，在重錘的錘擊下進入到12 m左右的深度時，將孔內浮石用Φ110～127金剛石鉆頭掃除，再在Φ168地質管內下設Φ127地質管，第1根Φ127地質管底部同樣連接配套的管靴，Φ127地質管之間采用Φ146專用地質管箍進行連接，采用同樣的錘擊方法將Φ127地質管鑲入24～28 m深度的地層中，之后采用Φ91的金剛石鉆頭將Φ127地質管內的浮石掃除后，繼續(xù)造孔到設計鑲管深度，下設并鑲筑Φ89鋼管。鑲筑Φ89鋼管后，采用250 kg重錘及配套打桿與三角架進行吊打，先將Φ127地質管完全取出，然后再采用同樣方法將Φ168地質管全部取出。通過現(xiàn)場試驗，確定該種方法在本工程中的工效為18 h完成1個35 m深度的空鉆孔造孔及其預埋管鑲筑，其中卵石深度為27 m，粘土深度約為8 m。詳見圖2與圖3。

圖2　重錘法成孔施工原理示意圖

圖3　同轉鉆進跟管法成孔施工原理示意圖

4.1.3重錘跟管法施工質量控制

1)主要控制指標：孔位，孔深，垂直度應滿足設計要求。

2)質量控制難點：造孔垂直度。垂直度控制方法：(導孔)開孔1～2 m進行垂直度校正(采用水平尺)，并在孔口進行加固處理，在重錘跟進施工中隨時進行垂直度校正，采用鋼管或鉆桿進行垂直度校正鉆進，最終鑲管時，孔口外預留至少1 m鋼管進行垂直度校正并在孔口及時將鋼管固定，然后注入水泥漿待凝，孔口妥善防護，嚴防雜物落入孔中。

4.1.4重錘跟管法施工注意事項

1)開孔1～2 m進行垂直度校正，對孔口進行加固處理，同時在造孔過程中隨時進行垂直度的測量并及時校正。

2)在Φ127地質管內鉆孔掃孔時嚴防孔口返流出的漿液及雜物回流到Φ127地質管和Φ168地質管之間，在Φ127地質管孔口外采取密封導流措施。

3)根據(jù)本工程地層情況，Φ168地質管下設不易過深或過淺，應在10～14 m范圍內為佳，Φ127地質管應下設到卵石層或反濾層以下約1 m，但不易過深。

4)下設Φ89鋼管后，應先吊打提出Φ127地質管，后吊打提出Φ168地質管，最后對Φ89鋼管進行垂直度校正和孔口固定，再注入水泥漿待凝。

5)每次提出地質管后，應及時檢查管箍、管帽、管靴及地質管體及連接絲扣的損壞情況，如有損壞，應及時更換，以防孔故的發(fā)生。

6)對地質管的連接絲扣應及時清理并涂抹潤滑油進行維護，以防銹蝕和脫扣。

7)對專用的地質管三腳架上應進行腳底加固處理，對三腳架上的滑車應正確加戴保護繩，且要經(jīng)常觀察滑車及三腳架的損壞情況。

8)采用重錘進行正打和吊打時，提錘幅度不易過大，控制在30～50 cm為宜，能有效確保造孔進度且減小對相關設備及配件的損壞。

9)采用重錘進行錘進和吊打施工應間歇進行，同時根據(jù)天氣及施工情況(采用廢油或清水)對卷揚、鋼絲繩、卷筒及剎車系統(tǒng)及時降溫處理。

10)鉆掃地質管內的浮石時，切忌中途提鉆，盡量做到一次到位[2]。

4.2回轉鉆進法跟管造孔

4.2.1回轉鉆進跟管造孔工藝流程

回轉鉆進跟管造孔工藝流程圖見圖4。

圖4回轉鉆進跟管造孔工藝流程圖

4.2.2回轉鉆進跟管法造孔全過程

本工藝是在Φ127鉆具鉆進約10～12 m深度時，將其蓋頭卸下，將Φ127鉆具作為臨時套管護壁并減小Φ108跟管鉆具造孔時的扭矩阻力，然后采用Φ108鉆具在Φ127內繼續(xù)跟管造孔直至鑲管深度(約35 m)，將Φ108鉆具蓋頭卸下，直接在Φ108鉆具內下設Φ89鋼管，然后將Φ108鉆具提到孔外，最后將Φ127鉆具提出，然后將預埋鋼管進行孔口垂直度校驗并固定，注入水泥漿液待凝。此工藝采用的特種薄壁地質管作為Φ108與Φ127鉆具，同時采用Φ127及Φ108的薄唇鉆頭進行造孔，以便Φ108鉆具起下及Φ89鋼管的下設。但由于Φ108套管和預埋鋼管最小平均間隙僅有3 mm，且間隙內有泥漿等雜物，在Φ89鋼管焊接時，焊瘤稍大或鋼管對接稍偏就會造成Φ89鋼管下設及Φ108鉆具上提困難，同時由于Φ108鉆具在25 m的跟管鉆進中有較大摩擦扭矩，鉆進速度較慢，此種工藝在鉆進中由于鉆頭磨損嚴重不進尺時，更換鉆頭后，可能由于孔內坍塌造成重復造孔，因此造成鉆頭及鉆具(或套管)等材料損耗很大及功效降低。此種工藝的功效大約為26 h完成一個35 m深度的空鉆孔造孔及其預埋管鑲筑。詳見圖2。

4.2.3回轉鉆進跟管造孔質量控制指標

造孔主要控制指標：孔位，孔深，垂直度應滿足設計要求。

4.2.4回轉鉆進跟管造孔注意事項

1)穩(wěn)固鉆機，檢驗立軸垂直后開孔，鉆孔過程中隨時進行垂直度校驗，尤其在Φ127口徑鉆進施工時應多次進行垂直度校正。

2)Φ89預埋鋼管下設焊接時，應采用經(jīng)緯儀嚴格調整直鋼管后立即點焊固定，然后進行整縫焊接，單側最大焊瘤≤1 mm。

3)下設預埋鋼管前應先采用清水沖洗Φ108管內壁，盡量將雜物沖洗掉。

4)上提Φ108管時，視情況采用適當措施緩慢提管，以防因局部摩擦將內管(即Φ89預埋鋼管)拖帶上來。

5)上提Φ127管時，應采用邊震動邊回轉的方法，避免直接向上吊打。

6)提出Φ127管后，及時校正Φ89預埋鋼管并進行孔口固定，注入水泥漿液待凝后，注意管口采用物件封堵防護，以免污物進入孔內，造成孔故。

5卵石層跟管造孔新工法使用效果

重錘法跟管造孔和回轉鉆進法跟管造孔工法在砂卵礫石層中的應用具有十分重要的意義：

1)工程中原先用于進行造孔的XY-Ⅱ型地質回轉鉆機可以直接使用，明顯降低設備投入成本。

2)采用以上兩種跟管造孔工法，原操作員均可直接上崗，節(jié)省了操作培訓的費用。

3)需要配備的材料價格較低且可及時運至現(xiàn)場，滿足工期要求。

4)重錘法跟管造孔工藝可節(jié)省大量的漿液與造孔用水，減少了排污量和用電量。

5)解決了不成孔的難題，縮短了工期。

參考文獻：

[1]袁芳.砂礫石層的分類及砂礫石取芯鉆具的研究[D].長沙：中南大學，2005年.

[2]張莉，張弭，虞興福.卵石層不穩(wěn)定地層的鉆探技術淺析[J].城市勘測，2000(03)：5-9.

Application of Piping Making Hole Construction Method in Sandy Gravel Stratum

ZHAO Shan-guo; LI Jing-shan and ZHENG Jia

(Heilongjiang Provincial Water Conservancy & Hydroelectric Power Investigation,Design and Research Institute，Harbin 150080，China)

Abstract：In the construction of geological making hole，for grouting construction of rock mass through the pebble stratum，the conventional method is to use a pipe to make holes next to lay pre-buried steel pipe，and then drill and grout in the rock mass. The paper describes the successful application of piping making holes method in pebble stratum through 30 meters depth，which not only solves the problem，not easy to form holes constructed in sandy pebble and gravel stratum，but also shorten the construction period，save the cost，and supply the example to solve similar geological construction in the future.

Key words：sandy gravel stratum; pipe making hole; application of construction method; dam foundation; construction

文章編號：1007-7596(2016)02-0092-04

[收稿日期]2015-11-18

[作者簡介]趙善國(1973-)，男，黑龍江林甸人，高級工程師；李景山(1972-)，男，黑龍江集賢人，高級工程師；鄭佳(1978-)，男，黑龍江撫遠人，高級工程師。

中圖分類號：TV52

文獻標識碼：A