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        采用小沖程進(jìn)行溶洞樁施工的計算原理

        2020-03-09 13:00:12楊彥詩艾勇龍李思佳劉德新
        四川水泥 2020年1期
        關(guān)鍵詞:施工

        楊彥詩 艾勇龍 李思佳 劉德新

        (中交隧道工程局有限公司, 四川 成都 610000)

        1 計算原理

        小沖程施工工藝是當(dāng)接近溶洞區(qū)域頂部一定范圍內(nèi),降低沖程高度,采用較正常鉆進(jìn)沖程小的一種施工方案,由于溶洞樁的存在,小沖程一旦沖破溶洞頂,則相當(dāng)于又遇到一個凌空狀態(tài),此時若沖擊勢能足夠大會引發(fā)崩斷鋼絲繩、卡錘及出現(xiàn)漏漿情況。

        計算主要考慮沖擊能是否崩斷鋼絲繩,是否引發(fā)樁基平臺傾覆,研究模擬計算一個板體受沖擊破壞的試驗,并與現(xiàn)場施工進(jìn)行對比論證。

        推導(dǎo)殘余速度計算公式:

        當(dāng)錘頭沖擊混溶洞頂部巖層時,影響錘頭沖擊效果的參數(shù)包括:沖擊鉆錘頭質(zhì)量M、高度L、 直徑D、材料強(qiáng)度σc;錘頭入射速度V1、殘余速度V2。

        巖層參數(shù)包括:厚度h、密度ρy、抗壓強(qiáng)度σcy。表征錘頭貫穿能力的主要指標(biāo)是錘頭貫穿巖層后的殘余速度V2,描述殘余速度與各影響因素間相互關(guān)系的一般函數(shù)形式為:

        取獨(dú)立變量D, σcy, ρy,即可組成下述無量綱量:

        根據(jù)Π定理,可以導(dǎo)出殘余速度V2的表達(dá)式:

        由于錘頭材料強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖層材料強(qiáng)度,這就使得錘頭在貫穿巖層后仍維持剛性,故無量綱量σc/σcy略去,則式(2)化簡為

        將試驗數(shù)據(jù)代入上式進(jìn)行回歸,得出殘余速度V2的無量綱表達(dá)式為:

        式中V2為錘頭殘余速度(m/s),V1為錘頭入射速度(m/s),ρy為巖層密度(kg/m3),σcy為巖層抗壓強(qiáng)度(Pa),h為巖層厚度(m),D為錘頭直徑,L為錘頭高度。

        本次試驗中,巖層密度ρy取2.2 *103kg/m3,巖層抗壓強(qiáng)度σcy(中分化灰?guī)r取2*103KPa),錘頭直徑D取2m,錘頭高度L取1.2m。試驗控制參數(shù)n取0.8,錘頭剛好能貫穿溶洞頂巖層,錘頭殘余速度V2=0時為最佳狀態(tài)。

        得出巖層厚度h的計算公式

        假設(shè)沖程為3m時,錘頭入射速度V1=(2×9.8×3)1/2=7.668(m/s)

        假設(shè)沖程為2m時,錘頭入射速度V1=(2×9.8×2)1/2=6.261(m/s)

        假設(shè)沖程為1m時,錘頭入射速度V1=(2×9.8×1)1/2=4.427(m/s)

        錘頭剛好能貫穿溶洞頂巖層,錘頭殘余速度V2=0時為最佳狀態(tài)。因此取

        當(dāng)溶洞頂巖層為中分化灰?guī)r時,將上述各取值代入公式(6)中得

        h=2.15m(沖程為3m);h=1.67m(沖程為2m);h=1.08m(沖程為1m)

        實(shí)際施工試驗過程中

        (1)10-2號樁充填溶洞,設(shè)計鉆探資料表明該樁在這個位置處有個較大的溶洞與現(xiàn)場情況相吻合,施工前在2m處開始進(jìn)行小沖程施工鉆至21m深時,漏漿現(xiàn)象較嚴(yán)重,但施工控制合理,并及時采用材料回填,未發(fā)生施工事故。

        (2)12-3號樁充填裂隙。12-3號樁施工鉆進(jìn)時,溶洞呈串珠狀,多次回填片石和粘土治理溶洞,繼續(xù)向下鉆進(jìn),發(fā)生卡鉆1次。分析原因為串珠狀溶洞地質(zhì)下,需結(jié)合鉆進(jìn)深度及施工回聲來判斷溶洞位置,經(jīng)常調(diào)整沖擊鉆沖程,一旦沖程設(shè)置不合理將引發(fā)卡鉆等事故。

        2 工藝流程、施工要點(diǎn)及方法

        2.1 工藝流程

        正常鉆進(jìn)→判斷溶洞標(biāo)高→在距溶洞頂有1~2m時減小沖程→穿透溶洞→收集數(shù)據(jù)→對比總結(jié)。

        2.2 施工要點(diǎn)

        1)施工中應(yīng)提前對溶洞的大小進(jìn)行圖紙對比判斷。通過地勘資料中所顯示的溶洞狀況分析對照現(xiàn)場原地貌確定其實(shí)際深度,當(dāng)即將沖擊至溶洞頂面以上3m時在鋼絲繩上用紅色的線做好標(biāo)記,在距溶洞頂有1~2m時采用小沖程的方式?jīng)_擊施工直至穿透溶洞,防止由于沖程過大,沖擊作用范圍廣,致使突然穿透溶洞瞬間,鉆頭仍殘余大量勢能,從而卡鉆、掉鉆或鉆機(jī)倒塌。貫穿溶洞時及時量測漏漿量以判斷溶洞的大小,計算出需回填材料的數(shù)量,及時回填溶洞,以超過溶洞頂面3m為宜。

        2.3 施工方法

        1)沖擊鉆進(jìn)行鉆進(jìn)施工過程中,對不同土層,應(yīng)采取不同沖程進(jìn)行鉆進(jìn)施工。沖程根據(jù)巖層巖性進(jìn)行確定:通常情況下基巖漂石層或堅硬密實(shí)卵石層中采用大沖程;通過卵石夾土層、高液限粘土、礫類土、松散砂以及粉質(zhì)粘土層時,可采用中沖程;在溶洞頂、流砂地段等易坍塌區(qū)域采用小沖程,同時應(yīng)提高泥漿比重及膠體率。鉆孔施工應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,因故停鉆需采取以下保證措施:首先必須將鉆頭提離孔底約5m,保證鉆頭不受塌方影響;其次鉆進(jìn)過程中孔內(nèi)水位應(yīng)按設(shè)計要求至少高出地下水位0.5m,且為防止泥漿溢出,應(yīng)略低于并低于護(hù)筒頂面,一般取0.3即可。

        2)根據(jù)圖紙及現(xiàn)場地貌,綜合判斷沖孔高程,本區(qū)域內(nèi)巖層為中分化石灰?guī)r,其巖層強(qiáng)度σ=200KPa,根據(jù)計算結(jié)果,當(dāng)接近2.1m區(qū)域時沖程應(yīng)調(diào)整為2m;當(dāng)接近1.7m時,沖程應(yīng)調(diào)整為1m。為直觀顯示提升鉆頭沖程,可在鋼絲繩上噴涂油漆。施工至溶洞樁高程區(qū)域內(nèi),應(yīng)密切關(guān)注泥漿液面的變化情況,一旦液面出現(xiàn)顯著下降,應(yīng)立即停鉆并開始回填處理,待漏漿封堵完成,調(diào)整泥漿液面完成后重新鉆進(jìn)。

        3 結(jié)束語

        (1)溶洞頂巖層類似于板體在受沖擊作用下的破壞荷載試驗;根據(jù)公式推導(dǎo),不同沖程、不同巖層地質(zhì)下,巖層產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞的最小厚度數(shù)值范圍不同。

        (2)由于不同巖層下試驗控制參數(shù)n將有一定的變化,施工中應(yīng)充分考慮現(xiàn)場巖層強(qiáng)度,在施工中進(jìn)行對比調(diào)整,從而保證不同地質(zhì)條件下小沖程施工區(qū)間準(zhǔn)確合理,以保證施工安全。

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