大口徑鉆孔孔壁穩(wěn)定性研究

魏天翔

摘 要：近年來，我國基建事業(yè)發(fā)展蓬勃，地質(zhì)鉆探應(yīng)用也愈加廣泛。大口徑鉆孔是鉆孔灌注樁的重要分支，其鉆孔孔徑大，對地質(zhì)穩(wěn)定性以及鉆孔質(zhì)量也有直接影響。相關(guān)生產(chǎn)單位應(yīng)當(dāng)要了解大口徑鉆孔孔壁穩(wěn)定性的相關(guān)穩(wěn)定因素，減少客觀環(huán)境因素對鉆孔生產(chǎn)的影響，全面提升鉆孔的安全性和效率。本文將大口徑鉆孔孔壁作為研究對象，分析孔壁穩(wěn)定性的影響因素，并結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀提出了一些改良措施可建議，希望能夠相關(guān)單位提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：大口徑;鉆孔;孔壁;穩(wěn)定性

鉆孔灌注樁鉆孔過程中受到的應(yīng)力種類多，對地質(zhì)穩(wěn)定影響程度大。常見的應(yīng)力有地層土壓力、地下水位以及土體的蠕變、地下水位壓應(yīng)力等。因?yàn)槌煽讜r、澆筑混凝土前，整個孔壁不穩(wěn)定，缺乏支撐，因此會出現(xiàn)滑裂、坍塌等風(fēng)險。相關(guān)施工人員應(yīng)當(dāng)針對不同的土質(zhì)鉆探情況分析孔壁的穩(wěn)定性，并做好孔內(nèi)泥漿護(hù)壁管控，以此來預(yù)防孔壁坍塌。

1.大口徑鉆孔孔壁穩(wěn)定的基本前提

在現(xiàn)代工程建設(shè)施工中，巖土性質(zhì)特殊，鉆孔施工環(huán)境復(fù)雜，具有隱蔽性高、影響因素多等問題，施工人員應(yīng)當(dāng)遵循靜力學(xué)、土力學(xué)、流體力學(xué)的基本原則，結(jié)合現(xiàn)有的鉆孔施工經(jīng)驗(yàn)，因地制宜分析影響孔壁穩(wěn)定性的因素，及時提出有效地解決措施和方法?，F(xiàn)分析大口徑鉆孔孔壁穩(wěn)定性的基本要求。

1.1靜力平衡

靜力平衡要滿足孔壁巖土側(cè)壓力+地表受外界附加應(yīng)力×外界附加應(yīng)力的傳遞系數(shù)≤巖土內(nèi)應(yīng)力+沖洗液水頭壓力+圓環(huán)應(yīng)力。

1.2地表滲流

在一定的時間內(nèi)，鉆孔應(yīng)同時滿足地層靜力平衡和地層滲流條件;一旦地下水存在水頭壓差，整個下部巖土顆粒順著滲流特征運(yùn)動的可能性就會增加，嚴(yán)重時可導(dǎo)致整個巖土顆粒沿著壓差方向直接沖擊孔壁，導(dǎo)致鉆孔系統(tǒng)晃動、破裂、傾倒。加強(qiáng)地層滲流控制需要相應(yīng)的技術(shù)人員做好孔內(nèi)水壓力控制，最好讓孔內(nèi)水頭壓力遠(yuǎn)大于地下水壓力。建議孔內(nèi)隨機(jī)沖洗液的水頭壓力和該位置的地下水壓力差值大于2×10 4 （P a ） 。

1.3蠕變影響

巖土都具備“蠕變”特征，隨著時間的推移，巖土的變形量會不斷增加，一旦變形量累積到一定程度就會導(dǎo)致孔內(nèi)局部坍塌;此外，一些巖土因?yàn)殚L時間在水中浸泡會發(fā)生軟化，也會對整個孔壁產(chǎn)生直接影響，直接威脅到孔壁穩(wěn)定性。

2.影響孔壁穩(wěn)定性的因素

2.1客觀因素

巖土性質(zhì)和地下水穩(wěn)定性是影響孔壁穩(wěn)定性的客觀因素，這些影響是不可避免但可減緩的。從孔壁穩(wěn)定性特征來看，所支撐巖土粘黏性、摩擦角、蠕變性會直接影響孔壁耐久性，影響程度最大的為黏性土;地下水滲流會直接沖擊孔壁，多表現(xiàn)為水位突變侵蝕、滲流沖擊。因?yàn)榈叵鲁袎毫Φ芈裆畲?，上部或可設(shè)置隔水層，鉆孔穿過上覆隔水層時候，地下承壓力也會大于孔內(nèi)的壓力，順帶巖土顆粒涌入孔內(nèi)，直接影響整個隔水層的穩(wěn)定性。

2.2工藝技術(shù)影響

灌注樁成孔的工藝較多，其中包含了正循環(huán)和反循環(huán)兩種。在相同的條件下，正循環(huán)和反循環(huán)產(chǎn)生的壓力方向不一樣，若沒有采用正確的工藝技術(shù)，選用錯誤鉆孔方式，會增加孔壁開裂風(fēng)險;此外，泥漿在孔壁內(nèi)部始終保持著運(yùn)動狀態(tài)，泥漿和鉆孔流速方向一致，流速越大、摩擦就越大，會增加泥漿以及巖土對護(hù)壁的傷害。這需要施工人員選用科學(xué)的施工工藝，實(shí)現(xiàn)排渣和孔壁穩(wěn)定目標(biāo)。

2.3人為因素

施工人員的主觀能動性也會影響大口徑鉆孔孔壁的穩(wěn)定性。若施工單位沒有選用科學(xué)的施工組織設(shè)計，應(yīng)用科學(xué)的人工、材料、機(jī)械管理，都會增加巖土層施工難度，影響成孔質(zhì)量。首先，參與鉆孔的施工人員專業(yè)技術(shù)能力、職業(yè)道德認(rèn)知、身體健康狀態(tài)都會影響鉆孔的效率和質(zhì)量;其次，施工方案選擇，施工計劃安排不科學(xué)、不合理，會導(dǎo)致孔壁維護(hù)不到位，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量;最后，現(xiàn)場施工管理力度和方法會影響孔壁穩(wěn)定性。施工單位應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)監(jiān)督、應(yīng)用專業(yè)的管控策略提升施工質(zhì)量。

3.對于提升大孔徑鉆孔孔壁穩(wěn)定性的措施建議

綜上所述，影響大孔徑鉆孔孔壁穩(wěn)定性的因素較多，包含有水文地質(zhì)環(huán)境、鉆孔機(jī)械選用、施工人員的專業(yè)影響。為了保證大孔徑鉆孔孔壁的穩(wěn)定性，相應(yīng)的施工人員應(yīng)當(dāng)因地制宜，采用科學(xué)的施工措施和方案，多借鑒類似工程的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而制定出科學(xué)的鉆孔方案和施工計劃，保證鉆孔質(zhì)量。

3.1加強(qiáng)人員管理

為了減少現(xiàn)場施工的風(fēng)險，相應(yīng)的施工單位要加強(qiáng)管理，針對現(xiàn)場的施工資源如人力、機(jī)械、材料等因地制宜做好資源部署和人員管理。建議加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)督，對比常見的工案例提前分析可能存在的施工隱患，做好技術(shù)交底工作，讓參與施工的人員都知道安全施工的重要性和方法，進(jìn)而保證施工方案的科學(xué)執(zhí)行。建議制定嚴(yán)格的交底監(jiān)督制度，讓參與人員參加安全考試、簽字確認(rèn)后才可考慮上崗;與此同時，加強(qiáng)現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)，施工技術(shù)人員要擔(dān)負(fù)起技術(shù)管理責(zé)任，要堅持以人為本，不斷提升施工人員的安全警惕性、專業(yè)施工技能和綜合素質(zhì)，增強(qiáng)其責(zé)任心和主觀能動性，最終保證各項(xiàng)技術(shù)要求都能被完成。

3.2制定科學(xué)鉆孔方案

施工人員應(yīng)當(dāng)針對巖土的性質(zhì)、施工環(huán)境的水文地質(zhì)環(huán)境以及現(xiàn)有的施工資源語義分析，分析施工現(xiàn)場可能存在的不利因素，進(jìn)而制定科學(xué)、完善、高效的施工措施。

3.3做好技術(shù)管理

影響大口徑鉆孔孔壁穩(wěn)定性的因素較多，相關(guān)施工人員應(yīng)當(dāng)了解孔壁坍塌對工程的經(jīng)濟(jì)性、安全性的影響，當(dāng)出現(xiàn)安全隱患時候要及時分析泥漿損失的原因，采用積極的應(yīng)急措施，若出現(xiàn)了泥漿漏失風(fēng)險，就應(yīng)當(dāng)及時監(jiān)測，核對，進(jìn)行加固或者疏導(dǎo)處理;若已經(jīng)發(fā)生了孔壁坍塌，施工技術(shù)人員需要因地治理，要提升泥漿的性能和穩(wěn)定性，可采用軟土地基處理方式如高壓旋噴、深層攪拌法加固軟土地基，促進(jìn)成孔。

4.結(jié)語

綜上所述，影響鉆孔孔壁穩(wěn)定的因素較多，施工人員應(yīng)當(dāng)了解鉆孔穩(wěn)定性的要點(diǎn)，分析巖土層的穩(wěn)定性和影響其穩(wěn)定性的因素是關(guān)鍵，分析哪些因素在一定條件下會發(fā)生變化，以及這種變化對孔壁穩(wěn)定的利弊，在施工中對其采取維護(hù)、加強(qiáng)、防止和避免等措施。建議施工單位客觀分析巖土性質(zhì)、地下水以及孔徑影響，優(yōu)化施工方案，做好施工人員教育和現(xiàn)場管理。

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