流砂層流砂的形成原因

流砂層是旋挖鉆機(jī)施工中常見的一種不良工況，多為接近于流體狀態(tài)的砂粒土層。砂粒土通常是指組成中粗粒(粒徑>0，075）的含量占50%以上、礫粒含量<50%、粘粒含量極少、以砂粒為主的土。砂粒土的礦物成分以石英，長(zhǎng)石及云母等原生殘余礦物為主，其塑性極低或無塑性。砂類土一般都沒有連結(jié)，呈單粒結(jié)構(gòu)，透水性強(qiáng)、壓縮性低，且壓縮過程甚快，內(nèi)摩擦角較大，承載力較高。砂土的物理力學(xué)性質(zhì)與砂粒大小和密實(shí)度有密切關(guān)系，在礫砂、粗、中砂土中表現(xiàn)尤為明顯。一般認(rèn)為砂土的抗剪強(qiáng)度符合庫倫—摩爾準(zhǔn)則，同時(shí)考慮土的有效應(yīng)力原理。

飽和粉細(xì)砂在振動(dòng)作用下趨于密實(shí)（剪縮性）導(dǎo)致土中孔隙水壓力驟然上升，有效應(yīng)力相應(yīng)減小，抗剪強(qiáng)度亦降低。當(dāng)孔隙水壓力逐漸積累時(shí)，顆粒間的有效應(yīng)力相應(yīng)降低甚至消失。所以當(dāng)σ=μ時(shí)，砂土的抗剪強(qiáng)度等于0，此時(shí)砂土在瞬間變?yōu)榻咏诹黧w狀態(tài)，即發(fā)生了液化現(xiàn)象。

粉砂、細(xì)砂、礫砂層等地層受結(jié)構(gòu)松散、地下水位高、抗剪強(qiáng)度較差的影響，工程施工中特別容易發(fā)生潛蝕，塌孔等現(xiàn)象，造成擴(kuò)徑、超方、泥漿含砂量高、沉渣層過厚等施工質(zhì)量問題，甚至?xí)l(fā)生局部坍塌或樁孔整體坍塌，進(jìn)而埋鉆等嚴(yán)重后果。在該地層施工最安全的方法是采用全護(hù)筒，但由于代價(jià)昂貴，很難在國(guó)內(nèi)使用。在目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有條件下，只能通過有效使用泥漿護(hù)壁和改進(jìn)鉆進(jìn)操作方法等工藝手段，來防止事故發(fā)生，最大程度降低事故出現(xiàn)率，提高成孔合格率。

一、案例分析

某建筑公司在安徽省巢湖市和縣施工，現(xiàn)場(chǎng)使用的是徐工XR280D型旋挖鉆機(jī)成孔樁徑1.8m，成孔樁深48m。在地下20~35m處為粉細(xì)砂地層，周圍河流眾多、地下水豐富，砂粒處于懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定，能隨滲流的水一起流動(dòng)，形成流砂現(xiàn)象。

二、問題分析

現(xiàn)場(chǎng)觀察地質(zhì)條件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆取出的鉆渣，發(fā)現(xiàn)該工程鉆進(jìn)的難點(diǎn)主要有兩點(diǎn)：

(1)上部有8m厚的流塑狀淤泥質(zhì)粘土，中間是15m左右的流砂地層，下部是中風(fēng)化的砂巖，鉆進(jìn)中易出現(xiàn)塌孔、吸鉆，縮頸現(xiàn)象。需配置合理的泥漿，在鉆進(jìn)過程中起到較好的護(hù)壁作用；

(2)在鉆進(jìn)至流塑地層時(shí),需注意操作方式的調(diào)整，過多的擾動(dòng)很可能導(dǎo)致孔壁意外事故的發(fā)生。

三、解決措施

解決塌孔問題主要在于防止初始塌孔的形成，防止發(fā)生連續(xù)塌孔的惡性循環(huán)，即：解決塌孔主要在于防，而不是在于救。

(1)合理調(diào)配泥漿，針對(duì)流塑地層的特點(diǎn)，需要配置高粘度，中等容重的泥漿進(jìn)行護(hù)壁。鑒于國(guó)內(nèi)膨潤(rùn)土質(zhì)量好壞不一、泥漿粘度要求較高等原因，泥漿的配比可按照如下方案：

水：膨潤(rùn)土：CMC：純堿=1000:140:2.5:4，并加入少許粘土攪拌均勻后，控制泥漿容重在1.20左右，粘度不小于45s，PH〉8。尤其值得注意的是：在泥漿池中加入膨潤(rùn)土、纖維素、純堿后需靜置一段時(shí)間(24小時(shí))，待膨潤(rùn)土完全水合后，在泥漿池中倒入粘土，用長(zhǎng)臂小挖掘機(jī)充分?jǐn)嚢琛Ｇ以陂_鉆前2小時(shí)用小挖掘機(jī)再次攪拌，開鉆前檢測(cè)所配置的泥漿是否達(dá)到要求（挖掘機(jī)攪拌過程中應(yīng)時(shí)刻注意測(cè)量泥漿各參數(shù)值，達(dá)到工程所需值后即可停止攪拌），否則再向泥漿池中酌情添加原料；

（2）在鉆頭上設(shè)置通氣孔，保證提鉆過程中鉆頭上下泥漿流動(dòng)，防止出現(xiàn)提鉆過程中的真空現(xiàn)象；

（3）保持泥漿液面高出地下水水面2～3m，可以通過加高護(hù)筒或在孔周圍設(shè)置粘土壩來實(shí)現(xiàn)；

（4）調(diào)整操作方式：控制泥漿液面，并在鉆孔過程中始終保持距護(hù)筒上邊緣30～40cm。（特別在提鉆時(shí)）。鉆至軟土及砂層時(shí)：軟土和砂土層為易塌孔地層，操作時(shí)要盡量注意減少對(duì)孔壁的沖刷和擾動(dòng)，操作方法嚴(yán)格遵循“三慢”原則：即提、放鉆及鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速慢，通過嚴(yán)格控制鉆具的運(yùn)動(dòng)速度，來減少泥漿對(duì)孔壁的擾動(dòng)，并為泥皮形成留足時(shí)間；地面觀察：時(shí)刻關(guān)注泥漿液面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泥漿液面突然下降且大量泡沬涌出時(shí)，可判斷出現(xiàn)局部塌方，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)并保證在鉆斗斗底打開的情況下，緩慢地提升鉆頭，防止因擾動(dòng)而引起二次塌方；局部塌方事故處理：當(dāng)發(fā)現(xiàn)有局部塌方時(shí)，繼續(xù)向孔內(nèi)注入泥漿同時(shí)提出鉆頭，用挖掘機(jī)向孔內(nèi)傾倒足量粘土，然后下放鉆頭反轉(zhuǎn)壓實(shí)粘土，邊壓邊反轉(zhuǎn)，待穩(wěn)定后再用前文所述方法鉆進(jìn)。

在操作的過程中要注意如下事項(xiàng)：在鉆進(jìn)過程中還應(yīng)時(shí)刻注意泥漿液面，若發(fā)現(xiàn)有塌方跡象時(shí)應(yīng)盡快采取相應(yīng)措施；保持泥漿液面高度，勤加泥漿；在整個(gè)鉆進(jìn)過程中，提、放鉆頭一定要非常緩慢；注意鉆機(jī)沉降情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常立刻安排鉆機(jī)離場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)撤離。

四、解決效果

通過以上改進(jìn)效果明顯：鉆進(jìn)過程中沒有出現(xiàn)塌孔、吸鉆、埋鉆等不良現(xiàn)象。鉆進(jìn)效率較高，試樁孔深46.2m，僅耗時(shí)14h，耗齒4個(gè)，降低了施工成本，提高施工效益。

五、工法小結(jié)

流砂地層的鉆進(jìn)只要選擇的工法適當(dāng)，穩(wěn)定，高效的鉆進(jìn)是可以實(shí)現(xiàn)的，施工中需滿足三方面的要求：科學(xué)的泥漿配置，合理的鉆進(jìn)方式，充分的施工準(zhǔn)備，流砂層鉆進(jìn)將不再是旋挖鉆機(jī)施工范圍擴(kuò)大路上的絆腳石。

隨著國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)熱潮的興起，大型工程項(xiàng)目陸續(xù)開工建設(shè)，施工工藝不斷成熟，在這一背景下，工法技術(shù)的不斷研發(fā)、推廣，對(duì)于國(guó)內(nèi)在高鐵，高速公路，快軌，特大橋梁等大型工程建設(shè)項(xiàng)目會(huì)有一個(gè)很好的推動(dòng)作用。

流砂層是旋挖鉆機(jī)施工中常見的一種不良工況，多為接近于流體狀態(tài)的砂粒土層。砂粒土通常是指組成中粗粒(粒徑>0.075mm）的含量占50%以上、礫粒含量<50%、粘粒含量極少、以砂粒為主的土。砂粒土的礦物成分以石英、長(zhǎng)石及云母等原生殘余礦物為主，其塑性極低或無塑性。砂類土一般都沒有連結(jié)，呈單粒結(jié)構(gòu)，透水性強(qiáng)、壓縮性低，且壓縮過程甚快，內(nèi)摩擦角較大，承載力較高。砂土的物理力學(xué)性質(zhì)與砂粒大小和密實(shí)度有密切關(guān)系，在礫砂、粗、中砂土中表現(xiàn)尤為明顯。一般認(rèn)為砂土的抗剪強(qiáng)度符合庫倫—摩爾準(zhǔn)則，同時(shí)考慮土的有效應(yīng)力原理。

飽和粉細(xì)砂在振動(dòng)作用下趨于密實(shí)（剪縮性）導(dǎo)致土中孔隙水壓力驟然上升，有效應(yīng)力相應(yīng)減小，抗剪強(qiáng)度亦降低。當(dāng)孔隙水壓力逐漸積累時(shí)，顆粒間的有效應(yīng)力相應(yīng)降低甚至消失。所以當(dāng)σ=μ時(shí)，砂土的抗剪強(qiáng)度等于0，此時(shí)砂土在瞬間變?yōu)榻咏诹黧w狀態(tài)，即發(fā)生了液化現(xiàn)象。

粉砂、細(xì)砂、礫砂層等地層受結(jié)構(gòu)松散、地下水位高、抗剪強(qiáng)度較差的影響，工程施工中特別容易發(fā)生侵蝕、塌孔等現(xiàn)象，造成擴(kuò)徑、超方、泥漿含砂量高、沉渣層過厚等施工質(zhì)量問題，甚至?xí)l(fā)生局部坍塌或樁孔整體坍塌，進(jìn)而埋鉆等嚴(yán)重后果。在該地層施工最安全的方法是采用全護(hù)筒，但由于代價(jià)昂貴，很難在國(guó)內(nèi)使用。在目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有條件下，只能通過有效使用泥漿護(hù)壁和改進(jìn)鉆進(jìn)操作方法等工藝手段，來預(yù)防事故發(fā)生，最大程度降低事故出現(xiàn)率，提高成孔合格率。

一、案例分析

某建筑公司在安徽省施工，現(xiàn)場(chǎng)使用的是徐工XR280D型旋挖鉆機(jī)成孔樁徑1.8m，成孔樁深48m。在地下20~35m處為粉細(xì)砂地層，周圍河流眾多、地下水豐富，砂粒處于懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定，能隨滲流的水一起流動(dòng)，形成流砂現(xiàn)象。

二、問題分析

現(xiàn)場(chǎng)觀察地質(zhì)條件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆取出的鉆渣，發(fā)現(xiàn)該工程鉆進(jìn)的難點(diǎn)主要有兩點(diǎn)：

(1)上部有8m厚的流塑狀淤泥質(zhì)粘土，中間是15m左右的流砂地層，下部是中風(fēng)化的砂巖，鉆進(jìn)中易出現(xiàn)塌孔、吸鉆、縮頸等現(xiàn)象。需配置合理的泥漿，在鉆進(jìn)過程中起到較好的護(hù)壁作用；

(2)在鉆進(jìn)至流砂地層時(shí)，需注意操作方式的調(diào)整，過多的擾動(dòng)很可能導(dǎo)致孔壁意外事故的發(fā)生。

三、解決措施

解決塌孔問題主要在于防止初始塌孔的形成，防止發(fā)生連續(xù)塌孔的惡性循環(huán)，即：解決塌孔主要在于防，而不是在于救。

（1）合理調(diào)配泥漿，針對(duì)流砂地層的特點(diǎn)，需要配置高粘度、中等容重的泥漿進(jìn)行護(hù)壁。鑒于國(guó)內(nèi)膨潤(rùn)土質(zhì)量好壞不一、泥漿粘度要求較高等原因，泥漿的配比可按照如下方案：

水：膨潤(rùn)土：CMC：純堿=1000：140：2.5：4，并加入少許粘土攪拌均勻后，控制泥漿容重在1.20左右，粘度不小于45s，PH〉8。尤其值得注意的是：在泥漿池中加入膨潤(rùn)土、纖維素、純堿后需靜置一段時(shí)間(24小時(shí))，待膨潤(rùn)土完全水合后，在泥漿池中倒入粘土，用長(zhǎng)臂小挖掘機(jī)充分?jǐn)嚢?。且在開鉆前2小時(shí)用小挖掘機(jī)再次攪拌，開鉆前檢測(cè)所配置的泥漿是否達(dá)到要求（挖掘機(jī)攪拌過程中應(yīng)時(shí)刻注意測(cè)量泥漿各參數(shù)值，達(dá)到工程所需值后即可停止攪拌），否則再向泥漿池中酌情添加原料；

（2）在鉆頭上設(shè)置通氣孔，保證提鉆過程中鉆頭上下泥漿流動(dòng)，防止出現(xiàn)提鉆過程中的真空現(xiàn)象；

（3）保持泥漿液面高出地下水水面2～3m，可以通過加高護(hù)筒或在孔周圍設(shè)置粘土壩來實(shí)現(xiàn)；

（4）調(diào)整操作方式：控制泥漿液面，并在鉆孔過程中始終保持距護(hù)筒上邊緣30～40cm。（特別在提鉆時(shí)）。鉆至軟土及砂層時(shí)：軟土和砂土層為易塌孔地層，操作時(shí)要盡量注意減少對(duì)孔壁的沖刷和擾動(dòng)，操作方法嚴(yán)格遵循“三慢”原則：即提、放鉆及鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速慢，通過嚴(yán)格控制鉆具的運(yùn)動(dòng)速度，來減少泥漿對(duì)孔壁的擾動(dòng)，并為泥皮形成留足時(shí)間；地面觀察：時(shí)刻關(guān)注泥漿液面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泥漿液面突然下降且大量泡沬涌出時(shí)，可判斷出現(xiàn)局部塌方，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)并保證在鉆斗斗底打開的情況下，緩慢地提升鉆頭，防止因擾動(dòng)而引起二次塌方；局部塌方事故處理：當(dāng)發(fā)現(xiàn)有局部塌方時(shí)，繼續(xù)向孔內(nèi)注入泥漿同時(shí)提出鉆頭，用挖掘機(jī)向孔內(nèi)傾倒足量粘土，然后下放鉆頭反轉(zhuǎn)壓實(shí)粘土，邊壓邊反轉(zhuǎn)，待穩(wěn)定后再用前文所述方法鉆進(jìn)。

在操作的過程中要注意如下事項(xiàng)：在鉆進(jìn)過程中還應(yīng)時(shí)刻注意泥漿液面，若發(fā)現(xiàn)有塌方跡象時(shí)應(yīng)盡快采取相應(yīng)措施；保持泥漿液面高度，勤加泥漿；在整個(gè)鉆進(jìn)過程中，提、放鉆頭一定要非常緩慢；注意鉆機(jī)沉降情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常立刻安排鉆機(jī)離場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)撤離。

四、解決效果

通過以上改進(jìn)效果明顯：鉆進(jìn)過程中沒有出現(xiàn)塌孔、吸鉆、埋鉆等不良現(xiàn)象。鉆進(jìn)效率較高，試樁孔深46.2m，僅耗時(shí)14h，耗齒4個(gè)，降低了施工成本，提高施工效益。

五、工法小結(jié)

流砂地層的鉆進(jìn)只要選擇的工法適當(dāng)，穩(wěn)定、高效的鉆進(jìn)是可以實(shí)現(xiàn)的，施工中需滿足三方面的要求：科學(xué)的泥漿配置，合理的鉆進(jìn)方式，充分的施工準(zhǔn)備，流砂層鉆進(jìn)將不再是旋挖鉆機(jī)施工范圍擴(kuò)大路上的絆腳石。

隨著國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)熱潮的興起，大型工程項(xiàng)目陸續(xù)開工建設(shè)，施工工藝不斷成熟，在這一背景下，工法技術(shù)的不斷研發(fā)、推廣，對(duì)于國(guó)內(nèi)在高鐵、高速公路、快軌、特大橋梁等大型工程建設(shè)項(xiàng)目會(huì)有一個(gè)很好的推動(dòng)作用。