地下連續牆鑽井,就是多個單井連續成槽,多槽連續成牆,地下連續牆在工程界使用廣泛,如防滲牆,擋土牆、水下建築防掏牆,地下鐵道兩壁,以及大直徑井的井壁等方面。
地下連續牆最早使用時由意大利依柯斯公司,于1950年用抓鬥式鑽機,建造了第一道水庫地下連續防滲牆。
二十年後在歐洲已形成了一種很普通的施工方法,由于這種方法具有很大的優越性,已完全取得工程界的信賴,目前不僅大型工程,就是規模不大的高層建築,也多采取這種施工方法,如廣州市有名的白天鵝飯店等。
它已發展到下述工程領域。
1.地下油庫、蓄水池,污水處理工程的擋土牆;
2.地下建築,火車站、商店,鐵路,公路停車場及建築物擋土牆;
3.輸水管道豎坑擋土牆;
4.水庫地下連續防滲牆;
5.立交橋底層的擋土牆。
總之,凡是深埋地下需要開挖的工程,都可以事先築好地下連續牆,在開挖時坑壁是垂直的,不滲水,減少開挖量及施工占用面積,同時牆已構成工程建築物的一部分,解決了施工中很大的難題,為地下工程創造了有力的施工方法,将原來認為不可能的,變為可能。
我國使用這種方法,是在建國初期,當時用沖擊鑽井法鑽造槽然後沿槽澆鋼筋混凝土連續牆,起到防滲作用;以後又沿用到高層建築,大橋基礎,過江隧道出口等工程。
随着建設的發展,科學技術的進步,造槽的方法和工藝,牆的厚度和深度都有了新的發展,不斷出現新的工藝及機具,逐漸代替了舊的沖擊式的造槽工藝。
目前,已較成熟的有抓鬥法或采用多頭鑽井機,一次就可以鑽出一段槽,此外還發展了反循環全斷面鑽井法,不僅解決了厚度和深度問題,還可以使牆腳嵌入基岩。
最突出的是,固壁泥漿。目前,在鑽井完成後隻需加入水泥和其他化學材料泥漿即可凝固,構成牆體,而不需換漿澆注水泥材料。這一科研成果的出現,大大降低了牆的建造周期和成本。
二、地下連續牆的施鑽方法地質條件和泥漿質量都直接影響到槽的長度;其施鑽方法可分為槽斷法和排井法。
1.槽斷法:
(1)地面設導向槽,是槽的定線和槽的範圍。鑽進時起導向作用,槽内充滿泥漿并保持一定的液面,起到固壁作用;
(2)導槽的寬應比鑽具寬30~50毫米,深度一般在10米以内。
(3)确定槽長的依據:
地質情況和地下水對槽的影響;
鋼筋籠的重量和起吊設備的能力;
工程設計要求。
(4)施鑽機具:日本制造的BW型鑽機使用于槽的鑽進,一次成槽時,槽的寬度和長度受鑽機性能限制,其技術性能及槽的尺寸見表1。
BM型多頭鑽機性能表 表1
型号 |
BWN-4055 |
BWN-5580 |
BWN-80120 |
鑽頭體寬 mm |
400—500 |
550—800 |
800—1200 |
槽 長 mm |
2500—2650 |
2470—2720 |
3600—4000 |
鑽 深 m |
50 |
50 |
50 |
小鑽頭個數 個 |
7 |
5 |
5 |
小鑽頭轉數 轉/分 |
50 |
35 |
20 |
排渣管内徑 mm |
150 |
150 |
200 |
電動機功率 KW |
15x2 |
15x2 |
18.5x2 |
鑽機重量 kg |
7500 |
10000 |
18000 |
砂石泵 泵量/揚程 |
300/18 |
300/18 |
360/15 |
砂石泵電機 KW |
44.5 |
44.5 |
52.5 |
這種鑽機是長形,裝有5-7個小鑽頭,由潛水電動機驅動,鑽頭分别向不同方向轉動,并互相平衡轉動扭矩,使鑽進中能保持平穩狀态,采用框式鑽架,鋼絲繩和滑車組升降鑽機,懸吊鑽進,洗井排渣采用泵吸反循環,排渣管為150~200毫米結構如圖1所示。
圖1 BWN-5580型多鑽頭反循環鑽機結構圖
該機裝有偏斜顯示器,在地面儀表上顯示數據,同時兩側有四個導向闆,操作人員可籍偏斜顯示器的數據,調正導向闆,使鑽機垂直。
據資料介紹,某工程使用這種鑽機,鑽寬800毫米,40米深的槽,其偏斜度僅為槽深的450~600分之一,滿足了設計要求。這種鑽機,是鑽地下連續牆的專用設備。自從1969年問世以來得到了廣泛的應用,除日本國自己用外,已發展到歐洲,美洲等許多國家,我國上海已制成這種鑽機并投入了生産使用。
該機隻适用于松散的覆蓋層,如沙土、礫石、小卵石、小于排渣管道孔直徑的塊石和卵石。
這套設備,包括了地下連續牆的整個工藝流程,從造槽,下鋼筋籠澆水下混凝土等,其中還包括了泥漿制造,淨化及槽内泥漿回收的設備。
2.排井法:是由多個單井聯鑽套鑽成槽;
井的排列:有四種型式,如圖2所示;
圖2 排井法排列方式及鑽進次序
圖2中每種類型各井的編号是鑽井的次序,目的是鑽井成槽之前使之穩定。
在這四種類型中,交錯型雖然加厚了牆,但下入鋼筋籠易受阻,如是嵌入基岩的牆,則入基岩時易産生偏斜,其他類型不存在上述問題,若從牆厚這角度考慮,搭接型比較好。
3.鑽井次序:分為平鑽法和立鑽法。
平鑽法:即鑽機移動,加一次鑽杆将一個平面鑽完,再接鑽杆進行下一個平面,而立鑽法,也可稱垂直打法,即一個井一個井按順序先1、3、5、7再2、4、6、8的進行。兩種方法的選用,視地層條件及所用機具而定。
4.鑽井機具:除前述專用鑽機外,沖擊,回轉,沖擊回轉以及正反循環洗井法都能使用。當然嵌入基岩的牆以全斷面反循環鑽井法為最好。
5.連續牆鑽進實例:我國某水庫,地下連續防滲牆。
(1)地層情況,沖積砂卵石層厚3~8.5米,含泥砂卵石層2~6米,冰碛堆積層1~6.5米,風化基岩1~4米,半風化層2~10米,其中冰碛層以下不透水。
(2)工程質量及要求:
牆長645.38米,牆的總面積19290米。
牆厚0.6米
要求:中心線不得偏離0.3米
深度:進入風化層0.5米,嵌入冰碛層4.6~5米,端頭井斜小于2%;
槽底沉澱物小于10厘米。
(3)所用機具:使用可以正、反循環的回轉鑽機,三翼形刮刀鑽頭,進入基岩時換滾刀鑽頭,反循環排渣,泥漿固壁。
(4)槽長:根據地層條件分别為3~7.2米不等。
(5)鑽槽方式:如長6米槽,布19個井,單數井為切線井然後在兩井之間再鑽一井排列号為雙數,實鑽次序有時兩端井,一鑽到底,待測斜合格後,再平打中間井。
(6)排井鑽進應注意的問題:
在鑽中間井時,每層均需檢查,切掉小牆及兩井間的小角。
利用震動篩并加長沉澱槽,盡量排除泥漿中岩屑,減小槽底淤積層;
實踐中證實,隻有基岩中留有小牆需進行處理,其他地層尚好。
(7)造槽效率:表2為造槽時,單井效率;
造槽時單井鑽進效率 表2
項目 |
粘土層 |
砂卵石 |
水積層 |
土狀風化 |
塊狀風化 |
混凝土 |
鑽進效率 米/時 |
7.62 |
2.91 |
1.32 |
0.86 |
0.53 |
1.61 |
生産效率 米/日 |
43.33 |
30.08 |
14.45 |
5.61 |
2.97 |
11.38 |
平均效率 米/日 |
36.10 |
24.63 |
13.92 |
5.11 |
1.84 |
9.45 |
最高效率 米/班 |
20.12 |
23.76 |
4.88 |
3.31 |
2.65 |
7.56 |
(8)排井造槽的質量:經過開挖檢查;
用全斷面反循環鑽井造槽時,牆厚是上小下大,超寬系數平均1.57,最大1.8。
沖擊法鑽井造槽時,牆厚是上大下小,變化幅度也小,超寬系數為1.1。
井的垂直度可以滿足設計要求。
(9)取得的經驗:通過六個月工作,取得如下幾點。
确認全斷面反循環鑽井法,完全适用于排井造槽;
泥漿固壁造槽,效果是好的;
導向槽是保證造槽的關鍵措施,應嚴格按設計方案裝設,防止造槽中坍塌。
應選用強度高,扭矩大的鑽井機;
用經濟手段,計件工資是有效的管路辦法。
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