松散地层

松散地层（精选6篇）

松散地层 篇1

1 概况

1.1 工程实例

笔者作为四川省松潘县龙安堂水电站的投资方现场负责人、施工总承包方 (最大股东) 项目经理, 全程参与了方案制订和施工。该水电站为引水式, 总装机11 MW, 设计水头193.2 m, 流量7.6 m/s, 混流式水力发电机组, 砼重力坝 (最大坝高16 m) , 有压引水隧洞 (长7.8 km) , 过水断面积5.8~7.2 m², 装机多年平均利用小时4 875 h, 多年平均发电量0.54×108 k W·h。2005-07开工, 2010-08建成。投资方为松潘县松川水电开发有限责任公司, 设计方为四川省凡永设计有限公司 (水利水电乙级) , 监理方为四川省成化工程项目管理有限公司 (水利水电乙级) , 施工方为江河建设集团有限公司 (水利水电总承包一级) 。

1.2 地形、地质

工程位于川西高原山区松潘县岷江乡岷江村至大姓乡云昌村, 岷江上游左岸一级支流大姓河, 河流两侧多为高山, 少量台地, 山势陡峻, 平均坡度大于50°, 植被较差。厂区高程2 785 m, 隧洞沿线岩性不一, 节理、裂隙较发育并伴有多条贯穿性断层, 洞顶埋深普遍较大, 裂隙水较丰富。

1.3 工程布置

本项目为流域梯级水电开发, 本工程是第二级, 由首部挡水坝、取水口工程, 引水隧洞工程和厂区主副厂房、升压站工程三部分组成。

2 进口隧洞开挖

2.1 方案确定

受地形条件限制, 隧洞进口段位置可选择比较方案几乎没有, 进口处有一大片第四系松散堆积层, 开挖工程量巨大。经地质勘探, 该片松散堆积层为崩坡积层, 由孤石、漂卵砾石夹砂、亚黏土组成, 卵砾石成分主要为粉砂质板岩、钙质石英砂岩, 卵石粒径一般为0.4~1.2 m, 少数孤石最大粒径可达2 m以上, 密实, 平均容重2.34 g/cm³, 沿隧洞轴线方向长106 m, 洞顶以上高度在12~163 m之间。该松散层隧洞进口段开挖, 参建各方根据现场地形、地质实际, 结合同类工程施工经验, 协商一致确定如下方案:

洞轴线:遵循平顺原则, 沿山势走向布置, 在106 m长度松散层范围内中间处设一个168°的大转角, 并以半径为180 m的弧线连接。

断面形式:进口处为矩形, 设15 m渐变段过渡到松散层的城门洞形, 最后设15 m渐变段过渡到正常岩基的马蹄形。

开挖方式:阶梯式, 上层高2 m, 下层高1.2 m, 错位3 m左右。一般段以小进尺钻孔爆破为主, 特别软弱松散段以人工开挖为主。

施工支护:中心角90°范围内的顶部先打Ф25超前锚杆, 长3~4 m, 间距0.5~0.8 m。开挖后喷水泥砂浆封闭, 再用双层钢筋支架 (代替永久受力筋) 支护, 间距0.5~0.8 m。

衬砌结构:按劣V类围岩进行分析计算。

2.2 开挖施工

2.2.1 钻孔

手持式风钻造孔, 一般地段孔深1.5 m, 遇岩性不一卡钻或松散段孔深1.2 m。

2.2.2 孔位布置

周边孔直墙段以上顶拱孔间距35 cm, 其余47 cm, 两者间分别设38 cm、41 cm、44 cm三个过渡孔。设6个掏心孔, 正五边形布置, 边长27 cm, 正中间一个, 余孔间距58 cm左右, 上下层孔错位布置。

2.2.3 用药量

单孔用药量根据钻孔时的地层情况确定, 一般为2~4节铵梯炸药, 电雷管起爆。

2.2.4 出渣

爬渣机结合人工装渣, 拖拉机运渣。

开挖施工难点:钻孔遇孤石或大块卵石时易卡钻、易掉块光面不易控制。可采取的措施有:控制每轮掘进进尺, 浅孔有利于防止卡钻;单孔用药量根据岩性和孔深适时调整。结果:平均日进尺3.2 m, 无坍塌发生, 光面效果尚可;除个别孤石处外, 其他最大超挖量5 cm, 最大欠挖量3 cm, 欠挖处用人工二次修凿予以处理, 有三处拱顶渗水, 渗水量不大, 呈滴状。

2.3 支护施工

2.3.1 锚杆

在起拱线中心角90°范围内的顶拱先打Ф25超前锚杆, 正常情况长度4 m, 遇卡钻等地层复杂处不低于3 m, 否则更换孔位重打, 间距自顶孔的0.5 m过渡到两侧的0.8 m。

2.3.2 喷浆

每掘进3~5 m全断面喷水泥浆封闭围岩, 普通早强硅酸盐水泥, 水泥用量750 kg/m³, 掺加35 kg速凝剂, 混合天然砂, 最大粒径5 mm, 湿喷。

2.3.3 钢筋支架

喷浆24 h后架设钢筋花支架, 内外层间距55 cm, 纵向间距20 cm, 主筋Ф25, 连接筋Ф16, 每架分4段, 现场拼装。相邻支架焊缝错位60 cm, 支架间距50~80 cm, 支架与墙身留5 cm保护层, 每50 cm焊接5 mm厚“T”型钢板顶住围岩。

2.3.4 支护施工难点

超前锚杆易卡钻, 位置不易掌握, 喷浆、钢筋架支护间歇施工, 要求两者作业工人合二为一, 否则不利于人力资源的有效利用。结果:施工中未发生坍塌和掉块现象, 三处渗水点虽有滴水但均为清水, 无细颗粒带出。

3 衬砌

隧洞整体开挖后按设计要求进行衬砌施工。

4 结束语

经检测, 该工程施工符合规范和设计要求, 经隧洞整体通水和放空检查, 一切正常。松散地层隧洞开挖关键是要选择可行的施工方案, 施工中要找准孔位、合理布孔, 控制好进尺、用药量, 技术人员要掌握现场第一手情况, 以适时调整施工参数;要随时观察围岩变化, 特别是加强易掉块段和渗水地段的观察, 及时做好施工支护。只要准确掌握现场情况, 松散地层段隧洞一样可以正常施工。

摘要：通过松散地层隧洞开挖实例, 介绍了施工参数和注意事项。

关键词：隧洞开挖,开挖方式,支护施工,孔位布置

公路隧道穿越松散地层施工工艺 篇2

1.1 材料

施工用主要材料为普通硅酸盐水泥(强度不低于42.5MPa)、C 25混凝土、C 20喷射混凝土、Ⅰ级钢筋、Ⅱ级钢筋、钢拱架、锚杆、小导管、钢管、钢钎、支护钢板。

1.2 施工前测量工作

1)导线控制点、水准点复测完毕,并完成导线点的加密工作。

2)根据设计图纸,准确计算出隧道中线、设计高程等内业数据,并在施工现场放出掌子面开挖轮廓线。

1.3 试验项目

1)C 20喷射混凝土、C 25衬砌防水混凝土和水泥浆、水泥砂浆的水灰比,并进行验证试验。2)对所进场钢筋、钢管、支护钢板、锚杆、水泥、砂子进行检验,合格后方可用于施工。

2 操作工艺

2.1 超前锚杆施工操作方法

1)尽可能缩短围岩暴露时间,开挖后立即对开挖面进行初喷,初喷厚度3cm～5cm,封闭工作面,填充围岩裂隙,固定松动岩石;2)架立网构钢架支撑,并做好纵向联结支撑;3)第一次测量,标出超前锚杆孔的位置,并核对隧道净空;4)钻机钻孔,钻孔的外倾角一般在6°～12°;钻孔间距在0.2m～0.4m;5)钻孔注浆,注浆时将注浆孔插到孔底,待孔内砂浆流出方可停止注浆;6)迅速插入锚杆,锚杆长度应保证在开挖后留在围岩内的长度不小于0.7m;7)挂钢筋网,将钢筋网焊接在锚杆外露端,并采用横向短钢筋,筑构联合支撑体系;8)清除工作面底部附近的浮渣,采用装载机配合自卸车出渣;9)第二次喷射混凝土,喷至设计厚度。

2.2 超前小导管施工操作方法

1)适用于围岩为砂粘土、粘砂土、亚粘土、粉砂、细砂、砂夹卵石夹粘土等非常松软,破碎的土壤;2)尽可能缩短围岩暴露时间,开挖后立即对开挖面进行初喷,初喷厚度3cm～5cm,封闭工作面,填充围岩裂隙,固定松动岩石;3)测量布孔,将小导管位置准确放出;导管间距视围岩松散情况布设,间距0.6m～0.7m;4)搭设钻机工作平台,准确定位,调整好角度即可开始钻孔,钻孔外倾角一般为5°～10°;5)钻好孔后,采用液压千斤顶或液压钻将小导管顶入孔内;小导管前部2.5m～4m范围按梅花形钻好6注浆孔;6)将管口封闭,调制水泥浆水灰比为1∶1,注浆时水泥浆与水玻璃体积比为1∶0.5;采用注浆泵进行注浆,初始压力为0.5MPa～1.0MPa,终压为2.0MPa,并持荷2min封闭。

2.3 插钎法施工操作方法

1)插钎法适用于粒径较大的石块、碎石堆积层,或有粘砂土充填而胶结为中等密实的漂卵石地层;2)根据具体地质情况确定插钎的间距及范围;3)采用风镐或人力将2m左右的钢钎或短钢轨(入土一端端尖)沿最前一排支撑上缘向工作面打入,方向向外倾斜;4)做好插钎后,挖去掌子面上部围岩,同时嵌入横梁进行支护;5)挖去掌子面下部围岩,同时架设立柱、底梁纵撑。

2.4 插板法施工操作方法

1)插板法适用于石屑堆积,砂层或软塑地层;2)插板一般采用宽0.1m左右,长0.7m～1.0m的长板,前端劈尖;3)工作面防护,设置护板;4)隧道开挖,同时自上而下拆除护板。

2.5 钻钎护顶法施工操作方法

1)钻钎护顶法适用于颗粒大小不均,且无粘结物充填的漂卵石地层;2)将导坑掌子面用背拆或木板背紧,有砂部分用草袋堵塞;用凿岩机在横梁下缘向上钻孔,外倾角不小于30°;3)架设立柱和纵梁作为工作面支护,然后插入钢钎,钢钎长1.5m～2m,间距一般为20cm～25cm;钎尾用铅丝系于横梁上;4)开挖导坑至拱线处,抽换掉纵梁的立柱,在高于衬砌断面处架设横撑;5)向两侧继续进行扩大,采用扇形支撑,自上而下,边挖边支;6)开挖后尽快进行初期支护。

3 成品保护

1)超前锚杆、小导管注意不要弯折。2)支护钢架搬运应轻拿轻放,防止变形损坏。3)超前小导管、注浆锚杆的水泥浆、砂浆应达到设计强度后方可爆破开挖。

4 应注意的问题

4.1 超前支护施工

1)当遇砂、软土等特别松软的地层时,应慎重选择支护方法及其参数。2)应保证拱架的架设质量及拱脚处的地基有足够的承载能力。3)开挖宜采用微震动爆破,以免引起围岩过大的扰动和破坏。4)锚喷支护要及时,并确保施工质量。

4.2 分部开挖施工

1)开挖时,应预留核心土。2)在松散的碎石或砂层中开挖时,应准备草束或麻袋,随时堵塞缝隙,以免漏砂造成空洞引起坍塌。3)每一级台阶支撑架设应有锁脚锚杆,防止开挖下一级台阶时发生坍塌。4)支撑架设应预留沉落量。5)上下台阶之间的距离应尽量缩短,衬砌要紧跟。6)衬砌应隔适当距离设置沉降缝。7)衬砌封闭后,应向衬砌背后压注水泥砂浆加固。

5 安全环保措施

5.1 安全操作要求

1)施工现场必须设置专职安全员,负责现场施工安全和指挥现场运输车辆电工必须持证上岗施工用电必须由专职电工管理。3)开挖后应先排除危石后再进行下一道工序。4)施工现场应保证有充足的照明设施。5)特种机械操作人员必须持证上岗。6)加强对开挖后的隧道进行收敛量测观察,防止隧道变形过大而坍塌。7)施工现场人员必须戴安全帽。

5.2 环保操作要求

1)开挖的土石方应堆放在指定地点,不得乱堆、乱弃,影响周围环境不得影响运输安全和河道疏洪能力现场要配备足够的洒水车,确保施工现场及施工便道不扬尘。3)尽量减少施工噪声和夜间施工,避免扰民现象。4)机械车辆途经居住场所时应减速慢行,禁止鸣叫喇叭。5)施工现场配备通风机,使洞内保持新鲜的空气

参考文献

松散地层 篇3

1工程施工难点与重点

施工人员首先对该铁路段的地基具体情况展开了分析, 依据分析结果, 施工人员认为需要对其进行保护以及治理, 否则整个工程的施工质量都将会受此影响, 同时也会造成一定的经济损失, 这是由于该饱和松散地层沉陷区下面有着丰富的矿产资源, 如果为了路桥施工而选择不开采, 这些矿产资源得到不有效利用将会十分浪费。但是要想使这些矿产资源得到合理的开采, 路桥施工路线就需要改变, 完全的避开开采区, 但如此来看, 工程施工成本会明显增加, 可能会影响路桥施工进度, 而且后期的经济效益也难以在短时间内收回。所以综上所述, 上述两种方案都不适宜。为此, 施工人员决定应用原位治理方法, 即对饱和松散地层沉陷区处进行原地治理, 改变地层情况。这样既能够保证矿产资源得到合理开采, 同时也不会对土地造成浪费, 使得整个工程效益都会得到保障。

2饱和松散地层沉陷区路桥施工工程治理方案思路

在未真正确定治理方案时, 工程技术人员联合施工人员对该地层情况进行了具体分析, 尤其是重点分析了其垂直下沉扰动率以及在移动的情况下产生的变形情况。经过综合性分析, 技术人员最终确定该地层如果要开采矿产, 其所能够引起的扰动范围大约是基础的10-20cm, 本工程施工时选用的是箱型结构桥梁基础, 在基础加固时, 既要对该型式的桥梁基础进行加固, 还需要对其10-20cm的范围进行加固, 并且重点进行加固。同时, 技术人员通过对其移动变形规律的研究探讨, 发现矿产开采后, 该区域内的土层会发生垂直移动变形, 而且对其上部土层影响范围大约在40-60cm, 这主要是由于开采厚度直接影响着扰动程度, 因此在开采时尽快的减少厚度, 就可以降低地层上部土壤的扰动。通过上述分析可以总结这样的结论, 路桥正式施工是, 桥梁加高量要保证与地下矿产开采时所产生的下沉了相同, 这样当地层垂直下沉时, 就不会对桥梁施工产生严重的不利影响。通过大量的分析研究, 技术人员与施工人员共同商定以地基加固技术为基础, 而后再此基础上在选择应用碎石格宾石笼加高技术, 与此同时运用钢筋混凝土框架结构技术, 三者有效的结合, 即可解决该铁路施工所面临的饱和松散地层沉陷区的问题。

3饱和松散地层沉陷区路桥工程治理关键技术

3.1地基加固技术。从对本工程的地质情况进行分析后, 可以确定, 一旦沉陷区地下的矿产开始开采, 就会引起大幅度的沉陷, 路桥地基的承载力就会大大降低, 为此必须要对采动区的路桥地基进行有针对性的加固处理。加固设计时, 不但要注意提高土体的强度, 还要能够使其有效的降低矿产开采对地基产生的扰动。为此, 本工程决定采用柔性桩来进行地基加固处理, 包括水泥搅拌桩、高压旋喷桩等施工技术方法在内的柔性桩可以形成复合桩基, 极大的提高了地基的稳定性和抗压能力。

3.2碎石格宾石笼加高技术。铁路下沉1 m, 桥梁采用具有柔性及渗透性的石笼格宾结构来加固加高;桥梁开采下沉1-6m过程中, 下沉高度达到2层石笼高度时, 进行石笼加高和轨面调整, 直到下沉高度达到6 m, 上部石笼用斜拉杆与桥面连接;箱体沉降高度达到6m时, 分箱体拆除石笼, 进行箱体结构加高, 直到完成全部箱体结构加高。加高方案设计图如图1, 单个格宾网长度为3 m, 宽度为1 m, 高度为0.5 m, 网目尺寸80 mmx 100 mm, 铁丝直径2.5mm, 拉筋型号HRB335, 长度5.5 m, 直径32 mm填石块径大小在75-150。

3.3采动过程中钢筋混凝土框架结构设计与施工。该铁路桥位于矿井上方, 因此需要对待建铁路桥梁采取抗采动设计措施, 桥体结构采用专门抗采动变形组合框架桥。桥体设计长为163 m, 桥宽为8 m, 每个箱体为10 m长, 中间9个箱体高10 m, 每边布置4个8m高, 顶、底板厚各为0.8 m的箱体。桥梁顶面标高为85.60m, 由于桥梁建设过程中可能受到采动下沉影响, 桥梁的高度会有所变化。处于采动下沉混凝土的浇筑对混凝土的密实性、结构的整体性和构件的尺寸准确性起着决定性的作用, 故在采动过程对于混凝土浇筑, 需采取一系列技术措施来保证混凝土工程的质量。包括做好施工前的准备工作、控制浇筑层的厚度、控制浇筑间歇时间等。

3.4做好现场试验工作。该铁路桥施工完成后, 工作人员对其质量情况进行了检测, 其中检测的内容就是下沉情况, 最终结果表明整个桥体最大的下沉量2.15m, 位于铁路桥东侧, 而最下沉量则为1.28m, 位于桥梁的西侧, 因此全桥表现出西高东低的态势。与现场观察的情况是吻合的。全桥东西向倾斜达到了5.325mm/m, 大大超过了一般桥梁结构所允许的最大倾斜值。采用组合框架桥结构, 成功实现了饱和松散地层沉陷区的桥梁建设, 满足了沉陷区大幅度不均匀沉降的特殊要求, 取得了较好的经济效益和社会效益。

4结论

综上所述, 可知饱和松散地层沉陷区对路桥工程施工非常不利, 而如果要重新改路线, 施工成本将会大大提高, 因此选择就地处理方法最佳。本工程在运用了上述治理方法, 工程不仅顺利完成, 而且通过了治理检验, 整体效果非常好。因此该治理方法, 完全可以推广到其他饱和松散地层沉陷区工程建设中。

摘要：饱和松散底层是路桥工程施工中比较常见的一种不良地层, 此种类型的地层稳定性非常差, 在其上部进行施工, 非常容易沉陷, 因此在进行路桥工程施工之前, 必须对该地层进行处理, 以此保证路桥工程后期的使用效果, 不会对行人车辆产生不良影响。本文主要以某路桥工程为例, 对其施工难点与重点进行了介绍, 在此基础上, 着重分析了治理方案以及关键性技术, 仅供参考借鉴。

关键词：饱和松散地层,路桥工程,关键技术

参考文献

[1]易四海, 郑志刚, 滕永海.厚松散层条件下综放开采地表沉陷规律与机理[J].煤矿开采, 2011 (4) .

[2]王刚, 郭广礼, 李伶.开采沉陷区高等级公路观测站设计[J].煤矿安全, 2011 (8) .

[3]谭志祥.采动区建筑物地基、基础和结构协同作用理论与应用研究[D].徐州:中国矿业大学, 2004.

[4]于广云, 夏军武, 王东权.采动区铁路桥沉陷加固治理[J].中国矿业大学学报, 2004 (1) .

松散地层 篇4

1 工程治理难点分析

在对本段路桥工程的地基条件进行分析之后, 工程人员初步判定必须要采取一定的特殊保护措施和治理方案, 否则很难保证工程的施工质量。这是因为在该沉陷区的地下有较多的矿产资源, 若为了保证路桥质量而不开采这部分矿产, 则将会造成大量的矿产资源浪费。而要开采这些矿产, 还可以通过改变路桥线路的方法来避开开采区, 但这样一来, 因为工程变更所引起的费用增加较大, 难以保证路桥工程的经济效益。所以说, 这两种方法都不是最佳的治理方法。在此情况下, 技术人员通过深入研究, 决定采用原位治理的方式来对该路段饱和松散地层沉陷区的地基进行治理。这种治理方法不但不会影响地下矿产的正常开采, 而且还能够极大的节约土地, 提高工程的整体效益。

2 治理方案的基本思路

在确定沉陷区的地基治理方案之前, 技术人员首先对该地区施开采后垂直下沉扰动率和移动变形规律进行了分析。确定了矿产开采所引起的扰动范围是箱型结构桥梁基础周围的10-20m范围之间, 所以在地基加固中也应该将这部分区域作为主要的加固部位。另外, 从移动变形规律的分析上来看, 在矿产开采后, 土体会出现垂直的移动变形, 且其对上覆土体的扰动影响主要是在地表下40-60m的范围内, 且开采厚度与扰动程度呈正相关的关系, 所以如果减小开采的厚度, 则能够很削弱其对上覆土体的扰动影响。基于此, 在路桥施工中, 桥梁的加高量必须要和开采后地面的下沉量保持一致, 这样才能避免地面垂直下沉对路桥的正常施工产生较大危害。经过研究分析后, 技术人员最终确定了本路桥段的地基治理方案。即同时采用地基加固技术、碎石格宾石笼加高技术和钢筋混凝土框架结构技术相结合的施工方案。

3 治理工程的关键技术分析

3.1 地基加固技术。

从对本工程的地质情况进行分析后, 可以确定, 一旦沉陷区地下的矿产开始开采, 就会引起大幅度的沉陷, 路桥地基的承载力就会大大降低, 为此必须要对采动区的路桥地基进行有针对性的加固处理。加固设计时, 不但要注意提高土体的强度, 还要能够使其有效的降低矿产开采对地基产生的扰动。为此, 本工程决定采用柔性桩来进行地基加固处理, 包括水泥搅拌桩、高压旋喷桩等施工技术方法在内的柔性桩可以形成复合桩基, 极大的提高了地基的稳定性和抗压能力。

3.2 碎石格宾石笼加高技术。

铁路下沉1 m, 桥梁采用具有柔性及渗透性的石笼格宾结构来加固加高;桥梁开采下沉1-6m过程中, 下沉高度达到2层石笼高度时, 进行石笼加高和轨面调整, 直到下沉高度达到6 m, 上部石笼用斜拉杆与桥面连接;箱体沉降高度达到6m时, 分箱体拆除石笼, 进行箱体结构加高, 直到完成全部箱体结构加高。加高方案设计图如图1, 单个格宾网长度为3 m, 宽度为1 m, 高度为0.5 m, 网目尺寸80 mmx 100 mm, 铁丝直径2.5 mm, 拉筋型号HRB335, 长度5.5 m, 直径32 mm填石块径大小在75-150。

3.3 采动过程中钢筋混凝土框架结构设计与施工。

该铁路桥位于矿井上方, 因此需要对待建铁路桥梁采取抗采动设计措施, 桥体结构采用专门抗采动变形组合框架桥。桥体设计长为163 m, 桥宽为8 m, 每个箱体为10 m长, 中间9个箱体高10 m, 每边布置4个8m高, 顶、底板厚各为0.8 m的箱体。桥梁顶面标高为85.60m, 由于桥梁建设过程中可能受到采动下沉影响, 桥梁的高度会有所变化。处于采动下沉混凝土的浇筑对混凝土的密实性、结构的整体性和构件的尺寸准确性起着决定性的作用, 故在采动过程对于混凝土浇筑, 需采取一系列技术措施来保证混凝土工程的质量。包括做好施工前的准备工作、控制浇筑层的厚度、控制浇筑间歇时间等。

除此之外, 在地基或地基土上浇筑混凝土, 应清除表面的淤泥和杂物, 并应有防水和排水措施;对于干燥的非豁土性土, 应先用水湿润;对于未风化的岩石, 应先用水清洗, 表面不得留有积水, 然后再浇筑混凝土。混凝土自高处自由倾落的高度不得超过2 m, 在桥体竖向箱壁结构中浇筑混凝土的高度不得超过3 m, 否则得采用串筒、溜管或振动溜管等工具下料, 以避免混凝土出现离析现象。

3.4 现场试验。

大桥正常运营后对大桥下沉情况进行测量, 结果显示全桥最大下沉量2.153 m, 出现在桥东侧, 而全桥最小下沉量1.285m, 出现在桥的西侧, 整个大桥呈西高东低的态势, 与现场观察的情况是吻合的。全桥东西向倾斜达到了5.325mm/m, 大大超过了一般桥梁结构所允许的最大倾斜值。采用组合框架桥结构, 成功实现了饱和松散地层沉陷区的桥梁建设, 满足了沉陷区大幅度不均匀沉降的特殊要求, 取得了较好的经济效益和社会效益。

结束语

综上所述, 在一些地质层和周边环境条件较为复杂的情况下, 路桥工程建设可能会遇到较大施工难度。但是只要充分结合实际情况采取合理的治理措施, 必定能够取得很好的施工效益。在本工程的饱和松散地层沉陷区, 路桥施工中采取了采动地基加固技术, 碎石格宾石笼加高技术及采动过程中钢筋混凝土框架结构设计与施工技术, 可以在饱和松散层发生严重沉陷的情况下有效维持桥的抗沉陷性能和桥面标高, 保证铁路运输, 具有很大的参考价值。

摘要：在路桥工程的施工中, 常常会面临各种各样的不良地质条件。这些不良地基将会给路桥施工带来很大的不利影响, 必须要对其进行相应的治理, 以保证路桥工程的施工质量和其后期运行的安全稳定。现本文就结合工程实例来探讨在饱和松散地层沉陷区的路桥施工中, 应该采取哪些治理技术, 以供相关人员参考借鉴。

关键词：饱和,松散层,沉陷区,路桥工程,治理技术

参考文献

[1]易四海, 郑志刚, 滕永海.厚松散层条件下综放开采地表沉陷规律与机理[J].煤矿开采, 2011 (4) .

[2]王刚, 郭广礼, 李伶.开采沉陷区高等级公路观测站设计[J].煤矿安全, 2011 (8) .

[3]谭志祥.采动区建筑物地基、基础和结构协同作用理论与应用研究[D].徐州:中国矿业大学, 2004.

浅谈松散砂砾岩地层钻井取心工艺 篇5

一、浅层松散、砂砾岩地层取心技术现状

1. 浅层松散、砂砾岩地层取心面临的问题

松散、砂砾岩地层取心是指在特别松散、胶结性差易破碎、易水化、高含水、不均质含砾、大砾径砂砾岩等地层取心的统称,在这些地层取心往往难度大、复杂程度高,不易得到理想的效果,造成以上结果的主要原因是:

(1)地层胶结物强度低,岩心不易成形,难以进入取心工具。

(2)当岩心胶结物具有较强水敏性时,在水基钻井液冲蚀下,岩心承载能力降低,易坍塌破碎,造成堵心、磨心现象的发生,影响取心技术指标。

(3)在胶结松散、不均质含砾砂砾岩取心过程中,取心工具振动易造成岩心断裂、破碎,同时容易发生砾石堵心,甚至发生砾石卡钻的现象。

(4)岩心的出筒过程中,由于岩心柱受力状态发生变化,岩心易坍塌破碎,岩心成形率低,无法选样。

2. 浅层松散、砂砾岩地层取心面临的问题

综上所述,虽然现阶段常规取心的各项技术已较为成熟,目前在国内普遍使用的常规取心工艺,在地层胶结性好易于成形的常规地层取心,能够满足取心技术指标和岩心质量的要求,但在胶结强度低、岩心承载能力差的特种地层取心,很难达到理想的效果。因此,在浅层松散、砂砾岩地层的取心,在国内外各油田仍是一项难题。

二、浅层松散、砂砾岩地层取心突破

5-2北区块超稠油油藏是在新生代条件下发育起来的陆相断陷盆地油藏。其明下段馆陶组油层岩石结构主要为含砾砂岩和砂砾岩,砾石一般为3~80mm,大者达80~110mm,且分布不均。储集层岩石中砾石、砂岩和泥质存在较大的差异,取心钻进中,先钻出的岩心不仅不能及时进入岩心筒,而且还会受到砾石的挤压和搅动,于是胶结较差的岩心将被破碎而冲到环空。当钻遇砾石较多的层段和较大尺寸时,一方面会影响钻头平稳工作,降低钻速;另一方面砾石将有可能堵住内筒而使后续岩心不能进入岩心筒就被钻掉;再者即使进入内筒的砂岩也会因砾石和砂岩分散而造成堵心,而使岩心收获率降低。

1. 影响收获率的原因

北2井松散、砂砾岩取心作业过程中,影响收获率等技术指标的因素多种多样。经分析,主要有以下几种:

(1)地层砾石容易造成堵心,且堵心后参数变化不明显,不易判断;(2)地层松散,岩心承载能力差;(3)取心钻进期间,取心工具振动,对所取岩心成柱性的破坏作用;(4)岩心出筒时,因岩心受力状态变化,造成岩心破碎。

2. 改善措施

依据以上分析,为解决松散地层取心难的问题,在新取心工艺的探索过程中,可从以下几个方面着手:

(1)加强对砾石堵心的判断

北2井取心层段从头至尾都含砾石,只是多少与砾径大小的区别,在砾石层保证取心收获率正是该井的一大作业难点。

对于偶含砾层段,分两种情况。一是当砾石直径较小,不大于5cm的层段,取心作业时,取心钻头在井底基本能保持稳定状态,对取心收获率基本无影响。而对于砾石直径大于5cm时,砾石在井底受力不均,取心工具易抖动,同时由于该井取心段岩性为泥质胶结,较疏松,使得砾石在井底滚动磨心,不易进筒,同时极易发生堵心。现场操作中由于疏松砂岩堵心后钻时等参数没有明显变化,造成判断困难,丧失割心最佳机会,造成堵心后的磨心,从而造成收获率偏低。

对于含砾石较多即砂砾岩层段,砾石直径大小不一,且基本不胶结。取心钻进时,钻头切削地层,受力极不均匀,取心工具抖动憋跳严重,砾岩破碎后砾石滚动互磨,岩心基本上不会成形,极易造成岩心磨损,进筒困难,并且极易发生卡心堵心。

因此,在取心钻进中,密切关注各项参数变化,有异常情况(如扭矩突然增大,机械钻速明显变化等)时果断决策、及时割心,减少浪费进尺,并且根据上一筒心取心结果制定下一筒心取心策略,可有效提升取心收获率。

(2)减少岩心承载压力

岩心成柱性较好时,岩心易成形且能保持稳定,从而岩心进筒顺利,取心作业平稳,收获率容易保证。相反的,岩心疏松成柱性差时,岩心不易成形,自身承压能力差。取心钻进时,进尺达到一定程度时,后续岩心不足以克服上部岩心自重,造成压碎岩心,从而进筒困难甚至不进筒,导致收获率偏低。另外,由于岩心承载能力差,进筒疏松砂岩由于自重压缩导致丈量长度较实际长度要短,铝合金衬筒内径110mm,取心钻头内径100mm,松散岩心进筒后,由于不成形,充满衬筒后长度相应减少,也会降低取心收获率。在北井,岩心承载能力不足也是取心作业中的另一大难点因此,在取心过程中应通过控制取心进尺等方法,降低衬筒内岩心的承载压力,减小发生堵心的可能,提高取心收获率。

(3)提高工具工作的稳定性

实际钻井过程中,绝对垂直的井眼几乎是没有的,另外取心时工具内、外筒所承受压力也是不同的,这都会导致内、外筒在取心期间不在同一轴线上。当取心工具旋转时,内、外筒间的摩擦阻力就会大大增加,使其常常会超过内筒与岩心柱间的摩擦阻力,致使内筒开始转动,产生对岩心的作用力。严重时致使岩心破碎,影响取心成形率等技术指标。

因此,保证内筒工作稳定,在取心工具上部合理安放钻具扶正器,可有效提高取心钻具的稳定性,改善岩心在内筒的受力,可提高岩心的成形性,有利于提高取心技术指标。

(4)提减少出筒岩心受损

常规取心工艺,在岩心出筒时,由于岩心柱受力状态发生变化,以及外力的影响,特种松散地层的岩心,因胶结强度低,极易破碎。这就会减小岩样的选择范围,降低地质资料的完整性。

为解决该问题,在取心过程中,选用冷冻保型取心,配合铝合金衬筒。同时应考虑采用特殊的岩心保护技术,来减少岩心柱受力状态的变化,以及出心操作对岩心的扰动,从而达到解决出筒岩心受损的目的。

三、取心成果

松散砂砾岩地层取心技术应用在北井作业中,克服地层及其松散、地层不均质含砾和岩心成柱性差等难点,完成取心任务。全井共计取心78筒,进尺204.00m,心长166.60m,收获率81.67%。远超国家特殊地层取心标准(50%),在浅层松散、砂砾岩特殊地层取心均实现新突破!

四、结论

1.通过优化技术措施,改进取心工具和改良取心工艺,北井特殊地层取心作业取得较好的成果,在后续的松散、砂砾岩地层取心作业中可以持续推广。

2.针对变化程度差异大的特殊地层或类似地层取心,取心中控制进尺,并且要掌握好进尺以及割心位置,可适当提高取心收获率。

3.作业前多部门联合决策,现场充分授权,现场作业时灵活操作,果断决策,有异常及时果断割心,避免浪费进尺;作业中不强调时效,全力保证取心收获率。

松散地层 篇6

城市要想高速发展, 城镇化建设就必须加快步伐, 这就导致了城市建设用地越发的紧张。对于某些大中型城市, 建筑用地更是寸土寸金, 因此地下空间成为建筑开发的另一片区域。对于一些富含地下水并且以卵石层为主的地层, 由于地层中有地下水且地下水位较高, 致使建筑物上部结构和地下低洼结构的抗浮能力并不能达到要求, 进行抗浮设计就是解决这一问题的好方法之一。就目前来说, 世界上的抗浮设计方式主要有以下四种:抗力平衡法、浮力消除法、自重平衡法以及综合设计法。抗浮锚杆是地下抗浮设计的一种类型, 并且抗浮锚杆法又主要分为预应力及非预应力抗浮锚杆法。由于抗浮锚杆优点很多, 因此得到了普遍的应用。

本文讨论地层条件是富含大量地下水的砂卵砾石层且地下水位较高, 选用抗浮锚杆作为地下室的抗浮设计来完成基坑支护。但是, 因为国家对于抗浮锚杆的设计还没有提出一个相应的规范, 这就容易使得在设计和施工过程中出现一些问题, 达不到我们预期的抗浮效果。所以对抗浮锚杆在类似地层条件下的关键措施控制和其他相关问题进行探讨是很有必要的。

2 抗浮锚杆受力分析

通过剪力墙及柱, 上部建筑物的荷载很自然就传至基础, 然后再传到地基上。下面的抗浮锚杆所受的自重较大, 除此之外的部分所受的自重较小。不管采用多大厚度的基础, 下面的抗浮锚杆所受到的上部荷载也存在差别, 而且每根锚杆会受到地下水的浮力 (图1) 。

设计时每根抗浮锚杆应承担的净浮力为:

式中hz———该场地地下室基底水位与最高设防水位高差 (m) ;A———每根抗浮锚杆所承担的面积 (m2) ;G———平均分配到单位面积上的自重 (k N/m) ;

在实际工程中, 自重G是不同的, 故据计算公式 (1) 可得净浮力F静也是不同的, 目前具体如何将此净浮力进行合理的分配并没有进行理论研究。

地下土层的复杂性导致了对在不同土体中抗浮锚杆所受到力的研究很少。在设计时, 普遍认为每层上的土体对抗浮锚杆的摩擦力是均布的, 由此模型来计算所能提供抗拔力的大小。但是, 摩擦力沿土体深度分布是极不均匀的。根据《混凝土结构》, 钢筋与混凝土之间通过他们的粘结应力传递来发生共同变形的。工程界以为上述两者的粘结力是均匀分布的是在没有对两者之间的受力机理进行研究之前, 但通过试验研究之后, 粘结应力是不均匀的。钢筋端部和尾部小, 中部大, 呈鱼腹式分布。钢筋在混凝土中的受拉力的性质和抗浮锚杆在土体中的很相似。由此, 可以初步判断出其中的土体摩擦力的分布是不均匀的, 但工程界对抗浮锚杆所受摩擦力是以何种形式分配还没有明确的规定。

锚杆由、锚头锚固体及拉杆三部分组成, 锚杆是通过与周边土体的侧摩阻力而提供一定大小的抗拔力来起到加固岩土体或边坡稳定的作用。通过周边的水泥注浆体与杆体钢筋之间的侧摩阻力, 锚杆体把受到的拉力传递到水泥砂浆体中, 再周边土体与水泥砂浆体之间的侧摩阻力将力传递到周边锚固土层中 (图2) 。

影响锚杆抗拔能力的因素比较多, 在锚杆的抗拔力计算中, 首选要了解场地地质条件;锚杆锚固体直径;锚固段长度;锚杆布置的方式及安设角度等步骤。对于处于岩层中的锚杆, 按照规定严格进行水泥浆的灌注, 水泥砂浆对杆体钢筋的握裹力、侧摩阻力一般小于岩层孔壁的侧摩阻力, 所以, 水泥砂浆的强度就决定了岩层中的锚杆的最小锚固长度和锚固抗拔力;而对于处于土体中的锚杆, 水泥砂浆对杆体钢筋的握裹力、侧摩阻力要大于土体对锚孔水泥砂浆的侧摩阻力。在土体中锚杆的极限抗拔力的计算式为:

其中只有当锚杆存在扩大并该部分足够大时才计算q A这部分所提供的抗拔力。

式中Tu——锚杆极限抗拔力 (k N) ;D———锚杆直径 (m) ;L———锚杆有效锚固段长度 (m) ;τ———锚固段灌浆体与周边土体之间的抗剪强度 (k N/m2) ;q———单位面积上的土压力;A——土压力作用的面积。

我们一般假设水泥砂浆灌浆体与锚杆之间的剪应力是均匀分布的, 由此来计算锚杆抗拔极限承载力, 故对于圆柱状锚固体的拉力型锚杆的极限抗拔力表达式为

通过上述 (3) 、 (4) 两个公式计算出锚杆的极限抗拔力, 得出两个结果比较后, 取较小值。

式中P———锚杆的极限抗拔力 (k N) ;K———安全系数;Nt——锚杆轴向抗拔力设计值 (k N) ;D———锚杆锚固体直径 (m) ;d———单根钢筋或钢绞线的直径 (m) ;n———钢筋或钢绞线的根数;L———锚杆锚固段长度 (m) ;qr———地层与灌浆体之间的粘结强度设计值, 可取0.8倍标准值;qs——钢筋与灌浆体之间的粘结强度设计值, 可取0.8倍标准值;ζ———灌浆体与钢筋之间的粘结强度折减系数。

3 施工中关键措施控制

抗浮锚杆施工区域的地层为松散地层并且地层中含水量较高, 那么在钻孔过程中可能会出现护筒冒水、孔壁塌陷以及缩颈等问题。在钻孔过程中出现的问题和质量问题都必须要严格地处理, 不然对施工来说后果是很严重的。

3.1 钻孔过程的通病和控制措施

3.1.1 护筒冒水。

护筒冒水是指在钻孔中护筒外壁出现冒水或者漏水的现象。在施工中一旦出现这种现象, 对施工区域的地基质量就会造成不利的影响, 严重的会引起地基下沉, 护筒移位以及倾斜, 进而使钻孔发生倾斜, 影响工程进度。造成护筒冒水的原因大概归纳为两点:一是埋设护筒的周围土并不严实、出现较高的护筒水位差和水头太高:二是钻头在起落时与护筒发生碰撞, 导致护筒与周围土的不严实继而出现的冒水。根据上述对于护筒冒水的问题分析, 所采取的控制措施应针对埋设护筒周围的土体, 坑地周围要进行夯实一般选用最佳含水量的粘土, 并按照相关的规范要求制作和埋设护筒。同时按照施工作业的要求决定护筒开孔的高度, 使护筒里的水头高度控制在1.0m-1.5m的范围内, 确保孔内压力不低于地下水的渗透压力。钻头起落时, 要注意钻头与护筒间的距离尽量避免钻头与护筒之间发生碰撞。施工中出现护筒冒水的现象时, 必须立即停止钻孔, 对在护筒周围使用的粘土进行加固处理。如若护筒的沉降量或偏移量过大, 那么就必须要重新按照规范埋设护筒。

3.1.2 孔壁塌陷。

在松散地层钻孔经常遇见的施工质量问题之一就是孔壁塌陷。造成孔壁塌陷的主要原因与下列因素有关:土质情况 (主要是松散土层) ;泥浆的护壁效果;护筒四周没有进行紧密填封;高速钻进或者长时间的空钻;未把握好待灌时间和灌注时间。针对孔壁塌陷的问题, 应当适当地增加护筒的埋设深度, 四周用粘土做好密封措施。护筒内泥浆的水位高度是靠钻孔过程中的泥浆选用的比重和黏度来控制的。成孔后, 控制好灌注时间, 待灌时间控制在三个小时以内, 尽可能的缩短混凝土的灌注时间, 前提是不影响工程的质量。

3.1.3 钻孔偏斜。

在工程钻孔中, 钻孔的实际桩径与预期的设计桩径出现偏差。这种情况的出现, 会导致钻杆的弯曲, 进而无法完成钻孔。造成钻孔偏斜的原因有:钻机的稳定性差;在钻孔作业时钻杆弯曲或钻机震动不稳定;钻机所在地面软硬不均;施工地层中出现体积较大的孤石。为了预防钻孔偏斜, 在施工之前应对施工场地进行夯实, 尽量使钻机所在区域平整, 枕木最好均匀着地。在钻机安装的时候, 钻杆偏差控制在20cm以内, 转盘中心与滑轮要对齐, 在钻进不均匀的地层时, 钻机应该选择自重较大的。钻进的地层不均匀时或者钻进困难, 档速最好调节至慢档。

3.1.4 桩底沉渣量过多。

桩底沉渣过多, 会影响抗浮锚杆的实际效果, 导致桩基无法到达持力层, 更为严重的是会影响上部结构的稳定性, 出现安全事故。出现桩底沉渣过多与施工质量有关:一是对桩孔的检查并不认真, 成孔后的清孔不彻底以及没按要求进行二次清空;二是泥浆问题, 泥浆的比重没有达到沉渣悬浮的要求致使沉渣不能完全运出桩底和灌注的泥浆量不够;三是待灌时间没有掌握好, 使泥浆沉积了。桩底沉渣过多的处理措施:成孔后, 在距孔底10-20cm处, 将钻头提至该位置, 慢速度的空转钻头, 保证清孔时间≥30min。将孔底的沉渣进行彻底的清理, 清孔后换浆, 保证孔底不产生沉淀物的泥浆。

3.2 施工质量问题控制

3.2.1 材料质量控制。

为了确保抗浮锚杆最后的施工效果, 在施工过程中对于供应材料的质量、性能等必须严格的把控。因此, 现场操作的施工人员在施工过程必须重视操作技巧, 应当按照施工作业规范要求进行标准的作业, 避免因为不当的操作失误使材料受损, 造成不必要的损失。

3.2.2 清孔时间控制。

施工过程中必须严格控制清孔时间, 清孔时间的不合适, 无论是过长过短都会对施工作业效果产生一定的负面效果。例如, 时间太长就会导致孔壁坍塌, 使得后续的很多工序不能正常进行, 进而使施工进度受到影响不能按照施工进度要求按时完成相应步骤。因此, 在钻孔过程中最为重要的就是控制泥浆参数, 并根据不同的地层情况和钻进需求向泥浆中添加适量的外加剂, 能够使浆体有一定强度和膨胀效果。其次, 就是要控制水泥浆的水灰比, 具体操作步骤如下:选取两种成分一样的水泥浆试样, 向其中一组加入适量的外加剂, 然后观察和没有加入外加剂的一组的情况是否不一样, 最后视实际效果再来决定是否向另外一组加入外加剂。

3.2.3 避免锚杆被破坏。

在抗浮锚杆施工的同时, 基坑内还有可能进行其他的施工作业, 必须采取措施对锚杆进行保护。夜间土方开挖时, 在抗浮锚杆施工区域的四周用彩带进行围护, 任何机械不得进入该区域作业。

3.2.4 做好抗拔试验。

在地层不均匀性较明显的区域做锚杆抗拔试验时, 注意观察地面, 地表出现裂缝时, 上拔力的值就大概在锚杆极限荷载的70%—80%左右, 一般来说锚杆达到抗拔极限的征兆之一就是地面开裂现象的出现。

3.2.5 及时清运废水。

在锚杆成孔和进行泥浆灌注的过程中, 会产生一些废弃材料:废水、废弃物混合液、泥浆残渣等, 这些残渣必须要清理得及时, 避免在施工场地与其他材料混合, 导致这些废料进入到尚未进行灌注的锚孔中。

3.3 施工关键措施改进

3.3.1 提高锚固浆体强度。

在现场施工中, 我们采用的是纯水泥浆灌注, 实际效果上水泥浆的固化效果并不理想, 根据前面的试验和分析论证, 在水泥浆里面添加适量的外加剂和膨胀剂, 使浆体的的强度和膨胀效果得到提升, 所添加的具体含量分别为水泥用量的百分之三和百分之七, 这样可以使锚固体迅速膨胀, 让锚固体和周围土体的摩擦力得到提高。

3.3.2 补浆高度以及灌浆压力控制灌浆时宜将水灰比控制在0.4~0.5之间, 灌浆压力一般在0.4MPa和2MPa之间。整个灌浆过程必须要连续作业, 预留出锚杆自由段高度, 二次补浆应及时。

4 结论

针对主要是砂卵砾石层, 地下水位较高并且土体松散的地层, 在锚杆的钻孔过程中必须要对周围土体进行加固处理和泥浆配比的处理, 不能够等到问题出现了在想办法解决。所谓“磨刀不误砍柴工”, 我们应当提前做好分析, 把施工中的隐患消除, 这样既提高了工作效率同时也能提高施工质量使得施工工期按照预期的进行。本人从成孔和清空时间两个方面进行了总结:

4.1 在松散地层中施工, 成孔过程中最容易遇见就是塌孔和护筒冒水等问题。

这些问题总结下来都是与施工地层的土体有关, 因此对与护筒周围的土体严格按照要求进行加固处理, 同时泥浆的护壁效果也是息息相关的。护筒内泥浆的水位高度是靠钻孔过程中的泥浆选用的比重和黏度来控制的。成孔后, 控制好灌注时间, 待灌时间控制在三个小时以内, 尽可能的缩短混凝土的灌注时间, 前提是不影响工程的质量。

4.2 清孔时间对于孔壁来说是十分重要的, 尚未把握好清空时间就会产生一些列的负面效果。

成孔后, 在距孔底10-20cm处的位置, 将钻头提至该位置, 慢速度的空转钻头, 保证清孔时间≥30min。若达不到规定要求, 就进行二次清孔, 直至沉渣厚度孔口和返浆比重都符合设计要求为止。

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