流砂层

流砂层是旋挖钻机施工中常见的一种不良工况，多为接近于流体状态的砂粒土层。砂粒土通常是指组成中粗粒(粒径>0，075）的含量占50%以上、砾粒含量<50%、粘粒含量极少、以砂粒为主的土。砂粒土的矿物成分以石英，长石及云母等原生残余矿物为主，其塑性极低或无塑性。砂类土一般都没有连结，呈单粒结构，透水性强、压缩性低，且压缩过程甚快，内摩擦角较大，承载力较高。砂土的物理力学性质与砂粒大小和密实度有密切关系，在砾砂、粗、中砂土中表现尤为明显。一般认为砂土的抗剪强度符合库伦—摩尔准则，同时考虑土的有效应力原理。

饱和粉细砂在振动作用下趋于密实（剪缩性）导致土中孔隙水压力骤然上升，有效应力相应减小，抗剪强度亦降低。当孔隙水压力逐渐积累时，颗粒间的有效应力相应降低甚至消失。所以当σ=μ时，砂土的抗剪强度等于0，此时砂土在瞬间变为接近于流体状态，即发生了液化现象。

粉砂、细砂、砾砂层等地层受结构松散、地下水位高、抗剪强度较差的影响，工程施工中特别容易发生潜蚀，塌孔等现象，造成扩径、超方、泥浆含砂量高、沉渣层过厚等施工质量问题，甚至会发生局部坍塌或桩孔整体坍塌，进而埋钻等严重后果。在该地层施工最安全的方法是采用全护筒，但由于代价昂贵，很难在国内使用。在目前国内现有条件下，只能通过有效使用泥浆护壁和改进钻进操作方法等工艺手段，来防止事故发生，最大程度降低事故出现率，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县施工，现场使用的是徐工XR280D型旋挖钻机成孔桩径1.8m，成孔桩深48m。在地下20~35m处为粉细砂地层，周围河流众多、地下水丰富，砂粒处于悬浮状态而失去稳定，能随渗流的水一起流动，形成流砂现象。

二、问题分析

现场观察地质条件，结合现场钻取出的钻渣，发现该工程钻进的难点主要有两点：

(1)上部有8m厚的流塑状淤泥质粘土，中间是15m左右的流砂地层，下部是中风化的砂岩，钻进中易出现塌孔、吸钻，缩颈现象。需配置合理的泥浆，在钻进过程中起到较好的护壁作用；

(2)在钻进至流塑地层时,需注意操作方式的调整，过多的扰动很可能导致孔壁意外事故的发生。

三、解决措施

解决塌孔问题主要在于防止初始塌孔的形成，防止发生连续塌孔的恶性循环，即：解决塌孔主要在于防，而不是在于救。

(1)合理调配泥浆，针对流塑地层的特点，需要配置高粘度，中等容重的泥浆进行护壁。鉴于国内膨润土质量好坏不一、泥浆粘度要求较高等原因，泥浆的配比可按照如下方案：

水：膨润土：CMC：纯碱=1000:140:2.5:4，并加入少许粘土搅拌均匀后，控制泥浆容重在1.20左右，粘度不小于45s，PH〉8。尤其值得注意的是：在泥浆池中加入膨润土、纤维素、纯碱后需静置一段时间(24小时)，待膨润土完全水合后，在泥浆池中倒入粘土，用长臂小挖掘机充分搅拌。且在开钻前2小时用小挖掘机再次搅拌，开钻前检测所配置的泥浆是否达到要求（挖掘机搅拌过程中应时刻注意测量泥浆各参数值，达到工程所需值后即可停止搅拌），否则再向泥浆池中酌情添加原料；

（2）在钻头上设置通气孔，保证提钻过程中钻头上下泥浆流动，防止出现提钻过程中的真空现象；

（3）保持泥浆液面高出地下水水面2～3m，可以通过加高护筒或在孔周围设置粘土坝来实现；

（4）调整操作方式：控制泥浆液面，并在钻孔过程中始终保持距护筒上边缘30～40cm。（特别在提钻时）。钻至软土及砂层时：软土和砂土层为易塌孔地层，操作时要尽量注意减少对孔壁的冲刷和扰动，操作方法严格遵循“三慢”原则：即提、放钻及钻进转速慢，通过严格控制钻具的运动速度，来减少泥浆对孔壁的扰动，并为泥皮形成留足时间；地面观察：时刻关注泥浆液面，当发现泥浆液面突然下降且大量泡沬涌出时，可判断出现局部塌方，应立即停止钻进并保证在钻斗斗底打开的情况下，缓慢地提升钻头，防止因扰动而引起二次塌方；局部塌方事故处理：当发现有局部塌方时，继续向孔内注入泥浆同时提出钻头，用挖掘机向孔内倾倒足量粘土，然后下放钻头反转压实粘土，边压边反转，待稳定后再用前文所述方法钻进。

在操作的过程中要注意如下事项：在钻进过程中还应时刻注意泥浆液面，若发现有塌方迹象时应尽快采取相应措施；保持泥浆液面高度，勤加泥浆；在整个钻进过程中，提、放钻头一定要非常缓慢；注意钻机沉降情况，一旦发现异常立刻安排钻机离场，现场人员及时撤离。

四、解决效果

通过以上改进效果明显：钻进过程中没有出现塌孔、吸钻、埋钻等不良现象。钻进效率较高，试桩孔深46.2m，仅耗时14h，耗齿4个，降低了施工成本，提高施工效益。

五、工法小结

流砂地层的钻进只要选择的工法适当，稳定，高效的钻进是可以实现的，施工中需满足三方面的要求：科学的泥浆配置，合理的钻进方式，充分的施工准备，流砂层钻进将不再是旋挖钻机施工范围扩大路上的绊脚石。

随着国内基础建设热潮的兴起，大型工程项目陆续开工建设，施工工艺不断成熟，在这一背景下，工法技术的不断研发、推广，对于国内在高铁，高速公路，快轨，特大桥梁等大型工程建设项目会有一个很好的推动作用。

流砂层是旋挖钻机施工中常见的一种不良工况，多为接近于流体状态的砂粒土层。砂粒土通常是指组成中粗粒(粒径>0.075mm）的含量占50%以上、砾粒含量<50%、粘粒含量极少、以砂粒为主的土。砂粒土的矿物成分以石英、长石及云母等原生残余矿物为主，其塑性极低或无塑性。砂类土一般都没有连结，呈单粒结构，透水性强、压缩性低，且压缩过程甚快，内摩擦角较大，承载力较高。砂土的物理力学性质与砂粒大小和密实度有密切关系，在砾砂、粗、中砂土中表现尤为明显。一般认为砂土的抗剪强度符合库伦—摩尔准则，同时考虑土的有效应力原理。

饱和粉细砂在振动作用下趋于密实（剪缩性）导致土中孔隙水压力骤然上升，有效应力相应减小，抗剪强度亦降低。当孔隙水压力逐渐积累时，颗粒间的有效应力相应降低甚至消失。所以当σ=μ时，砂土的抗剪强度等于0，此时砂土在瞬间变为接近于流体状态，即发生了液化现象。

粉砂、细砂、砾砂层等地层受结构松散、地下水位高、抗剪强度较差的影响，工程施工中特别容易发生侵蚀、塌孔等现象，造成扩径、超方、泥浆含砂量高、沉渣层过厚等施工质量问题，甚至会发生局部坍塌或桩孔整体坍塌，进而埋钻等严重后果。在该地层施工最安全的方法是采用全护筒，但由于代价昂贵，很难在国内使用。在目前国内现有条件下，只能通过有效使用泥浆护壁和改进钻进操作方法等工艺手段，来预防事故发生，最大程度降低事故出现率，提高成孔合格率。

一、案例分析

某建筑公司在安徽省施工，现场使用的是徐工XR280D型旋挖钻机成孔桩径1.8m，成孔桩深48m。在地下20~35m处为粉细砂地层，周围河流众多、地下水丰富，砂粒处于悬浮状态而失去稳定，能随渗流的水一起流动，形成流砂现象。

二、问题分析

现场观察地质条件，结合现场钻取出的钻渣，发现该工程钻进的难点主要有两点：

(1)上部有8m厚的流塑状淤泥质粘土，中间是15m左右的流砂地层，下部是中风化的砂岩，钻进中易出现塌孔、吸钻、缩颈等现象。需配置合理的泥浆，在钻进过程中起到较好的护壁作用；

(2)在钻进至流砂地层时，需注意操作方式的调整，过多的扰动很可能导致孔壁意外事故的发生。

三、解决措施

解决塌孔问题主要在于防止初始塌孔的形成，防止发生连续塌孔的恶性循环，即：解决塌孔主要在于防，而不是在于救。

（1）合理调配泥浆，针对流砂地层的特点，需要配置高粘度、中等容重的泥浆进行护壁。鉴于国内膨润土质量好坏不一、泥浆粘度要求较高等原因，泥浆的配比可按照如下方案：

水：膨润土：CMC：纯碱=1000：140：2.5：4，并加入少许粘土搅拌均匀后，控制泥浆容重在1.20左右，粘度不小于45s，PH〉8。尤其值得注意的是：在泥浆池中加入膨润土、纤维素、纯碱后需静置一段时间(24小时)，待膨润土完全水合后，在泥浆池中倒入粘土，用长臂小挖掘机充分搅拌。且在开钻前2小时用小挖掘机再次搅拌，开钻前检测所配置的泥浆是否达到要求（挖掘机搅拌过程中应时刻注意测量泥浆各参数值，达到工程所需值后即可停止搅拌），否则再向泥浆池中酌情添加原料；

（2）在钻头上设置通气孔，保证提钻过程中钻头上下泥浆流动，防止出现提钻过程中的真空现象；

（3）保持泥浆液面高出地下水水面2～3m，可以通过加高护筒或在孔周围设置粘土坝来实现；

（4）调整操作方式：控制泥浆液面，并在钻孔过程中始终保持距护筒上边缘30～40cm。（特别在提钻时）。钻至软土及砂层时：软土和砂土层为易塌孔地层，操作时要尽量注意减少对孔壁的冲刷和扰动，操作方法严格遵循“三慢”原则：即提、放钻及钻进转速慢，通过严格控制钻具的运动速度，来减少泥浆对孔壁的扰动，并为泥皮形成留足时间；地面观察：时刻关注泥浆液面，当发现泥浆液面突然下降且大量泡沬涌出时，可判断出现局部塌方，应立即停止钻进并保证在钻斗斗底打开的情况下，缓慢地提升钻头，防止因扰动而引起二次塌方；局部塌方事故处理：当发现有局部塌方时，继续向孔内注入泥浆同时提出钻头，用挖掘机向孔内倾倒足量粘土，然后下放钻头反转压实粘土，边压边反转，待稳定后再用前文所述方法钻进。

在操作的过程中要注意如下事项：在钻进过程中还应时刻注意泥浆液面，若发现有塌方迹象时应尽快采取相应措施；保持泥浆液面高度，勤加泥浆；在整个钻进过程中，提、放钻头一定要非常缓慢；注意钻机沉降情况，一旦发现异常立刻安排钻机离场，现场人员及时撤离。

四、解决效果

通过以上改进效果明显：钻进过程中没有出现塌孔、吸钻、埋钻等不良现象。钻进效率较高，试桩孔深46.2m，仅耗时14h，耗齿4个，降低了施工成本，提高施工效益。

五、工法小结

流砂地层的钻进只要选择的工法适当，稳定、高效的钻进是可以实现的，施工中需满足三方面的要求：科学的泥浆配置，合理的钻进方式，充分的施工准备，流砂层钻进将不再是旋挖钻机施工范围扩大路上的绊脚石。

随着国内基础建设热潮的兴起，大型工程项目陆续开工建设，施工工艺不断成熟，在这一背景下，工法技术的不断研发、推广，对于国内在高铁、高速公路、快轨、特大桥梁等大型工程建设项目会有一个很好的推动作用。