水磨鉆在砂巖樁基中的應(yīng)用

范洪海，王卓歆，張辰俊杰，李朝龍

(中鐵西南科學(xué)研究院，四川成都610031)

重慶果園港埠有限公司鐵路專用線工程魚嘴1號(hào)大橋的橋址范圍地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，上覆第四系覆蓋層較薄，局部較厚，下伏泥巖夾砂巖及砂巖。在砂巖樁基施工中，以傳統(tǒng)鉆孔樁工藝和人工挖孔工藝為主，而水磨鉆的施工工藝使用相對(duì)較少。若場(chǎng)地狹小、嚴(yán)禁爆破施工、緊鄰既有交通線、特殊地質(zhì)條件、施工噪音和施工干擾控制在一定范圍內(nèi)等條件要求，水磨鉆的施工優(yōu)點(diǎn)顯得特別突出。

1 水磨鉆的機(jī)具設(shè)備

水磨鉆的施工機(jī)具主要有取芯機(jī)、電動(dòng)機(jī)和水泵等三個(gè)部分組成，見圖1。

圖1 水磨鉆的機(jī)具設(shè)備

2 水磨鉆的工作原理

水磨鉆施工設(shè)備主要由鉆機(jī)和電動(dòng)機(jī)構(gòu)成，作業(yè)時(shí)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鉆機(jī)在孔內(nèi)沿護(hù)壁方向鉆取周邊巖芯［1］。

首先，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直徑為150 mm的混凝土取芯機(jī)沿著樁圓周連續(xù)取出高度約為500 mm的圓柱體巖芯，形成一個(gè)閉合的圓外臨空面，見圖2。

圖2 取芯機(jī)沿著樁圓周取芯形成圓外臨空面

然后，沿圓半徑取芯形成一個(gè)閉合的圓內(nèi)臨空面，在剩余的樁基巖芯部分上鉆上一排小孔，然后再在小孔內(nèi)錐入鋼楔子，捶擊鋼楔擠壓巖石，使巖石同時(shí)受到鉛錘面上的拉力和水平面上的剪切力，當(dāng)擠壓力大于極限抗拉力和極限抗剪切力之和時(shí)，巖石沿鉛錘面被拉裂并從底部發(fā)生剪切破裂。

最后，用卷?yè)P(yáng)機(jī)取出分裂的巖塊，依次按照取芯、破裂、取巖塊的分層循環(huán)工序施工，見圖3。

圖3 取出的巖芯

3 水磨鉆的施工工藝

水磨鉆的施工工藝見圖4。

(1)施工準(zhǔn)備:清理場(chǎng)地，場(chǎng)地平整達(dá)到承臺(tái)底標(biāo)高;

(2)測(cè)量放樣:放出十字交叉的樁中心位置，在樁四周做好引點(diǎn)，鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)十字交叉位置就位;

圖4 水磨鉆的施工工藝

(3)測(cè)量放樣后搭設(shè)鋼管腳手架，固定鉆機(jī)位置，取芯機(jī)向孔樁側(cè)壁外傾一定角度，確保下循環(huán)鉆機(jī)就位后取芯機(jī)起鉆點(diǎn)置于樁邊，不致造成縮孔，保證成孔截面尺寸，見圖5。

(4)沿樁基孔壁布置一圈取芯點(diǎn)，取芯直徑為150 mm取芯圓與鎖口內(nèi)壁相切，其間距為130 mm。

(5)依次鉆取外周布置的巖芯，取出的巖芯高約500 mm，將外周巖芯取完后樁芯體巖外圍便形成一個(gè)閉合的圓外臨空面。

圖5 水磨鉆成孔

(6)沿樁半徑鉆取巖芯，將樁芯巖體分成小巖塊，用鐵錘錘擊鋼楔使巖體獲得一個(gè)水平的沖擊力，巖石沿鉛錘面被拉裂，底部發(fā)生水平剪切破裂。依次分裂巖體，直至該層樁芯巖體全部被破裂，將水磨鉆鉆出的巖芯進(jìn)行依次出渣。

(7)鉆芯后樁基孔壁成鋸齒狀，敲掉侵占樁基空間的巖石鋸齒。同時(shí)，通過鎖口護(hù)樁在樁孔內(nèi)標(biāo)出設(shè)計(jì)樁中心，檢查樁基底部偏位情況并及時(shí)糾偏，同時(shí)布設(shè)下一個(gè)循環(huán)外周水鉆鉆孔取芯位置，進(jìn)入下一循環(huán)的挖孔樁施工。

4 其他樁基施工工藝的對(duì)比

根據(jù)水磨鉆的施工特點(diǎn)，在此選取傳統(tǒng)的人工挖孔(風(fēng)鎬)施工工藝和鉆機(jī)施工工藝進(jìn)行對(duì)比，見表1。

表1 水磨鉆與其他樁基施工工藝對(duì)比表

5 結(jié)論

水磨鉆的施工工藝具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)機(jī)具簡(jiǎn)單;(2)操作簡(jiǎn)易;(3)占用場(chǎng)地小;(4)安全可靠;(5)施工噪音低;(6)對(duì)施工周圍巖體的擾動(dòng)或干擾小;(7)適應(yīng)嚴(yán)禁爆破施工或緊鄰既有交通線或特殊地質(zhì)條件。

［1］李大紀(jì)，李小云，藍(lán)輝.水磨鉆在下趕場(chǎng)溝大橋樁基施工的應(yīng)用［J］.西部交通科技，2011(8):39