橋梁樁基水磨鉆成孔施工工藝介紹

連其龍　謝枝景

摘要：該工程為寧德沈海復(fù)線福鼎至柘榮段高速公路A4合同段，屬于山區(qū)高速公路。本文以金峰1號橋樁基施工為依托，詳細(xì)介紹水磨鉆施工工藝，為需要利用水磨鉆施工的工程提供借鑒。

Abstract： The project is the A4 contract section of the Fuding-Zherong section of the Ningde Shenhai Double Line， which belongs to the mountain expressway. Based on the construction of Jinfeng No.1 bridge pile foundation， this paper introduces the construction technology of water mill drill in detail， to provide reference for the project that needs to use water mill drill construction.

關(guān)鍵詞：橋梁樁基;水磨鉆;施工工藝

Key words： bridge pile foundation;water mill drill;construction technology

中圖分類號：U445.55+1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）23-0142-03

0 ?引言

近幾年隨著高速公路的不斷發(fā)展，越來越多的高速公路路線跨越人口密度相對較多的村莊，在人口及房屋集中地進(jìn)行施工已成為不可避免的環(huán)境現(xiàn)狀。在該環(huán)境中，樁基施工常常遇到不允許炸藥爆破，大型機(jī)械設(shè)備無法到達(dá)施工現(xiàn)場，風(fēng)鎬又鑿不動(dòng)巖石的問題。為保證樁基施工的進(jìn)度及質(zhì)量要求，水磨鉆施工工藝成為了一個(gè)較好的選擇，水磨鉆施工工藝也在該環(huán)境中得到一定的推廣及運(yùn)用。

1 ?工程概況

金峰1號橋跨越管沈公路，1號墩樁位緊靠著管沈公路邊，距離1號樁位15m處為一座老式石拱橋，該拱橋圬工形式為干砌條石，橋齡已有30年;2號墩、3號墩、4號墩樁位處在兩山之間的峽谷中，且3號墩、4號墩處在晏溪河道中，施工平臺(tái)小，受到汛期的影響較大。

金峰1號橋1號墩、2號墩、3號墩、4號墩樁基設(shè)計(jì)為嵌固樁，樁體直徑為2m、1.8m，巖層單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度為 67.6MPa，樁長最長為20m。樁基所處原地表上層有少量覆蓋土，主要為強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化凝灰熔巖。

2 ?施工方案確定

由于該橋緊靠管沈公路，且緊鄰的位置存在一座老式石拱橋，爆破施工將產(chǎn)生較大振動(dòng)，對石拱橋產(chǎn)生不利影響;在溪中的樁位施工作業(yè)平臺(tái)較小，大型機(jī)械設(shè)備架立困難，考慮該橋地下巖石為中風(fēng)化凝灰熔巖，由于巖石抗壓能力強(qiáng)，抗拉和抗剪能力較低，巖石在大于其極限抗剪切力的作用下會(huì)發(fā)生剪切破壞。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，認(rèn)為采用水磨鉆為最合理，最實(shí)用的施工工藝。

3 ?水磨鉆施工

3.1 水磨鉆施工特點(diǎn)

水磨鉆孔樁機(jī)具設(shè)備簡單，施工技術(shù)簡單，場地占用小，無泥漿排出，振動(dòng)小，環(huán)境污染小，施工質(zhì)量可靠，施工面可同時(shí)展開，但進(jìn)尺速度偏慢。

3.2 水磨鉆施工工藝原理及鉆機(jī)選型

水磨鉆主要采用小型電動(dòng)機(jī)，主軸轉(zhuǎn)速900r/min、額定電壓為380V、額定功率為2400W、額定頻率為50Hz。鉆筒為直徑150mm鋼護(hù)筒，可鉆取直徑為140mm巖芯，鉆筒高約60cm，可鉆取50cm高的巖芯，取芯機(jī)沿樁基外圓周取出高約為500mm左右的圓柱體巖芯，形成樁基外圓周臨空面，然后對剩余的巖芯部分進(jìn)行分塊，在分塊的巖石上鉆一排小孔，然后在小孔內(nèi)錐入鋼楔子，捶擊鋼楔子擠壓巖石，使巖石同時(shí)受到鉛錘面上的拉力和水平面上的剪切力作用，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，取出分裂的巖塊。依次按照分層取芯、破裂、取巖塊的循環(huán)工序作用，最終達(dá)到成孔的目的。

3.3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.3.1 主要工藝流程（圖2）

3.3.2 施工人員及機(jī)具配備（表1）

3.4 施工方法

①將樁位中心點(diǎn)放出，然后采用人工或者機(jī)械對該處的雜草等進(jìn)行挖除，直至挖至巖石層，然后由測量人員再次放出樁位中心點(diǎn)，并立鎖口模板，澆筑鎖口，做好護(hù)樁。

若遇到土層覆蓋較高，開挖量較大時(shí)，則直接從在土層上澆筑鎖口，對孔樁進(jìn)行人工開挖。開挖過程及時(shí)進(jìn)行護(hù)壁澆筑，直至巖層面后開始采用水磨鉆進(jìn)行施工。

②鎖口形狀采用內(nèi)圓外方的形式或者同心圓的形式，高于原地表30cm以上，且壁厚不小于30cm，鎖口采用與樁基同標(biāo)號的混凝土進(jìn)行澆筑。

待鎖口強(qiáng)度達(dá)到70%時(shí)，進(jìn)行鋼管架立。鋼管采用外徑48mm，壁厚3mm的鋼管。鋼管形成框架結(jié)構(gòu)，布置相應(yīng)的斜撐，在承受吊桶及石渣的主鋼管中間插入Φ25以上的鋼筋，增強(qiáng)抗彎能力。并架設(shè)好卷揚(yáng)機(jī)，做好臨邊防護(hù)。

③根據(jù)孔徑的大小布置取芯點(diǎn)，保證樁徑不小于設(shè)計(jì)值，按照布置點(diǎn)位沿圓周進(jìn)行取芯，取芯直徑為150mm，取芯圓與樁孔內(nèi)壁相切，取芯圓之間相切。沿孔外周一次鉆取，取出巖芯高約500mm，將孔樁外周巖芯取完后，孔樁外周形成一個(gè)環(huán)狀臨空面，并出渣圓柱狀巖芯。

現(xiàn)以2m孔徑樁基為例，在孔樁外徑布孔45個(gè)取圓點(diǎn)，巖芯圓之間相切，緊貼孔壁，保證取完圓柱巖芯后，鋸齒之間間距不小于2m。

架設(shè)水磨鉆機(jī)器，并用斜木方墊底部，頂部用厚木方頂住，將鋼護(hù)筒對準(zhǔn)要鉆取的巖芯位置。入口開鉆時(shí)應(yīng)慢慢鉆入。

④采用鋼楔子對中間巖芯部分進(jìn)行分塊，并用風(fēng)鎬鉆孔，插入鋼楔子，錘擊鋼楔子，使巖芯擠壓力大于極限抗拉力和極限抗剪切力之和，中心巖芯分塊進(jìn)行滑移，然后對其進(jìn)行出渣。

以2m孔徑樁基為例，先將樁孔等分成3個(gè)部分。在圓心處采用34mm孔徑的風(fēng)鎬鉆眼，眼深30公分左右，并沿著等分線，以圓心為起點(diǎn)，間距20cm鉆眼一個(gè)，每條等分線上共鉆眼4個(gè)，再將每份巖芯等分成2份，以同樣的間距進(jìn)行鉆眼。再插入鋼楔子，用錘子進(jìn)行敲擊，并分塊取出。遇到巖石較硬的時(shí)候，可利用鑿巖機(jī)進(jìn)行輔助施工。

⑤樁孔修正：由于水磨鉆取芯后樁基孔壁成鋸齒狀，為保證樁徑大小，并檢驗(yàn)樁基在開挖過程中是否偏位，需要對樁位進(jìn)行修正。通過鎖口護(hù)樁上的十字繩，下放吊錘，檢查樁孔的直徑;并量測深度及超欠挖情況，同時(shí)標(biāo)出下一循環(huán)的水磨鉆施工位置。

⑥成孔檢查與驗(yàn)收，將孔底碎渣清理干凈，抽除孔底可抽除部分的水，且孔徑、孔深、垂直度需滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.5 施工注意事項(xiàng)

①施工中，除巖石外均采用鐵鍬、鎬等進(jìn)行人工清理。

②在鎖口立模時(shí)，加強(qiáng)樁位的中心點(diǎn)控制，確保鎖口中心點(diǎn)的偏差在規(guī)范范圍內(nèi)。

③水磨鉆施工時(shí)，工人應(yīng)佩戴好安全帽、安全帶，必要時(shí)搭設(shè)掩體。

④取出土渣的吊桶、吊鉤、鋼絲繩、卷揚(yáng)機(jī)等機(jī)具，必須進(jìn)場檢查，存在安全隱患的必須及時(shí)更換;在后期施工中加強(qiáng)復(fù)查，及時(shí)排除隱患。

⑤鎖口應(yīng)高于原地面30cm，并做好臨邊防護(hù)，以防止土、石、雜物滾入孔內(nèi)傷人。出渣時(shí)不得將吊桶裝滿，控制在低于桶深的2/3的位置。

⑥鎖口旁的渣石應(yīng)及時(shí)處理，不得高于鎖口，保證鎖口高出石渣30cm。

⑦水磨鉆一個(gè)循環(huán)后，應(yīng)進(jìn)行孔位修正，確保挖孔尺寸符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

⑧成孔后，孔底石渣應(yīng)清理干凈。

⑨在水磨鉆進(jìn)尺過程中應(yīng)觀察孔壁的破裂程度，若有存在裂隙較大，破裂面明顯的孔壁，應(yīng)采取有效措施，以防止塌孔。

4 ?水磨鉆施工利弊分析

水磨鉆施工作為一種工程施工工藝，有其特有的施工優(yōu)勢。施工過程噪聲小、振動(dòng)小、無需爆破、無水泥漿排除、環(huán)境污染小。對于處在人口密集區(qū)、周邊房屋較多的樁位，當(dāng)不允許使用爆破施工時(shí)，水磨鉆成為一種較好的選擇方式。但是水磨鉆在施工也有其不足之處，由于水磨鉆施工的費(fèi)用較高，對于選擇該工藝時(shí)需要考慮成本問題。另外水磨站在施工過程中，進(jìn)尺較慢也是其缺陷，特別是入巖后，每天的進(jìn)尺只能在30cm左右，對于總體的施工進(jìn)度造成了較大的影響。

從表2分析可得出，在同樣的地質(zhì)情況下，人工挖孔每日進(jìn)尺速度為水磨鉆的2～3倍，但是人工挖孔的單價(jià)卻只是水磨鉆的單價(jià)的五分之一左右，且水磨鉆的操作相對于人工挖孔更復(fù)雜些，因此在能允許爆破的位置應(yīng)盡量使用人工挖孔施工工藝，這樣不僅對工程進(jìn)度有保證，也能把控項(xiàng)目成本。

5 ?水磨鉆施工的推廣及應(yīng)用

介于水磨鉆的施工特點(diǎn)，在山區(qū)高速公路的應(yīng)用可以進(jìn)一步推廣，特別是當(dāng)路線跨越人口房屋密集帶、或距離路線較近的地方存在著特定的一些構(gòu)筑物時(shí)，無法采用爆破，施工平臺(tái)小，在無其他施工工藝可選擇的情況下，采用水磨鉆施工工藝。在允許情況下，小量的爆破與水磨鉆集合，可以達(dá)到更好的效果，對水磨鉆的進(jìn)尺速度可以得到一定的提升。

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