風(fēng)化砂巖陡坡地段橋梁樁基水磨鉆成孔施工技術(shù)

張亞平　張波　黃程

摘 要：為解決風(fēng)化砂巖陡坡地段橋梁樁基施工易造成山體崩塌、滾石及大型設(shè)備難以進(jìn)場(chǎng)的問(wèn)題，在西固黃河特大橋樁基施工中采用了水磨鉆成孔的施工方法，不僅規(guī)避了安全風(fēng)險(xiǎn)，還能提高施工質(zhì)量，可在類似項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：風(fēng)化砂巖;陡坡地段;水磨鉆;環(huán)形臨空面;鋼筋籠拼裝

中圖分類號(hào)：U445? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）05-0102-03

隨著我國(guó)高速鐵路、高速公路、城市快車道建設(shè)的飛速發(fā)展，復(fù)雜環(huán)境下的橋梁修建越來(lái)越多，高新民[1]等探討了陡坡地段橋梁樁基施工技術(shù)，蔣永昌[2]分析了山區(qū)陡坡橋梁樁基施工標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，陳小鵬[3]研究了山區(qū)陡坡橋梁樁基施工技術(shù)，分別對(duì)陡坡地段樁基施工質(zhì)量安全隱患、控制因素及鉆爆法施工工藝進(jìn)行了研究。因此，針對(duì)風(fēng)化砂巖陡坡階地樁基施工難度大的技術(shù)難題，本文研究采用水磨鉆人工挖孔樁的施工工藝，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，確保了施工質(zhì)量，對(duì)其他類似情況的工程施工具有一定的參考意義。

1工程概況

1.1項(xiàng)目概況

蘭州南繞城高速公路關(guān)鍵性工程西固黃河特大橋橋梁全長(zhǎng)為1003m[4]，跨越黃河、蘭新鐵路和109國(guó)道，穿越蘭州二級(jí)水源保護(hù)區(qū)。

橋址高坡主要分布在黃河南岸，坡度高度約為120m，從底部到頂部為多段坡度[5]：0m～60m天然坡度為41.5°，是由粘土粉砂巖及粘土巖組成的巖質(zhì)邊坡;60m～90m天然坡度為36°，覆蓋層的坡度由梯形沖積礦床組成，坡面為黃土分布;90m～120m天然坡度為23.5°，是沖積黃土坡地，具有Ⅲ～Ⅳ自重濕陷性;坡頂表面較緩，一般小于20°，存在黃土塌陷現(xiàn)象。

1.2陡坡地段樁基工程簡(jiǎn)介

西固黃河特大橋2#墩共有樁基礎(chǔ)8根，樁頂設(shè)置承臺(tái)，樁基與承臺(tái)平面布置見(jiàn)圖1。樁基為端承樁，樁徑為1.8m，樁長(zhǎng)25m。樁基位于黃河南岸的陡峭滑坡階地，斜坡高度大于30m，坡度為41.5°左右，橋墩現(xiàn)場(chǎng)地形圖見(jiàn)圖2。

1.3工程難點(diǎn)

（1）滑坡階地不穩(wěn)定。橋梁2#墩基礎(chǔ)位于黃河南岸的陡峭滑坡階地，屬于河谷兩側(cè)地帶堆積的形態(tài)很像階地的滑坡體。如果施工過(guò)程中產(chǎn)生的外部因素和影響改變了滑坡的基本條件，就會(huì)引發(fā)滑坡。故針對(duì)2#墩樁基礎(chǔ)的施工，需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇最優(yōu)的施工方案進(jìn)行施工，以避免對(duì)山體穩(wěn)定性造成過(guò)大影響而誘發(fā)滑坡危害。

（2）崩塌及滾石危害。坡體由不同類型的巖層組成，削弱了巖體的內(nèi)部連接，坡面上的巖石風(fēng)化嚴(yán)重，植物根系鍥入。一旦斜坡的穩(wěn)定性被破壞，就會(huì)導(dǎo)致坍塌或滾石，對(duì)施工構(gòu)成安全威脅。

（3）無(wú)進(jìn)場(chǎng)便道。橋梁2#墩施工部處的斜坡高陡與坡度過(guò)大，且地質(zhì)條件復(fù)雜，不宜修建供大型設(shè)備出入的臨時(shí)施工便道，導(dǎo)致物資、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)困難。

2施工工藝對(duì)比分析

比較并選擇三種樁基施工方法，如下表所示：

結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，考慮到2#墩基礎(chǔ)位于黃河邊陡峭滑坡地段，地質(zhì)條件復(fù)雜，沖擊鉆成孔和鉆爆法成孔時(shí)震動(dòng)較大，對(duì)山體穩(wěn)定性影響較大，為了減少樁基施工對(duì)山體的影響，分析采用水磨鉆人工挖孔樁施工方法。

3水磨鉆人工挖孔樁施工原理及施工工藝

3.1施工原理

通過(guò)使用水磨鉆機(jī)沿著樁基的設(shè)計(jì)圓周取出圓柱形芯，形成一個(gè)環(huán)形臨空面，使中部巖體形成無(wú)側(cè)限狀態(tài)，再進(jìn)行破碎、分割、取出裂開(kāi)的巖塊、護(hù)壁施工，最后達(dá)到成孔目的。

3.2施工工藝

3.2.1施工準(zhǔn)備

施工前，做好安全、技術(shù)交底，并將施工方案和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)操作人員做好培訓(xùn)。對(duì)進(jìn)場(chǎng)的材料進(jìn)行材質(zhì)、性能及尺寸檢查，施工前必須檢查至符合要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，選取適當(dāng)直徑的水磨鉆，以及空壓機(jī)、風(fēng)鎬的型號(hào)。

3.2.2定位及井臺(tái)施工

在對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確地釋放樁心，并埋設(shè)護(hù)樁。開(kāi)挖施工井臺(tái)，根據(jù)放出的樁位中心點(diǎn)，開(kāi)挖出井臺(tái)的位置，立模澆筑混凝土。高出原地面30cm。除了作為施工作業(yè)平臺(tái)外，還具有保護(hù)井口，承受施工荷載和擋水的功能。

3.2.3孔口支架搭設(shè)

待井臺(tái)施工結(jié)束后，分別在每個(gè)井臺(tái)上設(shè)置鋼管防雨支架，在成型井架上安裝滑輪和用卷?yè)P(yáng)機(jī)等材料構(gòu)成的提升系統(tǒng)。在支架頂部覆蓋防水土工布，阻止雨水直接落入孔內(nèi)，確保在雨天工人能正常施工。

3.2.4水磨鉆鉆孔施工

水磨鉆鉆機(jī)施工流程，見(jiàn)圖3。

使用選好直徑的水磨鉆鉆機(jī)，沿樁基開(kāi)挖輪廓線進(jìn)行鉆孔，依次沿著外周轉(zhuǎn)出巖芯，取出的巖芯高約50cm，在把巖體外周的巖芯全部取出之后，剩余的巖體形成一個(gè)環(huán)形臨空面，見(jiàn)圖4。

3.2.5芯頭鑿除

使用風(fēng)鎬將中部巖體破碎。對(duì)于具有更好的完整性和更高硬度的巖體，使用手持式水磨機(jī)鉆孔。將鋼楔插入小孔并敲擊鋼楔以擠壓巖石，使巖石沿垂直平面被拉動(dòng)并從底部剪切損壞。取出裂巖直到核心巖體被完全移除，并且用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行出渣操作。

3.2.6 護(hù)壁施工

每當(dāng)深度挖至1m時(shí)，清除渣土后及時(shí)澆筑護(hù)壁砼，采用C20現(xiàn)澆混凝土，護(hù)壁的結(jié)構(gòu)形式按內(nèi)八字搭接設(shè)置，搭接長(zhǎng)度不小于5cm。護(hù)壁模板使用固定的型鋼模板，一套由八塊構(gòu)成，每塊之間使用螺栓固定。

3.2.7清孔及成孔檢測(cè)

在每一個(gè)節(jié)段施工結(jié)束后，利用孔口的護(hù)樁和重垂線檢查樁基的孔徑和垂直度。待開(kāi)挖至樁底標(biāo)高后，清除孔底沉渣，再對(duì)成孔的截面尺寸、孔深、樁位軸線和孔位垂直度等檢查項(xiàng)目做最終的檢測(cè)，找相關(guān)單位確認(rèn)辦理驗(yàn)收手續(xù)。

3.2.8 鋼筋籠拼裝及下放

采用在孔口綁扎鋼筋籠的方式進(jìn)行。

鋼筋配料加工。根據(jù)相應(yīng)橋墩的樁基設(shè)計(jì)深度和實(shí)際深度，確定鋼筋籠的加工長(zhǎng)度;根據(jù)確認(rèn)的長(zhǎng)度對(duì)每節(jié)鋼筋籠進(jìn)行下料，本樁基鋼筋籠的基本長(zhǎng)度確認(rèn)為6m;根據(jù)鋼筋籠的總長(zhǎng)度確定出調(diào)整節(jié)段的長(zhǎng)度，再進(jìn)行下料加工，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。

在井口平臺(tái)上搭設(shè)鋼筋籠加工及下放支架。支架由鋼管和方木構(gòu)成，支架頂部安裝雙拼槽鋼作為下放分配梁，其上吊掛下放鋼絲繩及手拉葫蘆，根據(jù)鋼筋籠的不同重量選用相應(yīng)的鋼絲繩及手拉葫蘆，所選鋼絲繩及手拉葫蘆允許承載力為下放鋼筋籠重量的2倍，見(jiàn)圖5。

鋼筋籠的制作。支架搭設(shè)結(jié)束后，在支架上進(jìn)行綁扎焊接鋼筋籠，鋼筋籠的加工及下放在孔口支架上完成。加工時(shí)，在支架操作平臺(tái)上水平放置2～3層加強(qiáng)型箍筋，在箍筋上標(biāo)記出主筋安裝的間距及位置，然后依次將主筋焊接至加強(qiáng)箍筋上。主筋全部焊接完成后，再把箍筋依次綁扎至主筋外側(cè)，并焊接籠剩余耳筋。

下放前檢查。在每一節(jié)鋼筋籠加工制作完成后，應(yīng)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員、監(jiān)理人員檢查合格后方可進(jìn)行下放施工。

鋼筋籠下放。在鋼筋籠加強(qiáng)型箍筋上對(duì)稱設(shè)置下放的吊點(diǎn)，使用卡環(huán)和鋼絲繩吊住下放點(diǎn)，然后將鋼絲繩吊掛在下放支架分配梁下的手拉葫蘆上，用手拉葫蘆提起鋼筋籠后，將工字鋼扁擔(dān)梁抽出，再將此節(jié)鋼筋籠下放至孔內(nèi)，然后在該節(jié)最上一個(gè)加強(qiáng)箍筋穿設(shè)工字鋼扁擔(dān)梁將此節(jié)鋼筋籠掛在孔口上臨時(shí)固定，逐節(jié)下放至整套鋼筋籠全部下放完成。

3.2.9混凝土灌注

混凝土由拌合站集中拌制，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，使用拖泵進(jìn)行澆筑。

在井口設(shè)置串筒及減速裝置，確保混凝土自由下落高度滿足規(guī)范要求，防止混凝土離析或出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

從2014年10月到11月，風(fēng)化砂巖陡坡地段橋梁樁基水磨鉆成孔施工技術(shù)在西固黃河特大橋2#橋墩基礎(chǔ)施工中得到了成功應(yīng)用。在施工期間，采用全護(hù)壁、護(hù)壁加厚到30cm而且加入D6鋼筋網(wǎng)片的方式來(lái)增大樁孔壁的穩(wěn)定性。山體穩(wěn)定性沒(méi)有因樁基施工而產(chǎn)生變化，陡坡上無(wú)崩塌和滾石現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)解決大型樁基施工設(shè)備進(jìn)場(chǎng)困難的難題。現(xiàn)場(chǎng)施工情況見(jiàn)圖6、圖7。

5結(jié)論

（1）采用水磨鉆人工挖孔樁施工，適用于中風(fēng)化砂巖和泥巖特殊地質(zhì)的樁基開(kāi)挖，同時(shí)解決大型樁基施工設(shè)備進(jìn)場(chǎng)困難的難題。也具有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)要求低、成孔質(zhì)量高、施工成本低、安全環(huán)保等特點(diǎn)。

（2）針對(duì)地質(zhì)不穩(wěn)定，遇水軟化、易崩解的問(wèn)題，在施工完每一節(jié)之后均澆筑混凝土護(hù)壁，而且護(hù)壁加厚到30cm，同時(shí)加入D6鋼筋網(wǎng)片來(lái)增加樁孔壁的穩(wěn)定性。

（3）針對(duì)陡坡地段設(shè)備難以進(jìn)場(chǎng)的問(wèn)題，采用了鋼筋籠現(xiàn)場(chǎng)分節(jié)制作、拼裝及手拉葫蘆下放的施工方法。

參考文獻(xiàn)：

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