緊鄰?fù)ㄐ械缆?、堅硬巖石地段樁基水磨鉆成孔施工技術(shù)

劉勇 中交二公局第二工程有限公司

鄭海峰 玉環(huán)市交通投資集團有限公司

關(guān)旭 張永 常龍 中交二公局第二工程有限公司

1.工程概況

漩門灣大橋引橋共設(shè)計有184根鉆孔灌注樁，其中φ1.5m樁基174根，φ1.2m樁基10根，均為嵌巖樁結(jié)構(gòu)。引橋左幅2#、3#、4#、11#墩，右幅6#、18#、19#墩均位于山體坡腳位置，樁基開孔即是巖層，巖層完整性好、巖石強度高（巖層為中風(fēng)化凝灰?guī)r，最高強度可達(dá)160MPa），巖層頂面橫、縱橋向均有較大的坡度，處于無水環(huán)境，且樁位處緊鄰現(xiàn)有通行道路。

2.樁基成孔工藝比選

2.1 原定成孔工藝

漩門灣大橋引橋樁基均為嵌巖樁，原定樁基成孔工藝為采用沖擊鉆沖擊成孔，但在實際施工過程中存在如下問題：（1）巖層頂面橫、縱橋向均有較大的坡度，鋼護筒埋設(shè)困難，需采用“護筒跟進”方式，先利用鋼護筒的自重使其穿越河床表部的流塑狀淤泥層，待護筒底下沉至基巖頂面后，用沖擊鉆在護筒內(nèi)部沖擊巖面形成鉆孔，將護筒跟進至鉆孔內(nèi)，直至護筒底穿越斜巖面坐落于平整基巖上。該方法效率低下。（2）基巖為中風(fēng)化凝灰?guī)r，完整性好、強度高，沖擊成孔效率較低，每日平均進尺約20cm；且沖擊鉆錘頭的錘牙經(jīng)常破損，焊補錘頭占用的時間較多。

2.2 成孔工藝調(diào)整

考慮到由于基巖頂存在斜巖面、巖層強度高，沖擊鉆成孔效率低下，且樁位緊鄰?fù)ㄐ械缆窡o法采用爆破施工等因素，經(jīng)過調(diào)查及多方比選，最終選定水磨鉆成孔替代原定沖擊鉆成孔工藝。

3.水磨鉆成孔施工工藝

3.1 施工流程

水磨鉆成孔樁基施工內(nèi)容及程序為：場地平整→放線→定樁位→浮層軟土開挖、整平→安裝出渣設(shè)備→安裝排水、通風(fēng)、照明設(shè)備→開挖、排水和防護→每開挖一個循環(huán)，對鉆孔的孔徑和豎直度進行復(fù)核，滿足要求后繼續(xù)開挖→直至開挖到滿足設(shè)計要求的巖層及標(biāo)高后由監(jiān)理單位驗收→綁扎鋼筋籠→下放鋼筋籠→放入導(dǎo)管→灌注基樁砼至設(shè)計頂標(biāo)高。

3.2 樁孔人工開挖

若樁位處表層覆土較淺，則直接采用挖掘機配合人工進行清除；若樁位處表層覆土較深，則樁位精確放樣后，按照自上而下的順序由人工逐層用鎬、鍬進行清除；土層較堅硬的情況下，采用錘頭或鋼釬等輔助措施進行破碎開挖，人工開挖按照由內(nèi)向外的順序進行。

3.3 水磨鉆開挖

堅硬的巖層地段采用水磨鉆施工工藝。水磨鉆采用鉆筒切割巖體并掏取芯巖，切割過程中利用水泵供水起到冷卻鉆頭、潤滑鉆具的作用，鉆機則為鉆筒的動力裝置。由于鉆筒為切割設(shè)備容易損壞，單個水磨鉆機應(yīng)配備多個鉆筒。

樁孔開挖過程中產(chǎn)生的棄渣采用豎向提升系統(tǒng)吊運，豎向提升系統(tǒng)由孔口小鋼管承重支架、轉(zhuǎn)向滑輪和牽引卷揚機組成，卷揚機鋼絲繩前端與吊桶相連，將渣土吊出孔口后轉(zhuǎn)運至棄土場。

水磨鉆為人工地下作業(yè)，孔內(nèi)積水深度、通風(fēng)狀況、護壁穩(wěn)定性等條件均影響到孔內(nèi)作業(yè)人員的安全，按照施工順序，人員進入樁孔前先檢驗孔內(nèi)空氣的質(zhì)量，孔深超過10米時應(yīng)采取強制機械通風(fēng)措施；若孔內(nèi)為非干燥環(huán)境，邊施工邊用水泵抽水；開挖巖層的穩(wěn)定性較差時，采用磚砌或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對孔壁進行防護。主要施工順序具體如下：（1）鉆取孔樁四周巖石：以樁孔設(shè)計中心點為圓心，以設(shè)計樁徑為半徑在待開挖的巖面上放樣出周邊取芯點的位置，將周邊芯巖全部取出，使樁孔內(nèi)部巖體與孔壁分離。（2）鉆取中間巖石：樁孔中間巖石與孔壁隔離開后，再沿樁的半徑或直徑方向取芯，將芯巖分割成若干等份。（3）風(fēng)鎬打孔：芯巖初步分割的基礎(chǔ)上，利用風(fēng)鎬打孔將芯巖進一步分割。（4）分裂巖石：沿樁徑方向的取芯及風(fēng)鎬孔已將芯巖分割成若干獨立的分塊，然后在風(fēng)鎬孔內(nèi)插入鋼楔，用重錘錘擊鋼楔，在鋼楔水平力的作用下將小塊芯巖剪斷，依次將全部芯巖破碎。（5）出渣作業(yè)：利用鋼釬將芯巖破碎完成后，人工將渣土裝入吊桶內(nèi)，然后由豎向提升系統(tǒng)吊至孔外轉(zhuǎn)運。（6）樁孔修正及下一循環(huán)的施工：由于水磨鉆筒為圓柱形結(jié)構(gòu)，繞樁身四周取芯的鉆孔無法完全咬合，呈鋸齒狀構(gòu)造，為保證樁基的有效直徑，需將侵占樁基空間的鋸齒狀巖石破除。再次檢驗樁孔的偏位及垂直度，滿足要求后按照步驟（1）進行下一循環(huán)鉆孔的放樣，然后進行下一循環(huán)的挖孔施工。

3.4 挖孔樁終孔檢查

樁孔開挖至設(shè)計底標(biāo)高后，對樁底標(biāo)高、樁孔直徑、孔深垂直度等進行自檢，自檢合格后再通知監(jiān)理工程師進行復(fù)檢。若樁底標(biāo)高位置巖層性質(zhì)與設(shè)計不符，聯(lián)合監(jiān)理、地勘、設(shè)計等單位到現(xiàn)場共同確認(rèn)后進行變更。

3.5 孔壁防護

（1）護壁厚度設(shè)計

護壁厚度計算時，按照護壁承受不良地層的最大深度土壓力和水壓力計算，具體要求見式（1）：

式（1）中，k—安全系數(shù)；p—最大土壓力和最大水壓力之和，MPa；d—樁徑，mm；Ra—護壁混凝土軸心抗壓設(shè)計強度，MPa。

（2）護壁施工

為了對井口周圍土體進行加固、阻隔地表水、防止井口周圍雜物等掉進孔內(nèi)，樁孔在開挖前應(yīng)在孔口澆筑混凝土結(jié)構(gòu)護圈，護圈一般高出原地面約30公分。護壁采用內(nèi)齒式混凝土護壁，每開挖一個水磨鉆筒進尺時立模澆筑護壁混凝土，護壁內(nèi)徑不小于樁身直徑。

護壁混凝土采用專業(yè)模具進行澆筑，模具安裝就位后復(fù)核其平面位置、垂直度等參數(shù)，保證護壁的厚度、樁孔中心位置滿足要求。根據(jù)開挖情況，當(dāng)挖孔進入巖層以后，根據(jù)具體巖層破碎程度決定是否需要護壁，如不需要則縮小開挖半徑，不進行護壁。

3.6 排水防護

樁基水磨鉆施工排水分為孔口地表排水和孔內(nèi)排水兩部分。孔口利用高出原地面的護圈阻隔地表水流入樁孔內(nèi)，同時在孔口位置設(shè)置臨時排水溝用以引流地表水，孔口周邊設(shè)置臨邊防護措施及警示反光標(biāo)志等?？變?nèi)施工時利用利用取芯后的鉆孔作為集水坑，用水泵將孔內(nèi)水抽排出孔外。

為保證作業(yè)人員進出孔內(nèi)安全，孔內(nèi)應(yīng)設(shè)置專用吊籠、應(yīng)急爬梯等專用逃生措施，孔口設(shè)置專人看管，孔內(nèi)施工人員隨時檢查護壁變形、滲水等情況，并與孔口人員保持聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)異常立即撤出。

3.7 孔內(nèi)通風(fēng)

水磨鉆人工挖孔樁孔深超過10m時必須采取強制機械通風(fēng)措施，利用鼓風(fēng)機向孔內(nèi)壓入新鮮空氣形成孔內(nèi)外對流，循環(huán)、凈化孔內(nèi)空氣。

3.8 孔內(nèi)照明

考慮孔內(nèi)操作空間，每個水磨鉆孔中作業(yè)人員不得超過2人。孔內(nèi)應(yīng)使用電壓低于12V的安全燈具或安全礦燈，燈泡應(yīng)設(shè)置防水罩，電纜應(yīng)具備防水、絕緣功能，并設(shè)置漏電保護裝置。

4.水磨鉆成孔效益分析

根據(jù)地質(zhì)勘察報告及補勘報告，漩門灣大橋引橋左幅2#、3#、4#、11#墩，右幅6#、18#、19#墩墩位處基巖為中風(fēng)化角礫凝灰?guī)r、中風(fēng)化含晶屑玻屑凝灰?guī)r，巖層平均飽和抗壓強度均在100MPa以上，最大飽和抗壓強度為160MPa，巖石完整性好、強度極高。采用重約10t的沖擊鉆頭錘擊成孔作業(yè)時，日平均進尺約20cm，且鉆頭經(jīng)常破損導(dǎo)致停機修復(fù)鉆頭時間較長，施工效率低下。

樁基采用水磨鉆鉆進成孔工藝時，鉆筒長度約82cm，一個循環(huán)可鉆80cm，直徑1.5m的樁基周邊取孔、中心取孔、芯巖破碎、清理石渣等作業(yè)一個循環(huán)需1.5～2.0d時間，則日平均進尺在40cm以上，較沖擊鉆成孔效率提高了一倍。水磨鉆成孔每米單價比沖擊鉆略高，但施工工效提高很多，總體施工成本比沖擊鉆節(jié)省。

5.結(jié)束語

通過水磨鉆成孔工藝在玉環(huán)市漩門灣大橋及接線工程引橋樁基應(yīng)用實例，在基巖強度高、樁位臨近通行道路無法爆破作業(yè)的情況下，采用水磨鉆代替沖擊鉆成孔，不僅成孔效率提高，而且投入的人員數(shù)量少、機械設(shè)備簡單，且無需設(shè)置泥漿池等措施，取得了較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。