水磨鉆成孔技術(shù)在公路橋梁樁基施工中的應(yīng)用

趙衛(wèi)

摘要：為了提高公路橋梁樁基施工質(zhì)量，結(jié)合工程實(shí)例，對某公路橋梁的總體施工方案進(jìn)行了總結(jié)，決定采用水磨鉆成孔技術(shù)對1號墩基礎(chǔ)進(jìn)行施工，并從筑島、樁位放樣、護(hù)壁施工、水磨鉆開挖、出渣、成孔檢驗(yàn)、混凝土灌注等方面，對水磨鉆成孔施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，最后提出相應(yīng)的質(zhì)量控制措施。研究結(jié)果表明：水磨鉆成孔技術(shù)在該公路橋梁樁基中的應(yīng)用效果顯著，質(zhì)量驗(yàn)收合格。

關(guān)鍵詞：水磨鉆成孔技術(shù)；公路橋梁；樁基；施工工藝；質(zhì)量控制

0? ?引言

樁基成孔施工是公路橋梁項(xiàng)目建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，常規(guī)樁基成孔方案包括沖擊鉆成孔法、人工挖孔法、沖抓鉆成孔法等，成孔技術(shù)方案不同，其應(yīng)用場景有所差異[1-2]。硬斜巖橋梁樁基施工難度大，常規(guī)方案難以得到有效應(yīng)用，一般采用水磨鉆成孔技術(shù)完成特殊地段的公路橋梁樁基施工。水磨鉆成孔技術(shù)是一種新的成孔技術(shù)，具有操作簡單、設(shè)備輕便、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在公路橋梁樁基施工中得到了廣泛應(yīng)用[3-5]。

本文結(jié)合工程實(shí)例，對某公路橋梁的總體施工方案進(jìn)行了總結(jié)，決定采用水磨鉆成孔技術(shù)對1號墩基礎(chǔ)進(jìn)行施工，并從筑島、樁位放樣、護(hù)壁施工、水磨鉆開挖、出渣、成孔檢驗(yàn)、混凝土灌注等方面，對水磨鉆成孔施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，最后提出相應(yīng)的質(zhì)量控制措施。

1? ?工程概況

某公路橋梁工程是一座主橋?yàn)閱慰?20m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，橋梁下1～2號主橋墩應(yīng)用雙支薄壁墩，3號采用空心薄壁墩，4～5號為圓柱墩，橋臺間設(shè)置U 型臺連接，余者均為灌注樁，樁長為45～62m，樁直徑為1.1～1.6m，承臺高度為4m。

該工程所在區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候，主要特點(diǎn)是夏季炎熱、冬季寒冷。在該工程樁基施工過程中，施工地點(diǎn)位于城區(qū)的西北部，其周圍均為居民區(qū)，在這種條件下進(jìn)行施工建設(shè)非常不利于工程的開展。

2? ?橋梁基礎(chǔ)總體施工方案

該橋梁共有3個河中墩，1號和3號墩位于河岸，2號墩位于河中央，擬選用筑島平臺于枯水期施工，橋墩承臺應(yīng)用明挖基坑方案，于3號墩與2號墩中間搭設(shè)墩位鋼制平臺便于施工。1號墩與2號墩間跨越河道160m，搭設(shè)鋼棧橋難度大，利用0號平臺原有道路進(jìn)行施工道路修建延伸至1號墩，與筑島平臺協(xié)作完成施工。1號墩所在區(qū)域巖層斜面大，地質(zhì)堅(jiān)硬，常規(guī)鉆機(jī)施工鉆進(jìn)難度大，因此需要根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際情況，采取科學(xué)有效的樁基施工方案。

3? ?1號墩施工方法選擇

3.1? ?橋墩設(shè)計情況

該橋梁1號墩擬設(shè)計直徑2.2m的鉆孔灌注樁6根，樁頂高程為86.5m。

3.2? ?地形地貌情況

1號墩所在區(qū)域地形陡峭，根據(jù)項(xiàng)目需求和施工特點(diǎn)，將原承臺設(shè)計標(biāo)高提升為86.5m，承臺設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較初始值提升4m。設(shè)計標(biāo)高提升后，承臺頂標(biāo)高達(dá)到91m，樁基底部標(biāo)高固定不變，懸空承臺以混凝土填充。設(shè)計變更提高了施工操作便利性，避免了雨季洪水對樁基承載力威脅。

3.3? ?水文地質(zhì)情況

1號墩的地質(zhì)類型為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖，層厚約 1.0m，巖層伴裂隙發(fā)育至樁底標(biāo)高，巖芯完整且為微風(fēng)化變粒巖，單軸抗壓強(qiáng)度最大值為126MPa，巖面傾斜角約30°，質(zhì)地堅(jiān)硬。橋墩于岸邊陡坡處，該區(qū)域巖芯無覆蓋層，表面有裂隙水少量分布，地質(zhì)結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，巖層滲水較小。

3.4? ?水磨鉆成孔技術(shù)優(yōu)勢分析

1號墩所在區(qū)域地形陡峭，巖石強(qiáng)度大，100MPa以上厚度達(dá)15m，巖面傾斜角為30°，應(yīng)用沖擊鉆或旋轉(zhuǎn)鉆，結(jié)合現(xiàn)場勘測資料進(jìn)行鉆孔操作，鉆孔垂直度難以精準(zhǔn)控制。收集現(xiàn)場地質(zhì)和水文資料，經(jīng)專家討論后，擬采用水磨鉆取芯挖孔技術(shù)，有效解決操作鉆進(jìn)難與偏孔問題。

常規(guī)鉆機(jī)鉆進(jìn)硬質(zhì)巖層需24h，可鉆進(jìn)60cm左右。用100MPa以上鉆機(jī)可鉆進(jìn)30cm 左右，應(yīng)用水磨鉆循環(huán)鉆進(jìn)12h可鉆進(jìn)60cm。1號墩位于河邊陡坡，可操作空間有限，墩位處無法應(yīng)用大型鉆機(jī)設(shè)備操作，水磨鉆設(shè)備小巧，靈活性高。水磨鉆施工中噪聲小，無泥漿迸濺，環(huán)境污染小，成孔質(zhì)量佳。水磨鉆相比于傳統(tǒng)鉆孔工藝，對圍巖擾動較小，施工成孔規(guī)范性高，圍巖結(jié)構(gòu)完整，混凝土消耗量明顯減小。

3.5? ?水磨鉆成孔技術(shù)的缺點(diǎn)及應(yīng)對措施

3.5.1? ?施工安全風(fēng)險高

水磨鉆施工屬于人工鉆孔領(lǐng)域，需操作人員下井作業(yè)，對技術(shù)人員的熟練度有較高要求，施工中易導(dǎo)致觸電、窒息等事故。操作中技術(shù)人員需認(rèn)真執(zhí)行施工方案，嚴(yán)格遵守操作規(guī)范。可通過對操作人員的技能培訓(xùn)、安全教育和技術(shù)交底，提高管理質(zhì)量，切實(shí)保障施工安全。

3.5.2? ?施工造價高

本項(xiàng)目樁徑為2.2m，巖層質(zhì)地堅(jiān)硬，綜合評估測算結(jié)果顯示，水磨鉆成孔工藝的基本成本為5000元/延米，而傳統(tǒng)沖擊鉆成孔方案的成本僅為1800/延米。由于本項(xiàng)目地質(zhì)條件特殊，巖層結(jié)構(gòu)質(zhì)地堅(jiān)硬，相比于控制項(xiàng)目造價，解決施工難題并確保進(jìn)度更為關(guān)鍵。

3.5.3? ?施工工序復(fù)雜

水磨鉆施工需人工鉆進(jìn)，每個施工循環(huán)包括鉆孔、劈裂巖芯、解散巖芯、出渣等不同工序，每個工序施工質(zhì)量都會影響工程進(jìn)度和成孔結(jié)果。在施工過程中，需嚴(yán)格執(zhí)行操作過程與技術(shù)規(guī)范，加強(qiáng)施工管理、崗位培訓(xùn)、技術(shù)交底，以確保項(xiàng)目順利進(jìn)展。

3.6? ?施工方法選定

結(jié)合該項(xiàng)目地質(zhì)地形特點(diǎn)，綜合分析實(shí)際情況，水磨鉆成孔方案在1號墩基礎(chǔ)中的適用性更強(qiáng)，故決定采用水磨鉆成孔方案。

4? ?水磨鉆成孔施工工藝

4.1? ?水磨鉆成孔基本原理

水磨鉆施工工序包括鉆孔→劈裂巖芯→解散巖芯→出碴→檢孔→護(hù)壁施工等，具體如圖1所示。施工過程中，上述工序反復(fù)循環(huán)直至成孔完畢。水磨鉆由專用水泵、水磨鉆筒和水磨鉆機(jī)組成。水磨鉆多由3～5個鉆筒組成，每個鉆筒配備7個刀頭。

施工中，借助水磨鉆機(jī)鉆進(jìn)，各個鉆孔形成一個圓環(huán)，將樁芯和樁壁分離。隨后將巖芯部分分塊，并鉆出小孔，置入鋼楔子對巖石進(jìn)行錘擊，將巖石拉裂，使底部出現(xiàn)剪切破裂小塊。按照分層取芯、破裂、取巖塊的工序進(jìn)行循環(huán)，并完成成孔。成孔完畢后，將鋼筋籠安裝于固定位置，隨后完成混凝土灌注工藝。

4.2? ?水磨鉆成孔關(guān)鍵技術(shù)

4.2.1? ?筑島

結(jié)合區(qū)域特征與項(xiàng)目需求，擬定于枯水期施工。水位高程86.5m，承臺靠近邊坡開挖線進(jìn)行放坡，坡率按1：0.75噴灑混凝土保護(hù)坡面。承臺部分懸空，以混凝土填充。設(shè)定坡率1：1，以拋石籠固定水中坡腳，將筑島平臺填筑至 90 m，并嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行壓實(shí)。承臺按照尺寸11.1m×12.7m標(biāo)準(zhǔn)修建，每邊超出標(biāo)準(zhǔn)尺寸3m，最終確定承臺尺寸，滿足承臺施工的同時，與航跡線保持適中距離。

4.2.2? ?樁位放樣

精準(zhǔn)現(xiàn)場測量并有效控制布設(shè)指標(biāo)，嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進(jìn)行施工，在定樁孔位置打入木樁或鐵釬，做好現(xiàn)場測量，確保樁孔中心標(biāo)準(zhǔn)偏差小于50mm。

4.2.3? ?鎖口施工

鉆孔施工前需對井圈鎖口進(jìn)行澆筑，鎖扣外澆筑出支撐平臺，為孔內(nèi)出渣提供操作基礎(chǔ)。采用C20混凝土澆筑井圈鎖口，使其壁厚大于30cm，頂面需超出操作基礎(chǔ)平面30cm，同時確保設(shè)計軸線與井圈中心線的誤差在20mm以內(nèi)。

4.2.4? ?護(hù)壁施工

鉆進(jìn)施工開挖至中風(fēng)化巖層前，采用150mm厚內(nèi)齒護(hù)壁進(jìn)行加護(hù)。護(hù)壁施工工藝如下：鉆進(jìn)深度至1m 前，安裝Φ8型鋼筋并立模澆筑混凝土。采用C25現(xiàn)澆混凝土澆筑，并將其控制坍落度在8～10cm。應(yīng)用吊桶運(yùn)輸混凝土，利用鋼釬將其搗實(shí)。施工現(xiàn)場加強(qiáng)檢測，確?；炷翉?qiáng)度值達(dá)標(biāo)，澆筑完畢后需保持混凝土強(qiáng)度大于2.5MPa，隨后完成拆模。

完成測量放樣后，水磨鉆機(jī)保持套筒向孔樁外壁側(cè)傾斜，使下一次操作前水磨鉆套筒起點(diǎn)位于設(shè)計孔樁邊線下，避免縮孔，確保成孔質(zhì)量，提高成孔截面尺寸精準(zhǔn)度。

4.2.5? ?卷揚(yáng)機(jī)配合料筒出渣

水磨鉆機(jī)提升系統(tǒng)操作過程中，為確保施工安全，需結(jié)合現(xiàn)場情況控制鋼絲繩直徑，合理調(diào)整卷揚(yáng)機(jī)配重與料筒裝滿最大載重量，防止施工中鋼絲繩斷裂或卷揚(yáng)機(jī)傾覆。對卷揚(yáng)機(jī)抗傾覆能力、鋼絲繩破斷拉力值進(jìn)行現(xiàn)場檢測，嚴(yán)格執(zhí)行施工方案，提高施工安全系數(shù)。

出渣提升時，為提高操作安全性需做到以下幾點(diǎn)：提升速度放緩，防止鋼絲繩左右搖擺；裝料不得超出料桶平面；對起吊設(shè)備設(shè)置限位器和防脫保險銷，避免脫落；確保卷揚(yáng)機(jī)兩側(cè)保持平衡，并牢固安裝起重架。

4.2.6? ?成孔檢驗(yàn)

以《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)第一冊土建工程》要求為基礎(chǔ)，對成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制，加強(qiáng)成孔檢驗(yàn)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，成孔合格的標(biāo)準(zhǔn)如下：傾斜度不足0.5%，孔位中心偏差小于50mm，孔徑、孔深滿足設(shè)計要求，孔底平整無異物。綜合檢驗(yàn)后證實(shí)，該項(xiàng)目工程水磨鉆成孔效果好，符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.7? ?混凝土灌注

進(jìn)行混凝土灌注時，對施工設(shè)備進(jìn)行檢查，并檢查相關(guān)的技術(shù)要求，以保證混凝土灌注的質(zhì)量，防止出現(xiàn)漏漿或者是堵管現(xiàn)象。要控制好導(dǎo)管的埋深，一般情況下埋深不得小于2m，同時也不能大于5m。及時進(jìn)行清孔，以保證灌注的順利進(jìn)行。要控制好混凝土的坍落度，通常情況下坍落度在180～200mm之間。

在混凝土灌注完成后，及時對導(dǎo)管進(jìn)行拆除，以保證混凝土的質(zhì)量。在灌注結(jié)束之后，需要及時對樁頭的位置進(jìn)行處理，通常情況下樁頭的位置一般為30cm左右。如果出現(xiàn)樁頭出現(xiàn)斷裂情況，則需要進(jìn)行補(bǔ)樁處理，補(bǔ)樁處理方法通常為補(bǔ)打預(yù)應(yīng)力錨索。在對樁頭進(jìn)行處理時，需要注意補(bǔ)打預(yù)應(yīng)力錨索的長度不能夠超過2m，且混凝土強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計要求。

5? ?質(zhì)量控制措施

在公路橋梁樁基施工中，應(yīng)用水磨鉆成孔技術(shù)時需要對質(zhì)量控制進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確保鉆孔的質(zhì)量符合要求。首先，需要對鉆孔的深度進(jìn)行控制。一般情況鉆孔深度下在3～6m之間，如果鉆孔超過6m。則需要進(jìn)行鉆機(jī)的移位。其次，需要對孔深和孔徑進(jìn)行控制。要求每隔2～3m的距離設(shè)置一個檢查孔。再次，需要對孔內(nèi)的水位和泥漿進(jìn)行控制，保證泥漿的密度和粘度等參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)。最后，還需要對孔口進(jìn)行保護(hù)。在鉆進(jìn)過程中，要經(jīng)常檢查鉆頭是否發(fā)生偏移或者磨損現(xiàn)象，同時要對孔口位置的泥漿密度、孔內(nèi)水位以及孔深等進(jìn)行控制。

在實(shí)際施工中，如果發(fā)現(xiàn)孔口位置的泥漿出現(xiàn)渾濁或者沉淀現(xiàn)象，需要及時進(jìn)行處理。如果出現(xiàn)嚴(yán)重的鉆孔坍塌現(xiàn)象，則需要立即停止施工，同時還要將護(hù)筒提出重新進(jìn)行鉆進(jìn)。需對成孔之后的質(zhì)量進(jìn)行檢測，例如成孔質(zhì)量、孔位偏差、孔深以及直徑等方面，只有確保這些指標(biāo)都符合標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入下一道工序。

6? ?結(jié)束語

沖擊鉆在陡坡硬斜巖地質(zhì)條件下施工困難，受限于地質(zhì)特征與施工條件，沖擊鉆的鉆進(jìn)難度大且易偏孔。為了提高公路橋梁樁基施工質(zhì)量，結(jié)合工程實(shí)例，對某公路橋梁的總體施工方案進(jìn)行了總結(jié)，確定采用水磨鉆成孔技術(shù)對1號墩基礎(chǔ)進(jìn)行施工。

結(jié)合該施工案例可得出以下結(jié)論：水磨鉆占地面積小，施工靈活度高，噪聲小，對圍巖擾動小，可應(yīng)用于陡坡硬斜巖地質(zhì)，亦可用于振動干擾敏感度較高的項(xiàng)目。水磨鉆鉆進(jìn)施工中，要嚴(yán)格控制每循環(huán)鉆進(jìn)量，有效控制鉆進(jìn)質(zhì)量，防止成孔傾斜。鉆進(jìn)至中風(fēng)化層前，要及時進(jìn)行護(hù)壁施工跟進(jìn)。施工過程中應(yīng)加強(qiáng)鉆孔質(zhì)量檢測，及時糾正，防止因偏移而影響成孔垂直度。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱曉璇，王澤鋒，陳國祥.巖面預(yù)測算法和BIM技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)地區(qū)嵌巖樁施工中的應(yīng)用[J]．上海建設(shè)科技，2020（1）：38-40+50．

[2] 劉中宇，霍東發(fā).高速公路橋梁樁基嵌巖樁的施工技術(shù)探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011（13）：74．

[3] 祁志華.基于動力特性的公路橋梁樁基承載力檢測方法[J].青海交通科技，2020，32（4）：114-119+123.

[4] 謝新龍，曹競.公路橋梁建設(shè)樁基嵌巖樁施工技術(shù)[J].黑龍江交通科技，2019，42（12）：244．

[5] 堯在雨，周伏萍，胡培強(qiáng)，等.嵌巖斜樁沖擊鉆進(jìn)成樁施工工藝研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2020，47（10）：84-88．