水磨鉆機(jī)在鄰近鐵路巖石地質(zhì)條件下橋梁樁基施工中的應(yīng)用

鐘林杉

（龍巖交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 龍巖 364000）

0 引言

水磨鉆施工設(shè)備簡(jiǎn)單、易于操作、場(chǎng)地要求低、安全可靠、成孔快、成孔質(zhì)量高，且施工產(chǎn)生的振動(dòng)小、對(duì)周邊土體擾動(dòng)小，可以有效降低施工對(duì)鄰近構(gòu)筑物的影響。在鄰近鐵路巖石地質(zhì)條件下采用水磨鉆進(jìn)行橋梁樁基人工挖孔施工有明顯優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)水磨鉆施工工藝的研究與應(yīng)用，對(duì)推進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)有重要意義。

1 工程概述

X123 東延線(xiàn)閩清北站至東橋朱山段公路工程A段，起于閩清北站，與站前大道順接，途經(jīng)大箬村并，于KO+383、K1+126 建大箬中橋、大安大橋，跨過(guò)現(xiàn)有溝谷，沿外福鐵路右側(cè)山體布線(xiàn)到達(dá)安仁溪村，并建安仁溪隧道穿山而過(guò)，沿舊路走向截彎取直進(jìn)行改造，在K7+125 上跨合福高鐵隧道，繼續(xù)沿舊路截彎取直，至項(xiàng)目終點(diǎn)。

大安大橋：上部結(jié)構(gòu)(2×30+3×30+2×30)m 預(yù)制T 梁先簡(jiǎn)支后連續(xù)，梁高2m；下部構(gòu)造采用柱墩配樁基（1#、2#、5#、6#墩樁長(zhǎng)12～18m，共8根，樁徑1.8m）、箱墩承臺(tái)配群樁基（3#、4#群樁長(zhǎng)12m 共8根，樁徑2m），橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)配擴(kuò)大基礎(chǔ)。大安大橋與周?chē)鷺?gòu)筑物位置如圖1 所示，大安大橋平面布置如圖2所示。

圖1 大安大橋與周?chē)鷺?gòu)筑物位置

圖2 大安大橋平面布置圖

大安大橋是該項(xiàng)目的關(guān)鍵工程：左邊與外福鐵路直線(xiàn)距離約60m，右邊與合福高鐵直線(xiàn)距離約500m，且鄰近居民區(qū)。

橋梁場(chǎng)區(qū)屬于丘陵斜坡夾U 型谷寬谷地地貌，橫跨山間小溪和現(xiàn)有道路，地勢(shì)起伏變化較大，沖洪積溝谷地形平緩狹長(zhǎng)，坡度約5～10°，坡體現(xiàn)狀穩(wěn)定，河道內(nèi)為沖洪積中砂、碎石層，下伏基巖為侏羅統(tǒng)南園組凝灰熔巖及其風(fēng)化層。

2 施工方法選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況及樁基設(shè)計(jì)，初步擬定爆破人工挖孔、水磨鉆機(jī)人工挖孔、沖擊鉆孔施工方法，優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1 所示。

表1 施工方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

項(xiàng)目部經(jīng)多方面對(duì)比論證，選定水磨鉆機(jī)成孔方案。

3 水磨鉆機(jī)介紹及工藝原理

水磨鉆機(jī)是通用工程機(jī)械，由水磨鉆機(jī)、水磨鉆筒、水泵三個(gè)部分構(gòu)成。每套水磨鉆機(jī)可根據(jù)施工需求，配置3～5 個(gè)水磨鉆筒，每個(gè)鉆筒可焊接6～8 個(gè)金剛石刀頭。水磨鉆法是利用水磨鉆機(jī)在樁基截面外緣鉆取緊密相連的孔，成孔后取芯，所有的鉆孔連起來(lái)并形成環(huán)，使樁基芯的巖石與樁壁分離，樁基的巖芯周邊形成臨空面，而后對(duì)樁基的巖芯進(jìn)行破裂分塊處理，用卷?yè)P(yáng)機(jī)和吊斗把分裂巖塊外運(yùn)。按取芯、破裂分塊、巖塊外運(yùn)的操作順序循環(huán)施工，從而實(shí)現(xiàn)樁基成孔。

4 施工工藝

4.1 水磨鉆機(jī)施工工藝流程

水磨鉆機(jī)施工工藝流程如圖3所示。

圖3 施工工藝流程圖

4.2 場(chǎng)地平整

鏟車(chē)配合挖掘機(jī)對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行整平，同時(shí)修整出樁孔開(kāi)挖平臺(tái)。為防止周邊的水灌入樁孔內(nèi)，要在施工平臺(tái)四周挖好臨時(shí)排水溝，同時(shí)預(yù)防水流沖刷孔口造成下沉[1]。

4.3 測(cè)量放樣

整平施工場(chǎng)地后，采用全站儀準(zhǔn)確放出施工樁位的中心位置，經(jīng)復(fù)核無(wú)誤后，在樁位四周埋設(shè)護(hù)樁，然后報(bào)監(jiān)理檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)合格方可進(jìn)行下一步工序。施工過(guò)程中，根據(jù)需要應(yīng)對(duì)樁位中心進(jìn)行復(fù)核，以保證樁位符合設(shè)計(jì)要求[2]。

4.4 鎖口施工

為防止鉆孔過(guò)程中水或雜物進(jìn)入樁孔，應(yīng)在鉆孔前沿樁孔外邊緣澆筑寬度500～600mm 的鋼筋混凝土鎖口，鎖口高出原地面不小于300mm。

進(jìn)入巖層之前使用氣動(dòng)風(fēng)鎬、鏟鍬等施工設(shè)備挖除土層，并及時(shí)澆筑混凝土護(hù)壁，為保證施工安全，要控制開(kāi)挖進(jìn)尺。

4.5 孔口搭設(shè)支架

孔口采用腳手管（φ48，δ=3.5mm）搭設(shè)防護(hù)支架（見(jiàn)圖4、圖5），安裝活動(dòng)提升架，活動(dòng)提升架經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收合格后安裝，后方配重采用砂箱或混凝土預(yù)制塊，壓重總重量不小于500kg。為了防止雨水進(jìn)入孔內(nèi)且陰雨天氣能正常施工，應(yīng)在支架最頂端用防雨布覆蓋[3]。

圖4 支架示意圖

圖5 支架實(shí)際照片

4.6 樁基開(kāi)挖

第一，巖石取芯：該橋4#墩樁基樁徑2m，選用水磨鉆筒外徑160mm，內(nèi)徑140mm，壁厚度10mm，高度720mm，每循環(huán)可鉆進(jìn)600～650mm。水泵外徑120mm，高度40mm。沿樁基截面外緣布置44 個(gè)取芯點(diǎn)，取芯直徑150mm，取芯圓與鎖口內(nèi)壁相切，取芯圓之間的距離為130mm。依次鉆取外邊緣的44 個(gè)巖芯，取出的巖芯高約650mm，將外周所有的巖芯取完后，樁基的巖芯外圍便形成一個(gè)環(huán)形臨空面（見(jiàn)圖6）。鉆取方向依次向外傾斜大于5.7°以防縮孔。第二，傾斜度計(jì)算：水磨鉆機(jī)高度1500mm，水磨鉆筒外徑160mm；上部電機(jī)突出部位超出鉆筒70mm，鉆孔時(shí)傾斜角度為（70+160/2）/1500=0.1，tan-1（0.1）=5.7°，所以?xún)A斜角度不小于5.7°的情況下進(jìn)行施工才能保證不縮孔。第三，破裂分塊：為方便巖體分解，將樁基的巖芯等分成4份，每份占樁芯巖體的1/4，然后用鐵錘將鋼楔打入手電鉆預(yù)先鉆好的孔內(nèi)，使巖體在水平的沖擊力作用下沿鉛錘面被拉裂，同時(shí)根部發(fā)生水平剪切破裂。重復(fù)以上操作，將樁芯巖體依次破裂分塊。第四，巖塊外運(yùn)：用卷?yè)P(yáng)機(jī)和吊斗，把分裂的巖塊分批外運(yùn)。第五，樁孔修正：水磨鉆鉆芯后樁基孔壁容易形成鋸齒狀，會(huì)影響有效樁徑，因此需要人工敲掉侵占樁基空間的鋸齒狀巖石。

圖6 人工取芯圖

4.7 成孔要求

第一，挖孔達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行孔底處理，確保孔底無(wú)松渣，孔底樁徑不小于設(shè)計(jì)值，孔底地質(zhì)狀況應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。第二，根據(jù)鉛錘法，檢查孔的傾斜度，傾斜度需≤0.5%[4]。

4.8 成樁施工與驗(yàn)收

成樁施工包括鋼筋籠加工和安裝、混凝土澆筑，施工過(guò)程與常規(guī)挖孔施工相同，若樁孔內(nèi)有水且不能抽取，混凝土澆筑則應(yīng)按沖孔樁灌注的方式施工?；炷翝仓瓿珊?，應(yīng)對(duì)樁頂標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)；待混凝土的期齡符合要求，再檢測(cè)其混凝土強(qiáng)度和樁身完整性。

5 安全控制

5.1 施工人員安全保障措施

第一，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員必須戴安全帽、穿絕緣的長(zhǎng)筒膠鞋、系好安全帶，作業(yè)時(shí)將安全帶拴在從孔口而下的保險(xiǎn)繩上。第二，現(xiàn)場(chǎng)必須配備專(zhuān)用的安全爬梯，以供孔下作業(yè)人員通行；下孔作業(yè)前，要注意檢查各施工設(shè)備是否完好、牢固可靠，同時(shí)觀(guān)察樁孔周邊是否有安全隱患未排除。第三，孔口1m 范圍必須設(shè)置二道水平鋼管防護(hù)欄，高度不得低于1.2m，并掛安全網(wǎng)，留一個(gè)通行口，方便人員上下和運(yùn)送渣土。第四，孔口2m 范圍內(nèi)不得有棄土、堆渣。第五，孔深超過(guò)5m時(shí)，為防止吊桶及渣土墜落傷人，在孔底上方2～3m 處設(shè)置由鋼筋制作的半圓形保護(hù)蓋。外運(yùn)時(shí)吊桶不得裝滿(mǎn)超過(guò)高度的2/3，以防溢落，吊桶上下要平穩(wěn)垂直，作業(yè)人員站在安全護(hù)罩下方。第六，孔深超過(guò)10m時(shí)，必須進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，保持孔底空氣清新。

5.2 設(shè)備安全保障措施

提升架：防止垮塌或傾覆，提升架必須按安全規(guī)范要求進(jìn)行配重；為保證井架的強(qiáng)度，應(yīng)用型鋼與鋼管焊接。

卷?yè)P(yáng)機(jī)：第一，為防止卷?yè)P(yáng)機(jī)提升時(shí)卷?yè)P(yáng)機(jī)松動(dòng)倒掛，卷?yè)P(yáng)機(jī)與提升架轉(zhuǎn)盤(pán)使用螺栓進(jìn)行連接牢固。第二，為防止觸電事故，電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的電氣部分不得有漏電現(xiàn)象，各個(gè)金屬外殼應(yīng)有良好的接地線(xiàn)。第三，鋼絲繩位于卷筒中間時(shí)，卷筒軸線(xiàn)與鋼絲繩應(yīng)呈90°角；作業(yè)使用過(guò)程中鋼絲繩應(yīng)在卷筒中至少保留三圈，收繞鋼絲繩時(shí)，嚴(yán)禁止用手引導(dǎo)。第四，施工作業(yè)前，要注意檢查鋼絲繩是否出現(xiàn)斷絲斷股、磨損、毛刺，鋼絲繩反接頭是否牢固，吊鉤是否有磨損、插銷(xiāo)是否可靠，渣桶是否破損，若發(fā)現(xiàn)隱患，須在整改完成后恢復(fù)施工。第五，卷?yè)P(yáng)機(jī)使用的吊鉤要求安全可靠，同時(shí)配有保險(xiǎn)裝置，以防止脫鉤。

5.3 鄰近鐵路施工的監(jiān)控量測(cè)

5.3.1 量測(cè)項(xiàng)目

鄰近鐵路施工時(shí)，為監(jiān)測(cè)施工對(duì)既有結(jié)構(gòu)物的影響、指導(dǎo)施工，沿線(xiàn)路按照施工內(nèi)容布置監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)。按公路工程有關(guān)施工安全技術(shù)規(guī)范的規(guī)定和圖紙要求，并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況，確定量測(cè)項(xiàng)目（見(jiàn)表2）。

表2 量測(cè)項(xiàng)目、量測(cè)儀器及工作內(nèi)容表

5.3.2 監(jiān)控量測(cè)

施工之前建立可靠的高程和水平位移控制網(wǎng)，基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置應(yīng)充分考慮施工可能帶來(lái)的影響，以免遭到破壞。施工期間每天量測(cè)1次，同時(shí)根據(jù)位移變化情況減少或加密量測(cè)。施工后視變化規(guī)律確定量測(cè)頻率，量測(cè)時(shí)間間隔一般為鄰近段落施工結(jié)束后7天，在雨季應(yīng)加密量測(cè)次數(shù)，注意位移變化趨勢(shì)。

6 結(jié)語(yǔ)

水磨鉆機(jī)成孔施工工藝非常適合在涉及居民區(qū)、舊路改擴(kuò)建、鄰近鐵路等施工條件受到限制下的橋梁樁基施工，相較于其他施工方法，水磨鉆機(jī)成孔施工方法不但安全可靠、成孔質(zhì)量高、無(wú)粉塵，作業(yè)環(huán)境好，且所需施工設(shè)備簡(jiǎn)單、易于操作，還可根據(jù)施工進(jìn)度需要隨時(shí)增加工作面，施工組織機(jī)動(dòng)性高，能夠有效提高成樁效果。