階地地區(qū)橋梁樁基水磨鉆施工技術(shù)

金玉波(綿陽市川交公路規(guī)劃勘察設(shè)計有限公司，四川 綿陽 621700)

階地地區(qū)橋梁樁基水磨鉆施工技術(shù)

金玉波
(綿陽市川交公路規(guī)劃勘察設(shè)計有限公司，四川 綿陽 621700)

隨著交通建設(shè)的蓬勃發(fā)展，對路橋建設(shè)質(zhì)量提出了更高的要求；水磨鉆工藝以其擾動小、巖體的破壞性較小、擴(kuò)孔系數(shù)小、成孔質(zhì)量高等優(yōu)勢，在黃河階地地區(qū)公路橋梁樁基施工中得到廣泛應(yīng)用，對于提升施工質(zhì)量具有積極的意義；文章主要介紹了水磨鉆施工原理、施工工藝、施工要點(diǎn)等, 為類似工程施工提供參考。

水磨鉆；樁基；黃河階地地區(qū)；成孔工藝原理

1 工程簡介

蘭州蘭繞城高速公路起點(diǎn)位于連霍國道主干線蘭州市榆中縣定遠(yuǎn)鎮(zhèn)，終點(diǎn)位于黃羊頭。西固大橋是蘭繞城重點(diǎn)工程，位于蘭州市西固區(qū)，跨越黃河、蘭新鐵路和西新路，南引橋位于黃河南岸西固區(qū)上岸門村西約500m，北引橋位于黃河北岸西固區(qū)柴家臺村西，距離柴家峽水電站下游約1.8km。

地形地貌：西固大橋位于黃河上游的干流上，屬于隴西黃土高原西部，是青藏高原向黃土高原的過渡帶。地形地貌總體為南北高（黃土溝梁區(qū)），中間低（河谷盆地區(qū)），主要由黃河河谷及兩岸階地構(gòu)成。

地層巖性：西固黃河大橋南引橋位于蘭新線與黃河南岸階地之間，根據(jù)地質(zhì)勘查報告，出露及鉆孔揭露地層為第四系和白堊系地層，上部地層以黃土堆積為主，幾乎全段都有中、上更新統(tǒng)的黃土堆積，下部揭露（溝谷兩側(cè)偶有出露）中更新統(tǒng)砂礫、碎石、卵石、和白堊系砂巖（砂巖夾泥巖）。

水文地質(zhì)：根據(jù)地質(zhì)勘查報告，樁基施工地層范圍內(nèi)未見地下水。

西固黃河大橋南引橋3#墩位于陡峭的半山腰上，大型樁基施工設(shè)備進(jìn)場極其困難。山體主要由表層黃土，泥巖層、砂巖層，卵石層等構(gòu)成，表面有少量植被覆蓋，且表層有滑移的可能。

這就要求樁基施工應(yīng)選取對土層、巖體擾動盡量?。ㄒ悦鈹_動山體過大，引起山體滑動），無需大型機(jī)械設(shè)備（避免設(shè)備進(jìn)場困難）的施工方案。

2 施工方案選擇

巖石地質(zhì)樁基成孔一般有：大型鉆機(jī)成孔、鉆爆成孔、水磨鉆成孔等。

由于地形條件限制，無進(jìn)場道路，傳統(tǒng)大型樁基設(shè)備無法進(jìn)場；

而鉆爆震動較大，對山體邊坡穩(wěn)定造成安全隱患；

水磨鉆施工技設(shè)備進(jìn)場方便，對巖體擾動小，適應(yīng)本橋3#墩現(xiàn)場施工條件和施工要求，最終確定為最佳施工方案。

3 水磨鉆施工技術(shù)

3.1 施工原理

水磨鉆施工設(shè)備主要由鉆筒和電動機(jī)構(gòu)成,重約100kg,作業(yè)時電動機(jī)帶動鉆筒在孔內(nèi)沿護(hù)壁方向鉆取周邊巖芯，待周邊巖芯貫通后，利用風(fēng)鎬對中部巖芯進(jìn)行破碎、分塊，取出分裂的巖塊；然后依次按照分層鉆孔、取芯、破碎、取巖塊的循環(huán)工序，最終達(dá)到成孔目的。

圖 1水磨鉆鉆機(jī)示意圖

3.2 主要工藝簡述

1) 樁位放樣：在施工之前，放線定位樁位中心并對樁位設(shè)置護(hù)樁, 標(biāo)出孔樁開挖輪廓線。

2) 井臺澆筑：清除地面浮土后澆筑井臺，井臺高度以高于原地面10cm-20cm左右為宜；井臺主要起加固井口，防止地面水侵入、碎石落入樁孔的作用；同時還應(yīng)測量出井臺標(biāo)高，用于控制樁底標(biāo)高。

3) 水磨鉆鉆孔：利用水磨鉆鉆機(jī)沿樁基開挖輪廓線進(jìn)行鉆孔（鉆筒外直徑一般為16cm，內(nèi)直徑15cm），當(dāng)孔位沿輪廓線閉合后，樁基中部巖體形成四周臨空面（圖 2）。

4) 破碎中部巖體與清渣：采用風(fēng)鎬順著巖層紋理對中部臨空巖體進(jìn)行破碎、分塊（圖 3）；對于整體性較好、硬度較高的巖體，可利用手提式水磨鉆機(jī)打孔，然后在小孔內(nèi)插入鋼楔子，捶擊鋼楔擠壓巖石，使巖石同時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，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。直至中部臨空巖體完全鑿除（圖4），并利用渣土提升機(jī)實(shí)施出渣操作。

圖 2四周臨空巖體

圖3 破碎中部臨空巖體圖

圖4 中部巖體完全鑿除

5) 護(hù)壁施工：在樁基底部中需設(shè)置積水坑，并采用高揚(yáng)程水泵及時的抽水。如遇到地下水不大時，可采用單樁樁內(nèi)抽水，如遇到地下水豐富時可采用多樁樁內(nèi)同抽水；每施工完一節(jié)之后，應(yīng)立即澆筑混凝土護(hù)壁，以加強(qiáng)周圍巖體穩(wěn)定性，確保施工安全。

6) 檢查成孔質(zhì)量：每節(jié)施工完成后，利用井口護(hù)樁及垂線檢查樁基孔徑及垂直度（圖 5）；循環(huán)往復(fù)施工直至達(dá)到設(shè)計標(biāo)高。開挖成孔后需對孔截面尺寸、開挖深度、樁位軸線和孔位垂直度等進(jìn)行最終測定、記錄,找相關(guān)單位確認(rèn)樁底持力層地質(zhì)情況，并辦理驗收手續(xù)。

圖 5 利用護(hù)樁垂線檢查樁基

3.3 施工中控制要點(diǎn)

1) 施工前要認(rèn)真分析樁基處地質(zhì)勘探資料，對地層巖性、巖層風(fēng)化厚度、破碎程度、軟弱夾層分布、地下水狀態(tài)進(jìn)行查明，對施工中常遇到的問題應(yīng)采取針對性的解決辦法。

2) 若遇到裂隙輕微、滲水量小的地層，一般采用充填、滲透和擠密的形式把灌漿材料充填到縫隙中；若裂隙發(fā)育、滲水量大的地層，應(yīng)先擴(kuò)孔后立鋼模板援采用水下混凝土灌注的形式進(jìn)行封堵。

3) 水磨鉆樁基施工采用過程控制，每節(jié)施工都必須對樁基垂直度、樁徑進(jìn)行校核，防止偏孔、斜孔的發(fā)生。

4) 由于施工場地的限制，施工道路往往距離邊樁很近，車輛通行產(chǎn)生的振動對護(hù)壁的安全也會造成不利的影響。樁基3m以內(nèi)不得有機(jī)動車輛行駛或停放。

5) 孔內(nèi)照明應(yīng)采用安全礦燈12V的安全燈，孔內(nèi)操作工人應(yīng)手戴工作手套，腳穿絕緣膠鞋，防止觸電事故發(fā)生；

6) 當(dāng)樁孔開挖深度超過5m時，每日開工前要用氣體檢測儀（蠟燭或小動物)放入孔內(nèi)檢測井內(nèi)有無毒害氣體，并向孔內(nèi)送風(fēng)5分鐘，使孔內(nèi)混濁空氣排出。當(dāng)樁孔開挖深度超過10m時，每次下井作業(yè)必須先鼓風(fēng)通氣15分鐘后方可進(jìn)入，風(fēng)量不宜少于25升/秒；施工時不斷向孔內(nèi)輸送新鮮空氣，必要時抽送同時進(jìn)行。

4 結(jié)語

水磨鉆工藝分析：

1) 施工現(xiàn)場臨近黃河兩岸階地南岸山體，常規(guī)施工（大型機(jī)械成孔、鉆爆成孔）會產(chǎn)生較大噪音和震動,甚至可能形成安全隱患，對山體穩(wěn)定產(chǎn)生非常大的影響。水磨鉆施工作業(yè)發(fā)出的聲音基本上來源于鉆取巖體時設(shè)備與巖體的磨切，響度有限，低噪音，擾動??；

2) 水磨鉆施工基本不受環(huán)境、天氣以及材料等的影響，可有效保障施工進(jìn)度，并利于施工成本的降低。

3) 成孔質(zhì)量好，擴(kuò)孔系數(shù)小。水磨鉆施工成孔規(guī)則,能有效控制混凝土的超方量。

雖然水磨鉆工藝具備很多優(yōu)點(diǎn)，但在施工中需要布設(shè)管線較多（水磨鉆進(jìn)出水管、電源線，照明電源線，水泵水管等等），若接線、絕緣防護(hù)措施不當(dāng)，易產(chǎn)生用電事故，如何規(guī)范、安全布置管線，需要根據(jù)施工場地實(shí)際情況提前進(jìn)行安排。

經(jīng)過水磨鉆工藝在西固黃河大橋中成功的應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

1. 水磨鉆施工工藝適用于施工場地限制、人群密集度比較高、臨近對噪聲、震動干擾較敏感結(jié)構(gòu)物樁基的施工（如：市政工程、鐵路既有線施工等）。

2. 水磨鉆工藝使用面廣、適用多種施工環(huán)境，在鐵路、公路橋梁樁基施工中都可以適用，能有效保證工期、進(jìn)度要求。

3. 水磨鉆施工需要設(shè)置專用的沉淀池、排水通道，否則易造成農(nóng)田、河道污染。

[1]范洪海.水磨鉆在砂巖樁基中的應(yīng)用.四川建筑，2014.08，第34卷（4期）

[2]柴勇.人工挖孔水磨鉆在山區(qū)高速公路橋梁樁基施工中的應(yīng)用.交通建設(shè)與管理，2014.06

[3]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范，JTG/T F50-2011

[4]公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)，JTG/T F80/1-2004

U45

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1007-6344（2016）04-0033-02

金玉波，男，1972年3月，本科，工程師，主要從事項目管理工作。