水磨鉆在人工挖孔樁中的應用

潘小玲

(中鐵十八局集團六公司，天津 300222)

0 前言

近幾年隨著城市建設的快速發(fā)展，老城區(qū)改造以強勁的勢頭在發(fā)生著變化，在人口密集地方進行施工已成為不可避免的環(huán)境現(xiàn)狀，尤其是樁基施工，對弱風化巖石，在不允許使用炸藥爆破、大型鉆機又無法施工、風鎬又鑿不動巖石的情況下，如何提高人工挖孔樁的施工進度及質量保證成為一項嚴峻的技術難題。為解決這個難題，我們改進了施工工藝，采用水磨鉆施工技術，在人工挖孔樁嵌入巖石中發(fā)揮了重要的作用，取得了良好的效果。

1 工程概況

本工程共計700 根樁，樁基設計采用人工挖孔灌注樁，樁體直徑為900mm、1 000mm、1 200mm、1 400mm、1 600mm五種類型，承載力特征值分別為4 830KN、5 960KN、8 590KN、11 690KN、15 270KN，樁身進入弱風化玄武巖不少于1 000 mm。樁身及樁護壁混凝土強度等級均為C30，樁縱筋鋼筋規(guī)格有Ф12、Ф14、Ф16，箍筋為Ф10，護壁鋼筋規(guī)格為Ф8。

2 施工方案確定

該工程地下巖石為中風化和弱風化巖石，由于巖石抗壓能力強，抗拉和抗剪切能力較低，巖石在大于其極限抗剪切力的作用下會發(fā)生剪切破壞。結合現(xiàn)場實際情況，我們經過多次試驗總結，認為在城市里采用水磨鉆施工是最實用、最經濟的施工方法。

3 水磨鉆施工

3．1 水磨鉆施工特點

水磨鉆孔樁機具設備簡單，施工技術簡單，工人容易操作，場地占用小，沒有泥漿排出，環(huán)境污染小，施工質量可靠，可全面開展施工。

3．2 水磨鉆施工工藝原理

水磨鉆法主要是采用小型電動機，鉆筒為直徑150mm的鋼鉆筒，鉆筒高約60cm，可鉆取50cm 高的巖石芯柱，沿挖孔樁外徑成環(huán)狀布置，由圓外側向內側推進施工，然后采用風鎬將殘留巖石剔除掉。巖石受到拉力和水平面上的剪切力作用，當外力大于巖石極限抗剪切力時，巖石柱體從根部發(fā)生剪切破裂，取出分裂的巖塊。

3．3 施工工藝流程及操作要點

3．3．1 主要施工工藝流程

測量放線——開挖到巖石層——測量放線——布置水磨鉆取芯點——水磨鉆鉆取柱狀巖芯——沿圓周向圓中心取芯——風鎬剔除殘留巖體——修整孔位

3．3．2 施工人員配置

2 人一組使用1 臺水鉆施工1 根樁孔，1 人在孔底使用水磨鉆施工，1 人在地面進行出碴。

3．4 水磨鉆施工方法

(1)測量放線布置取芯點并鉆取四周巖石，根據孔徑大小布置取芯點，按布置點位沿圓周取芯，取芯直徑為150mm，取芯圓樁孔內壁相切，取芯圓之間的距離為120mm。沿孔外周依次鉆取，取出的巖芯高約500mm，將孔樁外周巖芯取完后，孔樁外周形成一個環(huán)狀臨空面。

(2)沿外環(huán)繼續(xù)向內環(huán)施工，一直取芯，使孔樁巖體只剩下孔樁中心小部分巖體，再無法采用成環(huán)狀施工時，在中心巖體部位中間位置取芯，最后只剩余部分殘留巖體。

(3)采用鋼楔、風鎬等工具，將剩余殘留巖體剔除。

(4)采用鐵質筒裝渣，裝渣至筒的三分之二，以防止掉渣，人工裝渣，采用電動提升機提升出渣。

(5)樁孔修正及測量放線，由于水磨鉆取芯后樁基孔壁成鋸齒狀，為了使開挖孔徑與設計樁徑尺寸一致，采用風鎬將鋸齒等巖體剔除。通過鎖口護樁拉上十字線繩，檢查樁孔的直徑、深度及超欠挖情況，同時標出下一個循環(huán)水磨鉆取芯位置，進入下一循環(huán)的挖孔樁施工。

(6)成孔檢查與驗收，將孔底碎渣清理干凈，孔底無積水，孔徑、孔深、垂直度滿足設計要求。

3．5 施工注意事項

(1)施工中，除巖石外均采用人工用鐵鍬、鎬等工具開挖，每次進尺為1m，遇到流沙、地下水等特殊地質，開挖及支護深度為30—50cm，護壁為20cm 厚的C30 混凝土護壁。

(2)由于采用提升架，挖孔樁的鎖口采用鋼筋混凝土澆筑，以確保安全，鎖口高出原地面30cm，以免石碴等雜物掉入井內。

(3)提升架必須經常檢查，檢查鋼絲繩、掛鉤、電動卷揚機、支架等是否正常工作，如有損傷立即進行更換。

(4)裝渣不要超過桶的2/3 高，嚴禁石塊掉入樁孔內。

3．6 材料與設備

鉆電機為HZ15-A 型，鉆孔直徑150mm，鉆孔深500mm，功率為2．5KW。

卷揚機為Y132S-4，功率為5．5KW，采用直徑為12mm 鋼絲繩。

水磨鉆主要有電動機、鋼質鉆筒和支架組成。一個水磨鉆機配備3 個鋼質鉆筒，1 個工作，2 個備用，一個水磨鉆筒上有8 個刀頭。水磨鉆筒外徑為15cm，內徑為13cm，壁厚度為1cm，高度為60cm，一個循環(huán)可鉆50cm。

3．7 質量控制

(1)要按放線的孔位進行鉆孔，開鉆時要慢速鉆進，待鉆頭全部進入地層，開始正常工作后方可加速鉆進。

(2)鉆孔開始后應保證鉆筒的垂直度和鉆孔的進度，如鉆筒傾斜或卡鉆，應立即停止鉆進并進行調整，將問題解決后再繼續(xù)鉆進。

(3)孔底沉渣及積水應及時清除干凈。

3．8 安全措施

(1)水磨鉆孔工人必須配有安全帽、安全繩、安全鞋及安全手套等安全用品以及吊桶、吊鉤、鋼絲繩、卷揚機等機具，必須經常檢查。施工區(qū)域應進行封閉圍護，鎖口應高出地面30cm，以防止土、石、雜物滾入孔內傷人。應隨時檢測孔內的空氣質量，必要時及時用機械通風或停止工作。

(2)作業(yè)人員必須進行安全教育培訓和考試，考試合格后才允許上崗作業(yè)，嚴格按操作規(guī)程進行作業(yè)。

(3)安全用電，施工現(xiàn)場按規(guī)范進行三級配電二級保護，并且設置明顯的標志，所有使用的電器設備必須符合安全規(guī)定。

(4)水磨鉆孔工作暫停時，孔口必須罩蓋。井孔應安設牢固可靠的安全梯，以便于施工人員上下。

(5)現(xiàn)場操作人員不得疲勞作業(yè)，不得帶病作業(yè)，不得擅自離崗。

3．9 環(huán)保措施

(1)嚴格認真執(zhí)行當?shù)丨h(huán)保部門的有關規(guī)定，做好環(huán)境保護工作。

(2)施工現(xiàn)場的各種安全設施和勞動保護器具、材料和機械設備，應定期檢查維修，保持完好的備用狀態(tài)，施工現(xiàn)場的棄碴及時清除和退場。

(3)采取措施控制施工現(xiàn)場的各種粉塵、廢氣、廢水、固體廢棄物以及噪聲、震動對環(huán)境的污染的危害。

(4)實行掛牌施工，在施工現(xiàn)場定期設置與本工程施工內容、安全、質量、進度相關的宣傳標語。

4 結語

采用水磨鉆施工弱風化巖石的人工挖孔樁，能夠以較短的工期、較好的效果、較低的成本完成施工任務，是解決復雜地質條件下人工挖孔樁的有效施工方法，具有重要的應用價值和推廣前景。水磨鉆施工具有成孔規(guī)則、進尺快、不爆破、對孔壁擾動小的優(yōu)點。水磨鉆孔樁具有機具設備簡單、施工操作方便、占用場地小、無泥漿排出、施工質量可靠等特點。

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