淺談水磨鉆人工挖孔樁的應用

楊 濤

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 施工原理

水磨鉆主要由水磨鉆機、水磨鉆筒和專用水泵三部分組成。一般一個水磨鉆機配備3～5個水磨鉆筒，一個水磨鉆筒上有7個刀頭。水磨鉆筒外徑為16 cm，內徑為14 cm，壁厚度為1 cm，高度為60 cm，一個循環可鉆50～60 cm。專用水泵外徑為12 cm，高度為40 cm。

水磨鉆法主要是通過水磨鉆機沿樁徑內沿鉆若干個孔，孔孔相連，鉆孔后取芯，待所有水磨鉆鉆孔連成一個環后，樁芯就和樁壁分離了，形成樁芯的臨空面。然后，對剩余的樁基巖芯部分進行分塊，沿圓半徑取芯分塊形成內部臨空面。在分塊的巖石上鉆上一排小孔，在小孔內錐入鋼楔子，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生剪切破裂，分解成若干小塊，利用卷揚機吊出孔外，取出分裂的巖塊。依次按照分層取芯、破裂、取巖塊的循環工序作用，最終達到成孔的目的。隨后進行鋼筋籠安裝和混凝土澆筑。

2 施工方法

2.1 施工準備

正式施工前，把水源、電源接通，將施工所用的材料、機具運輸到位，技術人員熟悉圖紙，了解地質情況、樁徑、深度等相關參數，并對操作人員進行技術交底和安全交底，達到開工的條件。

2.2 測量放線

使用全站儀進行測量定位，放出樁芯位置，并根據圖紙，放出樁孔的圓周線，經監理單位覆核后可以開始施工。考慮到施工過程的誤差以及開孔之間的殘余巖石，一般鉆孔樁徑大于設計樁徑10 cm左右。

2.3 搭設支架

正式施工前，需要搭設施工支架，施工支架采用普通鋼管腳手架搭設而成。施工支架高4～6 m，作為施工過程中的卷揚機支撐，支架四角落在樁口外圍，支架頂部用防雨布覆蓋，保證陰雨天氣正常施工。支架搭設完成后，在支架上固定卷揚機和滑輪，接通電源，調試到正常工作狀態。

2.4 鎖口澆筑

在進入巖層之前可以利用鐵鍬等工具人工挖除土層，并及時澆筑混凝土護壁，控制開挖進尺以保證安全。

2.5 水磨鉆開孔取芯

測量放樣后鉆機就位，固定鉆機位置，保證套筒向孔樁側壁外傾一定角度，這樣在下一循環才可以保證鉆機就位后，套筒起鉆點能置于設計孔樁邊線面不致造成縮孔，此措施將使樁孔呈節段倒合體，保證成孔截面尺寸。

2.5.1 擴底傾斜角度計算

水磨鉆機高1 500 mm，鉆筒外徑為160 mm；電機或支架超出鉆芯前端80 mm，正常鉆孔時鉆機傾斜角度即為(80+160/2)/1500=0.107，傾斜角度≥tan(0.107)-1=6.107°，才能保證不縮孔。向外擴底時，鉆機傾斜角度≥10°就不易固定鉆機位置，tan10°=0.176，向外擴底寬度0.176×1 500-(80+160/2)=104 mm，即每500 mm可向外擴100 mm寬。

2.5.2 鉆孔取芯

準備工作全部完成后，開始水磨鉆鉆孔取芯。水磨鉆開孔沿樁孔四周進行，鉆孔直徑16 cm，孔深50～60 cm。鉆孔時向井孔外側傾斜3度左右，預留出鉆具的尺寸。保證循環施工時樁徑不變。沿樁基孔壁布置取芯點，取芯圓與鎖口內壁相切。依次鉆取外周的巖芯，取出的巖芯高約500 mm，將外周巖芯取完后樁芯體巖外圍便形成一個環形臨空面。

2.6 孔芯外運

水磨鉆施工一邊進行，一邊對取出的鉆芯組織外運。鉆芯外運采用吊斗，卷揚機吊裝吊斗運出。

2.7 樁芯破碎

全部鉆孔及取芯施工完成后，對剩余的樁芯進行破碎。沿樁半徑鉆取巖芯，直徑為125 cm的樁基將樁芯巖體等分成三等份，每份占樁芯巖體的1/3，以便于巖體破裂。用手電鉆在樁芯巖體上鉆孔，并將樁芯巖石分成六等份。在沿樁基徑向手電鉆鉆出的孔內打入鋼楔，用大錘錘擊鋼楔使巖體獲得一個水平的沖擊力，在水平沖擊力作用下巖石沿鉛錘面被拉裂，底部會發生水平剪切破裂。依次分裂巖體，直至該層樁芯巖體全部破裂。

卷積神經網絡在圖像識別領域已經展現了其強大的學習能力，目前提高卷積神經網絡性能最直接的方法就是增加網絡的深度，以提升網絡對數據的表征能力。但網絡深度的增加意味著參數的增加，這使得擴大后的網絡易出現過擬合的問題。針對這一問題，在參數較多的高層卷積層，采用一種多尺度卷積模塊(Inception)[11]替代高層卷積層，在保證網絡深度的同時，減少了網絡參數數量。多尺度卷積模塊示意圖如圖2所示。

2.8 塊石外運

破碎的石塊用電錘或風鎬進行破碎，保證直徑在20 cm以下，使用卷揚機、吊斗外運。石塊清運干凈后繼續下一輪的鉆孔取芯，破碎外運施工。

為保證井孔內人員的安全，石塊外運過程中在操作面上方搭設防砸棚，防砸棚面積小于樁孔面積的一半，這樣，既能使石塊順利外運，又能保證操作人員安全。

鉆孔過程中如果有水滲漏，要使用水泵排水，確保人員能夠正常作業。夜間停工時，操作工具吊起至水面以上，防止工具泡水。如出現破碎巖層或裂隙，用施工混凝土護壁即可。

2.9 檢查驗收

終孔前把孔底清理干凈，要求孔底無積渣，基底修整平整。然后測出樁的中心點，量好各個斷面的具體尺寸，并做好記錄。自檢合格后通知監理工程師，配好儀器設備，對孔位、孔深、孔徑，豎直度、孔內積渣等進行檢查，做好檢查記錄，核對地質資料，簽認檢查記錄，符合要求后方可進行下道工序施工，否則，按監理工程師要求整改。

2.10 鋼筋籠加工及安裝

(1)根據鋼筋籠的設計直徑、間距、長度和數量計算主筋分段長度和箍筋下料長度。將所需鋼筋調直后，按計算長度切割備用。鋼筋下料時設計好下料尺寸，確保在鋼筋籠制作過程中接頭錯開1.5米以上，從而保證在同一斷面上鋼筋接頭面積小于或等于整個斷面鋼筋總面積的50%，保證整個鋼筋籠長度。

鋼筋采用綁扎搭接，搭接長度不小于40 d。在主筋外側設加勁箍筋，間隔2.0 m。在鋼筋籠外側或內側沿軸線方向安設臨時支柱。

(2)在鋼筋籠四周用墊塊作為保護層厚度襯塊，其沿樁長的間距不超過2 m，橫向圓周不得少于4處。確保鋼筋籠保護層厚度；超聲波探測管采用金屬管，內徑不小于90 mm，壁厚3.0 mm。探測管每根孔樁設四根，均布于樁身周邊，綁扎在鋼筋籠的內側，探測管下端用鋼板焊接封閉以防漏水，上端加蓋，管內無異物，連接處應光滑過渡，不漏水。管口應高出樁頂30 cm以上，且各探測管管口高度一致。

(3)鋼筋籠綁扎好一節時，用施工吊車吊入孔內，在加強筋位置用鋼管將鋼筋籠支撐在護圈上，進行下節鋼筋籠綁扎，直到鋼筋籠安裝完成，便按測量人員給定的控制點恢復樁基中心，(掛細線找出中心)籠體中心與樁基中心重合時才能固定，其允許偏差2 cm。之后，安裝鋼筋籠保護層墊塊。在鋼筋籠的接長、安放過程中，始終保持骨架垂直；鋼筋籠接長采用搭接發接頭用加強筋或“U”型卡加固，每節接長保證順直度滿足要求，接頭牢固可靠。鋼筋籠接好后嚴格檢查接頭質量，合格后方可下放,并邊下沉邊割掉籠內十字撐。鋼筋籠吊裝前需要進行加固，加固方式采用加強筋，每個2 m加強設置。

2.11 鋼筋骨架的存放、運輸與現場吊裝

鋼筋骨架臨時存放的場地必須保證平整、干燥。存放時，每個加勁筋與地面接觸處都墊上等高的方木，以免受潮或沾上泥土。每個鋼筋籠制作好后要掛上標志牌，便于使用時按樁號裝車運出。

鋼筋骨架在轉運至墩位的過程中必須保證骨架不變形。采用汽車運輸時要保證在每個加強筋處設支承點，各支承點高度須相等。

鋼筋籠入孔時，由25t吊車吊裝。在安裝鋼筋籠時，采用三點起吊。第一吊點設在骨架的下部；第二吊點設在骨架長度的中點到上三分之一點之間；第三吊點在骨架最上端的定位處。操作時，要采取措施對起吊點予以加強，以保證鋼筋籠在起吊時不致變形。

吊放鋼筋籠入孔時應對準孔徑，保持垂直，輕放、慢放入孔，入孔后應徐徐下放，避免左右旋轉，嚴禁擺動碰撞孔壁。若遇阻礙應停止下放，查明原因進行處理。嚴禁高提猛落和強制下放。

骨架最上端的定位，必須由測定的孔口標高來計算定位筋的長度，為防止鋼筋籠掉籠或在灌注過程中浮籠，鋼筋籠的定位采用φ20 mm鋼筋懸掛在鋼護筒上，同時使用2根φ100 mm鋼管對稱壓住鋼筋籠(其下端卡住鋼筋籠頂部的加強箍筋，其上端焊接在鋼護筒上)。鋼筋籠的中心要與設計樁的中心位置對正，反復核對無誤后再焊接于鋼護筒上，完成鋼筋籠的安裝。

2.12 混凝土澆筑

混凝土澆筑時應使用串桶，從樁的一側下料，人工攤鋪并振搗；在有地下水時可用導管進行水下混凝土澆筑。

鋼筋籠內側裝有超聲波管道及界面取芯管，以便于日后檢測樁深的需要，因此，管口應做好封閉工作，以防混凝土澆筑時流入管道，混凝土澆筑完畢后水平距離不應超過管道口。

3 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則、進尺快、不爆破，對孔壁攏動小的優點。水磨鉆孔樁具有設備簡單，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。