風化砂巖陡坡地段橋梁樁基水磨鉆成孔施工技術

張亞平　張波　黃程

摘 要：為解決風化砂巖陡坡地段橋梁樁基施工易造成山體崩塌、滾石及大型設備難以進場的問題，在西固黃河特大橋樁基施工中采用了水磨鉆成孔的施工方法，不僅規避了安全風險，還能提高施工質量，可在類似項目中推廣應用。

關鍵詞：風化砂巖;陡坡地段;水磨鉆;環形臨空面;鋼筋籠拼裝

中圖分類號：U445? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）05-0102-03

隨著我國高速鐵路、高速公路、城市快車道建設的飛速發展，復雜環境下的橋梁修建越來越多，高新民[1]等探討了陡坡地段橋梁樁基施工技術，蔣永昌[2]分析了山區陡坡橋梁樁基施工標準化技術，陳小鵬[3]研究了山區陡坡橋梁樁基施工技術，分別對陡坡地段樁基施工質量安全隱患、控制因素及鉆爆法施工工藝進行了研究。因此，針對風化砂巖陡坡階地樁基施工難度大的技術難題，本文研究采用水磨鉆人工挖孔樁的施工工藝，降低施工風險，確保了施工質量，對其他類似情況的工程施工具有一定的參考意義。

1工程概況

1.1項目概況

蘭州南繞城高速公路關鍵性工程西固黃河特大橋橋梁全長為1003m[4]，跨越黃河、蘭新鐵路和109國道，穿越蘭州二級水源保護區。

橋址高坡主要分布在黃河南岸，坡度高度約為120m，從底部到頂部為多段坡度[5]：0m～60m天然坡度為41.5°，是由粘土粉砂巖及粘土巖組成的巖質邊坡;60m～90m天然坡度為36°，覆蓋層的坡度由梯形沖積礦床組成，坡面為黃土分布;90m～120m天然坡度為23.5°，是沖積黃土坡地，具有Ⅲ～Ⅳ自重濕陷性;坡頂表面較緩，一般小于20°，存在黃土塌陷現象。

1.2陡坡地段樁基工程簡介

西固黃河特大橋2#墩共有樁基礎8根，樁頂設置承臺，樁基與承臺平面布置見圖1。樁基為端承樁，樁徑為1.8m，樁長25m。樁基位于黃河南岸的陡峭滑坡階地，斜坡高度大于30m，坡度為41.5°左右，橋墩現場地形圖見圖2。

1.3工程難點

（1）滑坡階地不穩定。橋梁2#墩基礎位于黃河南岸的陡峭滑坡階地，屬于河谷兩側地帶堆積的形態很像階地的滑坡體。如果施工過程中產生的外部因素和影響改變了滑坡的基本條件，就會引發滑坡。故針對2#墩樁基礎的施工，需結合現場實際情況，選擇最優的施工方案進行施工，以避免對山體穩定性造成過大影響而誘發滑坡危害。

（2）崩塌及滾石危害。坡體由不同類型的巖層組成，削弱了巖體的內部連接，坡面上的巖石風化嚴重，植物根系鍥入。一旦斜坡的穩定性被破壞，就會導致坍塌或滾石，對施工構成安全威脅。

（3）無進場便道。橋梁2#墩施工部處的斜坡高陡與坡度過大，且地質條件復雜，不宜修建供大型設備出入的臨時施工便道，導致物資、設備進場困難。

2施工工藝對比分析

比較并選擇三種樁基施工方法，如下表所示：

結合本項目實際情況，考慮到2#墩基礎位于黃河邊陡峭滑坡地段，地質條件復雜，沖擊鉆成孔和鉆爆法成孔時震動較大，對山體穩定性影響較大，為了減少樁基施工對山體的影響，分析采用水磨鉆人工挖孔樁施工方法。

3水磨鉆人工挖孔樁施工原理及施工工藝

3.1施工原理

通過使用水磨鉆機沿著樁基的設計圓周取出圓柱形芯，形成一個環形臨空面，使中部巖體形成無側限狀態，再進行破碎、分割、取出裂開的巖塊、護壁施工，最后達到成孔目的。

3.2施工工藝

3.2.1施工準備

施工前，做好安全、技術交底，并將施工方案和作業標準對操作人員做好培訓。對進場的材料進行材質、性能及尺寸檢查，施工前必須檢查至符合要求。根據現場情況，選取適當直徑的水磨鉆，以及空壓機、風鎬的型號。

3.2.2定位及井臺施工

在對場地進行平整后，根據設計圖紙準確地釋放樁心，并埋設護樁。開挖施工井臺，根據放出的樁位中心點，開挖出井臺的位置，立模澆筑混凝土。高出原地面30cm。除了作為施工作業平臺外，還具有保護井口，承受施工荷載和擋水的功能。

3.2.3孔口支架搭設

待井臺施工結束后，分別在每個井臺上設置鋼管防雨支架，在成型井架上安裝滑輪和用卷揚機等材料構成的提升系統。在支架頂部覆蓋防水土工布，阻止雨水直接落入孔內，確保在雨天工人能正常施工。

3.2.4水磨鉆鉆孔施工

水磨鉆鉆機施工流程，見圖3。

使用選好直徑的水磨鉆鉆機，沿樁基開挖輪廓線進行鉆孔，依次沿著外周轉出巖芯，取出的巖芯高約50cm，在把巖體外周的巖芯全部取出之后，剩余的巖體形成一個環形臨空面，見圖4。

3.2.5芯頭鑿除

使用風鎬將中部巖體破碎。對于具有更好的完整性和更高硬度的巖體，使用手持式水磨機鉆孔。將鋼楔插入小孔并敲擊鋼楔以擠壓巖石，使巖石沿垂直平面被拉動并從底部剪切損壞。取出裂巖直到核心巖體被完全移除，并且用卷揚機進行出渣操作。

3.2.6 護壁施工

每當深度挖至1m時，清除渣土后及時澆筑護壁砼，采用C20現澆混凝土，護壁的結構形式按內八字搭接設置，搭接長度不小于5cm。護壁模板使用固定的型鋼模板，一套由八塊構成，每塊之間使用螺栓固定。

3.2.7清孔及成孔檢測

在每一個節段施工結束后，利用孔口的護樁和重垂線檢查樁基的孔徑和垂直度。待開挖至樁底標高后，清除孔底沉渣，再對成孔的截面尺寸、孔深、樁位軸線和孔位垂直度等檢查項目做最終的檢測，找相關單位確認辦理驗收手續。

3.2.8 鋼筋籠拼裝及下放

采用在孔口綁扎鋼筋籠的方式進行。

鋼筋配料加工。根據相應橋墩的樁基設計深度和實際深度，確定鋼筋籠的加工長度;根據確認的長度對每節鋼筋籠進行下料，本樁基鋼筋籠的基本長度確認為6m;根據鋼筋籠的總長度確定出調整節段的長度，再進行下料加工，運輸至現場。

在井口平臺上搭設鋼筋籠加工及下放支架。支架由鋼管和方木構成，支架頂部安裝雙拼槽鋼作為下放分配梁，其上吊掛下放鋼絲繩及手拉葫蘆，根據鋼筋籠的不同重量選用相應的鋼絲繩及手拉葫蘆，所選鋼絲繩及手拉葫蘆允許承載力為下放鋼筋籠重量的2倍，見圖5。

鋼筋籠的制作。支架搭設結束后，在支架上進行綁扎焊接鋼筋籠，鋼筋籠的加工及下放在孔口支架上完成。加工時，在支架操作平臺上水平放置2～3層加強型箍筋，在箍筋上標記出主筋安裝的間距及位置，然后依次將主筋焊接至加強箍筋上。主筋全部焊接完成后，再把箍筋依次綁扎至主筋外側，并焊接籠剩余耳筋。

下放前檢查。在每一節鋼筋籠加工制作完成后，應經過現場技術人員、監理人員檢查合格后方可進行下放施工。

鋼筋籠下放。在鋼筋籠加強型箍筋上對稱設置下放的吊點，使用卡環和鋼絲繩吊住下放點，然后將鋼絲繩吊掛在下放支架分配梁下的手拉葫蘆上，用手拉葫蘆提起鋼筋籠后，將工字鋼扁擔梁抽出，再將此節鋼筋籠下放至孔內，然后在該節最上一個加強箍筋穿設工字鋼扁擔梁將此節鋼筋籠掛在孔口上臨時固定，逐節下放至整套鋼筋籠全部下放完成。

3.2.9混凝土灌注

混凝土由拌合站集中拌制，運至施工現場，使用拖泵進行澆筑。

在井口設置串筒及減速裝置，確保混凝土自由下落高度滿足規范要求，防止混凝土離析或出現質量缺陷。

4現場應用

從2014年10月到11月，風化砂巖陡坡地段橋梁樁基水磨鉆成孔施工技術在西固黃河特大橋2#橋墩基礎施工中得到了成功應用。在施工期間，采用全護壁、護壁加厚到30cm而且加入D6鋼筋網片的方式來增大樁孔壁的穩定性。山體穩定性沒有因樁基施工而產生變化，陡坡上無崩塌和滾石現象發生，同時解決大型樁基施工設備進場困難的難題。現場施工情況見圖6、圖7。

5結論

（1）采用水磨鉆人工挖孔樁施工，適用于中風化砂巖和泥巖特殊地質的樁基開挖，同時解決大型樁基施工設備進場困難的難題。也具有對現場要求低、成孔質量高、施工成本低、安全環保等特點。

（2）針對地質不穩定，遇水軟化、易崩解的問題，在施工完每一節之后均澆筑混凝土護壁，而且護壁加厚到30cm，同時加入D6鋼筋網片來增加樁孔壁的穩定性。

（3）針對陡坡地段設備難以進場的問題，采用了鋼筋籠現場分節制作、拼裝及手拉葫蘆下放的施工方法。

參考文獻：

[1]高新民，楊映軍.陡坡地段橋梁樁基施工探討[J].甘肅科技縱橫，2013，42（08）：86-87+82.

[2]蔣永昌.山區陡坡橋梁樁基施工標準化技術分析[J].科技創新與應用，2016（31）：247.

[3]陳小鵬.山區陡坡橋梁樁基施工探討[J].科技信息，2014（15）：274.

[4]盧芳琴. 斜拉橋地震動力響應分析[D].中國地震局蘭州地震研究所，2015.

[5]黃威，何源.陡峭邊坡穩定性分析及處理技術研究[J].中國水運（下半月），2018，18（05）：185-186.