緊鄰通行道路、堅硬巖石地段樁基水磨鉆成孔施工技術

劉勇 中交二公局第二工程有限公司

鄭海峰 玉環市交通投資集團有限公司

關旭 張永 常龍 中交二公局第二工程有限公司

1.工程概況

漩門灣大橋引橋共設計有184根鉆孔灌注樁，其中φ1.5m樁基174根，φ1.2m樁基10根，均為嵌巖樁結構。引橋左幅2#、3#、4#、11#墩，右幅6#、18#、19#墩均位于山體坡腳位置，樁基開孔即是巖層，巖層完整性好、巖石強度高（巖層為中風化凝灰巖，最高強度可達160MPa），巖層頂面橫、縱橋向均有較大的坡度，處于無水環境，且樁位處緊鄰現有通行道路。

2.樁基成孔工藝比選

2.1 原定成孔工藝

漩門灣大橋引橋樁基均為嵌巖樁，原定樁基成孔工藝為采用沖擊鉆沖擊成孔，但在實際施工過程中存在如下問題：（1）巖層頂面橫、縱橋向均有較大的坡度，鋼護筒埋設困難，需采用“護筒跟進”方式，先利用鋼護筒的自重使其穿越河床表部的流塑狀淤泥層，待護筒底下沉至基巖頂面后，用沖擊鉆在護筒內部沖擊巖面形成鉆孔，將護筒跟進至鉆孔內，直至護筒底穿越斜巖面坐落于平整基巖上。該方法效率低下。（2）基巖為中風化凝灰巖，完整性好、強度高，沖擊成孔效率較低，每日平均進尺約20cm；且沖擊鉆錘頭的錘牙經常破損，焊補錘頭占用的時間較多。

2.2 成孔工藝調整

考慮到由于基巖頂存在斜巖面、巖層強度高，沖擊鉆成孔效率低下，且樁位緊鄰通行道路無法采用爆破施工等因素，經過調查及多方比選，最終選定水磨鉆成孔替代原定沖擊鉆成孔工藝。

3.水磨鉆成孔施工工藝

3.1 施工流程

水磨鉆成孔樁基施工內容及程序為：場地平整→放線→定樁位→浮層軟土開挖、整平→安裝出渣設備→安裝排水、通風、照明設備→開挖、排水和防護→每開挖一個循環，對鉆孔的孔徑和豎直度進行復核，滿足要求后繼續開挖→直至開挖到滿足設計要求的巖層及標高后由監理單位驗收→綁扎鋼筋籠→下放鋼筋籠→放入導管→灌注基樁砼至設計頂標高。

3.2 樁孔人工開挖

若樁位處表層覆土較淺，則直接采用挖掘機配合人工進行清除；若樁位處表層覆土較深，則樁位精確放樣后，按照自上而下的順序由人工逐層用鎬、鍬進行清除；土層較堅硬的情況下，采用錘頭或鋼釬等輔助措施進行破碎開挖，人工開挖按照由內向外的順序進行。

3.3 水磨鉆開挖

堅硬的巖層地段采用水磨鉆施工工藝。水磨鉆采用鉆筒切割巖體并掏取芯巖，切割過程中利用水泵供水起到冷卻鉆頭、潤滑鉆具的作用，鉆機則為鉆筒的動力裝置。由于鉆筒為切割設備容易損壞，單個水磨鉆機應配備多個鉆筒。

樁孔開挖過程中產生的棄渣采用豎向提升系統吊運，豎向提升系統由孔口小鋼管承重支架、轉向滑輪和牽引卷揚機組成，卷揚機鋼絲繩前端與吊桶相連，將渣土吊出孔口后轉運至棄土場。

水磨鉆為人工地下作業，孔內積水深度、通風狀況、護壁穩定性等條件均影響到孔內作業人員的安全，按照施工順序，人員進入樁孔前先檢驗孔內空氣的質量，孔深超過10米時應采取強制機械通風措施；若孔內為非干燥環境，邊施工邊用水泵抽水；開挖巖層的穩定性較差時，采用磚砌或鋼筋混凝土結構對孔壁進行防護。主要施工順序具體如下：（1）鉆取孔樁四周巖石：以樁孔設計中心點為圓心，以設計樁徑為半徑在待開挖的巖面上放樣出周邊取芯點的位置，將周邊芯巖全部取出，使樁孔內部巖體與孔壁分離。（2）鉆取中間巖石：樁孔中間巖石與孔壁隔離開后，再沿樁的半徑或直徑方向取芯，將芯巖分割成若干等份。（3）風鎬打孔：芯巖初步分割的基礎上，利用風鎬打孔將芯巖進一步分割。（4）分裂巖石：沿樁徑方向的取芯及風鎬孔已將芯巖分割成若干獨立的分塊，然后在風鎬孔內插入鋼楔，用重錘錘擊鋼楔，在鋼楔水平力的作用下將小塊芯巖剪斷，依次將全部芯巖破碎。（5）出渣作業：利用鋼釬將芯巖破碎完成后，人工將渣土裝入吊桶內，然后由豎向提升系統吊至孔外轉運。（6）樁孔修正及下一循環的施工：由于水磨鉆筒為圓柱形結構，繞樁身四周取芯的鉆孔無法完全咬合，呈鋸齒狀構造，為保證樁基的有效直徑，需將侵占樁基空間的鋸齒狀巖石破除。再次檢驗樁孔的偏位及垂直度，滿足要求后按照步驟（1）進行下一循環鉆孔的放樣，然后進行下一循環的挖孔施工。

3.4 挖孔樁終孔檢查

樁孔開挖至設計底標高后，對樁底標高、樁孔直徑、孔深垂直度等進行自檢，自檢合格后再通知監理工程師進行復檢。若樁底標高位置巖層性質與設計不符，聯合監理、地勘、設計等單位到現場共同確認后進行變更。

3.5 孔壁防護

（1）護壁厚度設計

護壁厚度計算時，按照護壁承受不良地層的最大深度土壓力和水壓力計算，具體要求見式（1）：

式（1）中，k—安全系數；p—最大土壓力和最大水壓力之和，MPa；d—樁徑，mm；Ra—護壁混凝土軸心抗壓設計強度，MPa。

（2）護壁施工

為了對井口周圍土體進行加固、阻隔地表水、防止井口周圍雜物等掉進孔內，樁孔在開挖前應在孔口澆筑混凝土結構護圈，護圈一般高出原地面約30公分。護壁采用內齒式混凝土護壁，每開挖一個水磨鉆筒進尺時立模澆筑護壁混凝土，護壁內徑不小于樁身直徑。

護壁混凝土采用專業模具進行澆筑，模具安裝就位后復核其平面位置、垂直度等參數，保證護壁的厚度、樁孔中心位置滿足要求。根據開挖情況，當挖孔進入巖層以后，根據具體巖層破碎程度決定是否需要護壁，如不需要則縮小開挖半徑，不進行護壁。

3.6 排水防護

樁基水磨鉆施工排水分為孔口地表排水和孔內排水兩部分。孔口利用高出原地面的護圈阻隔地表水流入樁孔內，同時在孔口位置設置臨時排水溝用以引流地表水，孔口周邊設置臨邊防護措施及警示反光標志等。孔內施工時利用利用取芯后的鉆孔作為集水坑，用水泵將孔內水抽排出孔外。

為保證作業人員進出孔內安全，孔內應設置專用吊籠、應急爬梯等專用逃生措施，孔口設置專人看管，孔內施工人員隨時檢查護壁變形、滲水等情況，并與孔口人員保持聯系，發現異常立即撤出。

3.7 孔內通風

水磨鉆人工挖孔樁孔深超過10m時必須采取強制機械通風措施，利用鼓風機向孔內壓入新鮮空氣形成孔內外對流，循環、凈化孔內空氣。

3.8 孔內照明

考慮孔內操作空間，每個水磨鉆孔中作業人員不得超過2人。孔內應使用電壓低于12V的安全燈具或安全礦燈，燈泡應設置防水罩，電纜應具備防水、絕緣功能，并設置漏電保護裝置。

4.水磨鉆成孔效益分析

根據地質勘察報告及補勘報告，漩門灣大橋引橋左幅2#、3#、4#、11#墩，右幅6#、18#、19#墩墩位處基巖為中風化角礫凝灰巖、中風化含晶屑玻屑凝灰巖，巖層平均飽和抗壓強度均在100MPa以上，最大飽和抗壓強度為160MPa，巖石完整性好、強度極高。采用重約10t的沖擊鉆頭錘擊成孔作業時，日平均進尺約20cm，且鉆頭經常破損導致停機修復鉆頭時間較長，施工效率低下。

樁基采用水磨鉆鉆進成孔工藝時，鉆筒長度約82cm，一個循環可鉆80cm，直徑1.5m的樁基周邊取孔、中心取孔、芯巖破碎、清理石渣等作業一個循環需1.5～2.0d時間，則日平均進尺在40cm以上，較沖擊鉆成孔效率提高了一倍。水磨鉆成孔每米單價比沖擊鉆略高，但施工工效提高很多，總體施工成本比沖擊鉆節省。

5.結束語

通過水磨鉆成孔工藝在玉環市漩門灣大橋及接線工程引橋樁基應用實例，在基巖強度高、樁位臨近通行道路無法爆破作業的情況下，采用水磨鉆代替沖擊鉆成孔，不僅成孔效率提高，而且投入的人員數量少、機械設備簡單，且無需設置泥漿池等措施，取得了較好的經濟效益和環境效益。