水磨鉆施工技術輔助人工挖孔樁施工技術

楊衛星

摘? ?要：隨著城市交通事業的發展，跨線及緊鄰修建工程的情況日益增多，緊鄰施工對工藝的要求較高，施工技術水平隨之提高。一般情況下，采用常規方法便能解決施工中遇到的問題，但特殊情況下，常規施工方法無法解決。在巖層硬度較高的特殊路段且附近有河流、鐵路、隧道、橋梁等構造物的樁基施工過程中，采用人工或炸藥破除的效率低且對周邊的擾動大，在既要確保安全又不影響既有構筑物正常使用的要求下進行樁基施工時，難度極大。我司在進行張社大道K0+410-K0+670段擋墻人工挖孔方樁施工時就遭遇了上述情況，經篩選多種方法后，最終選擇了采用水磨鉆施工技術解決上述難題，取得了較好效果。

關鍵詞：水磨鉆? 人工挖孔? 方樁施工

1? 技術特點

本技術是巖層硬度較高地段施工作業領域中一種有別于常規樁基開挖的方式方法，專門解決在特殊情況下無法使用傳統爆破方法以及施工機械受地形影響沒有操作面的技術難題。

（1）本技術解決了特定條件下傳統爆破方法無法正常施工的問題，保證了施工安全。

（2）本技術相對于傳統爆破，工藝操作簡單、施工效率更高，有創新。

（3）本技術與傳統方法相比，開挖過程中對周圍巖層擾動小，設備使用方便、成孔規則，風險較小，對周圍環境影響不大。

2? 適用范圍

該方法適用于硬度較高的巖石地段開挖，尤其是地形復雜、離構筑物近且不具備爆破和大型機械開挖條件的樁基工程施工。

3? 工藝原理

水磨鉆探開挖法主要是利用直徑為150mm的砼取芯機按照設計圖紙樁周長取高大概600mm的圓形柱體巖芯，拓展外臨空立面，然后使剩下的部分巖芯展開分段，沿分塊線取芯拓展成內臨空立面。在分段的巖體上鉆上小孔一排，然后用鋼橛錐入小孔內，通過捶擊鋼橛，進而擠壓巖體，使巖體同時受到豎直方向的拉應力和水平方向上的剪切力作用，當擠壓應力超過極限抗拉應力和極限抗剪應力之和時，巖體沿豎直面被拉開并從底邊形成剪切破裂。按照分層分塊取巖芯、分裂、獲得巖塊的循環工序操作，最后得到成孔的目標。

該方法利用巖體的抗剪切破壞強度較低的特性，通過鑿出臨空面，對巖體進行剪切破壞，從而實現樁基開挖，施工過程高效、安全，對周圍環境干擾小。

4? 工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

施工工藝流程主要為：人工開挖至基巖→施工準備→樁位放樣→布置取芯點→鉆取柱狀巖芯→分裂中部巖芯并出渣→修正成孔→樁基驗收。

4.2 操作要點

4.2.1 施工方法

當樁基施工至強-中風化巖體時，采取水磨鉆施工法施工。

首先在孔樁臺座上布設鋼管平臺，平臺上安置輪滑，與電動葫蘆構成升降體系。然后，樁孔作業的石方等棄渣裝入吊桶，用電動葫蘆提升至地表，用人力推車運到附近存渣場，最后一同匯集外運至堆料場。支架頂采取彩條布設置擋水棚，阻止雨水流入孔內，確保雨天時民工可以持續作業。

水磨鉆探作業法是采取水磨鉆探、電鎬破壞，分節分段作業，每段作業尺度為0.6m。作業過程中，當樁孔內積液較高、干擾到鉆孔作業時，用抽水機將孔內積液排出，并采取換氣方法，確保孔內施工工人的安全，樁孔內換氣采取鼓風機由孔底將孔內氣體往上吹，與地表氣體相互對流。此外，當施工的巖體不牢固時，布設砼護壁防護，護壁鋼材布設、除按設計標準設計厚度外，還必須估計水磨鉆施工形成富余的空間以加厚護壁來調節，以確保有足夠的設計樁徑。主要施工順序具體如下。

⑴鉆取四周巖石：沿樁基孔壁布設58個取芯點（以250cm×180cm樁計算），取芯的直徑為15cm，鎖口內壁與取芯圓保持相切，鉆取外周的58個巖芯，鉆出的巖芯高度約60cm，將巖芯外周鉆完后，形成環形臨空面。

⑵鉆取中間巖體： 沿樁內側開挖巖芯，按五個等分將樁芯等分，以便于巖體分裂。

⑶手電鉆打孔：在樁芯上鉆眼同時使用手電鉆。

⑷分裂中部巖芯：在沿樁芯豎向鉆出的孔內插入鋼楔，用大錘打擊鋼楔使巖體取得水平方向的沖力，在沖力下巖體沿豎直方向被拉裂，水平剪切分裂會在底邊產生。按照先后順序破除巖體，保證該樁芯全部被破碎。

⑸出渣：采用人工裝渣，電動葫蘆出渣，一道單循環施工后，將施工后的巖芯出渣。

⑹修正樁孔及下一循環的開挖：由于取芯后孔壁為鋸齒狀，為確保樁直徑與設計基本相同，須清除孔壁的巖體鋸齒。清除后開始下一循環的施工。

4.2.2 注意事項

（1）水磨鉆機開鉆的地方，應采取措施固定，保證不搖動不抖動。

（2）鉆筒必須順時針方位旋轉，鉆筒旋轉不允許有抖動，如果有抖動應修正鉆筒，查驗進水管是不是有水。切記不允許缺水。

（3）經常對鉆機進行潤滑處理，使其保持輕松滑動。

（4）如操作時有不正常現象，應馬上斷電，查明原由，清除障礙后再進行操作。

5? 材料與設備

5.1 材料

主要原料是水。

5.2 設備

主要設備是水磨鉆機和大錘。

水磨鉆機的主要作用是將巖芯沿設計樁周取出，形成臨空面，并將大塊巖石進行分塊處理。大錘的主要作用是捶擊鋼楔擠壓巖石，使巖石受剪切破壞。

6? 質量控制

（1）應用本技術對應的施工規范、標準可參考以下規范和標準執行：

《公路橋涵施工技術規范》? JTG/T F50-2011

《混凝土結構施工質量驗收規范》? GB50204-2011

（2）施工項目部應建立質量保證體系，嚴格執行ISO9001規定。

7? 安全措施

（1）本技術執行國家、省、市、公司制定的施工現場及專業工種各種安全技術操作規程。

（2）應用本技術時，須遵循當地監管部門的安全管理規定。

（3）機具設備應由專人嚴格按照操作規程操作。

（4）作業過程中，每一次作業深度約0.6m，必須按設計標準澆搗砼護壁。

（5）采取的升降架底部平臺一定要牢固可靠，平臺基座采取鋼筋砼澆搗以保證穩定，平臺頂面高度高出地表20cm。

（6）升降架的性能應仔細查驗，鋼絲繩、電動葫蘆等應保證充足的安全穩定系數。

8? 環保措施

（1）按GB/T24001-2004環境管理體系標準執行。

9? 效益分析

采用水磨鉆施工技術進行樁基巖層開挖，開挖效率是人工開挖的3～4倍，人工挖孔的效率約為0.3m/d，水磨鉆施工的效率可達到1.2m/d，并且可在特殊路段常規爆破開挖方法受限的情況下，解決石方樁基開挖施工問題，能較好地避免對周圍建筑物的損傷，還能提高作業人員施工安全性，質量牢靠、操作靈敏、作業過程中幾乎沒有揚塵，具有良好的環境效益和社會效益。

以吉首市張社大道路基工程為例，該工程擋土墻人工挖孔樁施工過程中方樁緊鄰河流，且不具備大型機械施工的作業面，常規爆破石方開挖方法難以保證安全。應用本技術開挖52根方樁，減少了傳統炸藥的運輸不便、避免了繁瑣的監管手續，保證了周圍水系的安全，降低了資源消耗，對環境保護和節約社會資源的意義較大。

10? 工程實例

本技術在吉首市張社大道路基工程K0+410-K0+670段擋土墻人工挖孔樁施工過程中取得了成功。

參考文獻

[1] 柴勇.人工挖孔水磨鉆在山區高速公路橋梁樁基施工中的應用[J].橋梁與隧道工程，2014（7）：126-131，134.

[2] 劉利軍.關于樁基水磨鉆施工的應用及探討[J].交通建設，2017（17）：136-137.