論陡坡巖橋梁樁基施工中的水磨鉆成孔技術

李陽

摘要 某公路大橋1號墩樁基地處陡坡硬斜巖，樁基成孔施工難度大，常規(guī)鉆進方案易偏孔且施工區(qū)域受限，實地勘察后擬定水磨鉆成孔方案。基于此，該文對陡坡巖橋梁樁基施工中的水磨鉆成孔技術原理、優(yōu)勢和工序進行了分析，并依托工程實踐，應用水磨鉆成孔技術解決樁基成孔難題，論證了陡坡硬斜巖樁基施工中該方案的可行性，為同類項目建設提供了技術參考。

關鍵詞 公路工程；陡坡硬斜巖；水磨鉆施工技術

中圖分類號 U445.551文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）09-0063-03

0 引言

樁基成孔施工是公路橋梁項目建設中的重要環(huán)節(jié)，常規(guī)樁基成孔方案包括沖擊鉆成孔法、人工挖孔法、沖抓鉆成孔法等，成孔技術方案不同，其應用場景有所差異，山區(qū)陡坡硬斜巖橋梁樁基施工難度大，常規(guī)方案難以得到有效應用，故結(jié)合山區(qū)陡坡硬斜巖橋梁樁基施工特點及要求，擬選用水磨鉆成孔技術成功完成施工且解決現(xiàn)場問題，為同類項目工程施工提供了技術指南。

1 工程概況

某國道改擴建大橋項目全長1 km，以（87+158+87）m變截面現(xiàn)澆連續(xù)剛構(gòu)箱梁和3×30 m PC連續(xù)T梁布設橋孔，T梁主梁和主橋箱梁分別按折線與曲線走向布設。橋梁下1～2號主橋墩應用雙支薄壁墩，3號采用空心薄壁墩，4～5號為圓柱墩，橋臺間設置U型臺連接，余者均為灌注樁。

2 橋梁基礎總體施工方案

該橋梁共三個河中墩，1號和3號墩位于河岸，2號墩位于河中央，擬選用筑島平臺于枯水期施工，橋墩承臺應用明挖基坑方案，于3號墩與2號墩中間搭設墩位鋼制平臺便于施工。1號墩與2號墩間跨越河道160 m，搭設鋼棧橋難度大，利用0號平臺原有道路進行施工道路修建延伸至1號墩，與筑島平臺協(xié)作完成施工。1號墩所在區(qū)域巖層斜面大，地質(zhì)堅硬，常規(guī)鉆機施工鉆進難度大。

3 1號墩施工方法選擇

3.1 橋墩設計情況

該橋梁1號墩擬設計2.2 m鉆孔灌注樁6根，標高86.5 m，1號墩的基本地質(zhì)情況與施工指標如表1所示。

3.2 地形地貌情況

1號墩所在區(qū)域地形陡峭，根據(jù)項目需求和施工特點，將原承臺設計標高提升為86.5 m，承臺設計標準較初始值提升4 m，設計提升后，承臺頂標高達到91 m，樁基底部標高固定不變。設計變更后，提高了施工操作便利性，避免了雨季洪水對樁基承載力威脅，懸空承臺以混凝土填充[1]。

3.3 水文地質(zhì)情況

地質(zhì)勘探結(jié)果如圖1所示，1號墩的地質(zhì)類型為碎塊狀強風化變粒巖，層厚約1.0 m，巖層伴裂隙發(fā)育至樁底標高，巖芯完整且為微風化變粒巖，單軸抗壓強度最大值為126 MPa，巖面傾斜角約30°，質(zhì)地堅硬。橋墩于岸邊陡坡處，該區(qū)域巖芯無覆蓋層，表面有裂隙水少量分布，地質(zhì)結(jié)構(gòu)堅硬，巖層滲水較小[2]。

3.4 鉆孔灌注樁的適應性分析

1號墩所在區(qū)域地形陡峭，巖石強度大，100 MPa以上厚度值約15 m，巖面傾斜角30°，應用沖擊鉆或旋轉(zhuǎn)鉆，結(jié)合現(xiàn)場勘測資料進行鉆孔操作，鉆孔垂直度難以精準控制。

3.5 水磨鉆的技術優(yōu)勢分析

水磨鉆技術的應用特點如下：

（1）目標施工區(qū)域巖層質(zhì)地堅硬，常規(guī)成孔方案無法適用于山區(qū)陡坡硬斜巖，施工鉆進難度大易導致偏孔現(xiàn)象，擬選用水磨鉆取芯挖孔技術，有效解決操作鉆進難與偏孔問題。

（2）常規(guī)鉆機鉆進硬質(zhì)巖層需24 h，可鉆進60 cm左右，用100 MPa以上鉆機可鉆進30 cm左右，應用水磨鉆循環(huán)鉆進12 h可鉆進60 cm。

（3）1號墩位于河邊陡坡，可操作空間有限，墩位處無法應用大型鉆機設備操作，水磨鉆設備小巧，靈活性高。水磨鉆施工中噪聲小，無泥漿迸濺，環(huán)境污染小。

（4）成孔質(zhì)量佳。水磨鉆相比于傳統(tǒng)鉆孔工藝，對圍巖擾動較小，施工成孔規(guī)范性高，圍巖結(jié)構(gòu)完整，混凝土消耗量明顯減小[3]。

3.6 水磨鉆的缺點及應對措施

（1）施工安全風險高。水磨鉆施工屬于人工鉆孔領域，需操作人員下井作業(yè)，對技術人員的熟練度有較高要求，施工中易導致觸電、窒息等事故。操作中技術人員需認真執(zhí)行施工方案，嚴格遵守操作規(guī)范，通過對操作人員的技能培訓、安全教育和技術交底，提高管理質(zhì)量，切實保障用電安全，做好安全防護，確保施工安全[4]。

（2）水磨鉆施工造價高。本項目樁徑2.2 m，由于巖層質(zhì)地堅硬，綜合評估測算結(jié)果顯示，水磨鉆成孔工藝的基本成本為每延米5 000元，而傳統(tǒng)沖擊鉆成孔方案的成本僅為每延米1 800元。結(jié)合本項目特點，由于項目地質(zhì)條件特殊，巖層結(jié)構(gòu)質(zhì)地堅硬，相比于控制項目造價，為解決施工難題并確保進度更為關鍵。

（3）水磨鉆施工工序復雜，對人工作業(yè)要求高。水磨鉆施工需人工鉆進，每個施工循環(huán)包括鉆孔、劈裂巖芯、解散巖芯、出渣等不同工序，每個工序施工質(zhì)量都會影響工程進度和成孔結(jié)果。在施工過程中需嚴格執(zhí)行操作過程與技術規(guī)范，加強施工管理、崗位培訓、技術交底以確保項目順利進展[5]。

3.7 施工方法選定

結(jié)合該項目地質(zhì)地形特點，綜合分析實際情況，水磨鉆成孔方案在該項目中的適用性更強，故擬定水磨鉆成孔方案。

4 水磨鉆施工方法

4.1 基本原理

水磨鉆由專用水泵、水磨鉆筒和水磨鉆機組成，水磨鉆多由3～5個鉆筒組成，每個鉆筒配備7個刀頭。施工中，借助水磨鉆機鉆進，各個鉆孔形成一個圓環(huán)，將樁芯和樁壁分離，隨后將巖芯部分分塊，并鉆出小孔，置入鋼楔子對巖石進行錘擊，使巖石被拉裂，從而在底部出現(xiàn)剪切破裂成小塊[6]。在提升系統(tǒng)的作用下，降崩解成小塊的巖石掉出，按照分層取芯、破裂、取巖塊的工序進行循環(huán)，并完成成孔。成孔完畢后，將鋼筋籠安裝于固定位置，隨后完成混凝土灌注工藝。水磨鉆施工工藝如圖2所示。

4.2 工序流程

水磨鉆施工工序包括鉆孔、劈裂巖芯、解散巖芯、出碴、檢孔、護壁施工等。施工過程中，上述工序反復循環(huán)直至成孔完畢，施工流程如圖3所示。

5 水磨鉆成孔方案現(xiàn)場實施

5.1 筑島

結(jié)合區(qū)域特征與項目需求，擬定于枯水期施工，水位高程86.5 m，承臺靠近邊坡開挖線進行放坡，坡率按1∶0.75，噴灑混凝土保護坡面。承臺部分懸空，以混凝土填充，設定坡率1∶1，以拋石籠固定水中坡腳，將筑島平臺填筑至90 m，并嚴格按照施工工藝進行壓實，按照承臺尺寸 11.1 m×12.7 m標準修建，每邊超出標準尺寸3 m，最終確定了承臺尺寸，滿足承臺施工的同時，與航跡線保持適中距離[7]。

5.2 水磨鉆成孔施工

5.2.1 樁位放樣

精準現(xiàn)場測量并有效控制布設指標，嚴格按照設計圖紙進行施工，定樁孔位置打入木樁或鐵釬，做好現(xiàn)場測量確保樁孔中心標準偏差小于50 mm。

5.2.2 鎖口施工

鉆孔施工前需對井圈鎖口進行澆筑，鎖扣外澆筑出支撐平臺為孔內(nèi)出渣提供操作基礎。應用C20混凝土澆筑井圈鎖口，使其壁厚大于30 cm，頂面需超出操作基礎平面30 cm，同時確保設計軸線與井圈中心線的誤差在20 mm以內(nèi)。

5.2.3 護壁施工

鉆進施工開挖至中風化巖層前，采用150 mm厚內(nèi)齒護壁進行加護，護壁施工工藝如下：鉆進深度至1 m前，安裝Φ8型鋼筋并立模澆筑混凝土，采用C25現(xiàn)澆混凝土澆筑并控制坍落度在8～10 cm，應用吊桶運輸混凝土，利用鋼釬將其搗實。施工現(xiàn)場加強檢測，確?；炷翉姸戎颠_標，澆筑完畢后需保持混凝土強度大于2.5 MPa，隨后完成拆模[8]。

5.2.4 水磨鉆開挖

完成測量放樣后，水磨鉆機保持套筒向孔樁外壁側(cè)傾斜，使下一次操作前水磨鉆套筒起點位于設計孔樁邊線下，避免縮孔，確保成孔質(zhì)量，提高成孔截面尺寸精準度[9]。

5.2.5 卷揚機配合料筒出渣

水磨鉆機提升系統(tǒng)操作過程中，為確保施工安全，需結(jié)合現(xiàn)場情況控制鋼絲繩直徑，合理調(diào)整卷揚機配重與料筒裝滿最大載重量，防止施工中鋼絲繩斷裂或卷揚機傾覆。對卷揚機抗傾覆能力、鋼絲繩破斷拉力值進行現(xiàn)場檢測，嚴格執(zhí)行施工方案，提高施工安全系數(shù)。出渣提升時，為提高操作安全性需注意以下事項：

（1）提升速度放緩，防止鋼絲繩左右搖擺。

（2）裝料不得超出料桶平面。

（3）對起吊設備設置限位器和防脫保險銷，避免脫落。

（4）使卷揚機兩側(cè)保持平衡，將起重架牢固安裝[10]。

5.2.6 成孔檢驗

以《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準第一冊土建工程》要求為基礎，對成孔質(zhì)量標準嚴格控制，加強成孔檢驗。根據(jù)相關規(guī)范，成孔合格的標準如下：傾斜度不足0.5%，孔位中心偏差小于50 mm，孔徑、孔深滿足設計要求，孔底平整無異物。綜合檢驗后證實，該項目工程水磨鉆成孔效果好，符合標準。

6 結(jié)論

綜上所述，沖擊鉆在陡坡硬斜巖地質(zhì)條件下不可用，受限于地質(zhì)特征與施工條件，沖擊鉆的鉆進難度大且易偏孔，故以項目實際情況為基礎，結(jié)合施工要求，采用水磨鉆成孔工藝施工，有效解決了實際困難，為同類項目施工提供了技術參考。結(jié)合該施工案例可知：

（1）水磨鉆施工技術優(yōu)勢明顯。設備小，施工靈活度高，噪聲小，對圍巖擾動小，可應用于陡坡硬斜巖地質(zhì)，亦可用于振動干擾敏感度較高的項目如市政樁基施工或無法爆破樁基施工。

（2）水磨鉆鉆進施工中嚴格控制每循環(huán)鉆進量，有效控制鉆進質(zhì)量，防止成孔傾斜。

（3）鉆進至中風化層前及時進行護壁施工跟進。

（4）加強鉆孔質(zhì)量檢測，及時糾正防止因偏移而影響成孔垂直度。

（5）施工需制定緊急預案，針對孔內(nèi)排水、通風照明、井口防護等提前預防，確保施工安全性。

（6）鉆孔深度增加，配套安全措施應跟進，可以采用人工挖孔技術規(guī)范，進行施工安全措施的調(diào)整。

參考文獻

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