水磨鉆成孔技術在公路橋梁樁基施工中的應用

趙衛

摘要：為了提高公路橋梁樁基施工質量，結合工程實例，對某公路橋梁的總體施工方案進行了總結，決定采用水磨鉆成孔技術對1號墩基礎進行施工，并從筑島、樁位放樣、護壁施工、水磨鉆開挖、出渣、成孔檢驗、混凝土灌注等方面，對水磨鉆成孔施工關鍵技術進行了分析，最后提出相應的質量控制措施。研究結果表明：水磨鉆成孔技術在該公路橋梁樁基中的應用效果顯著，質量驗收合格。

關鍵詞：水磨鉆成孔技術；公路橋梁；樁基；施工工藝；質量控制

0? ?引言

樁基成孔施工是公路橋梁項目建設中的重要環節，常規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[1-2]。硬斜巖橋梁樁基施工難度大，常規方案難以得到有效應用，一般采用水磨鉆成孔技術完成特殊地段的公路橋梁樁基施工。水磨鉆成孔技術是一種新的成孔技術，具有操作簡單、設備輕便、適應性強等特點，在公路橋梁樁基施工中得到了廣泛應用[3-5]。

本文結合工程實例，對某公路橋梁的總體施工方案進行了總結，決定采用水磨鉆成孔技術對1號墩基礎進行施工，并從筑島、樁位放樣、護壁施工、水磨鉆開挖、出渣、成孔檢驗、混凝土灌注等方面，對水磨鉆成孔施工關鍵技術進行了分析，最后提出相應的質量控制措施。

1? ?工程概況

某公路橋梁工程是一座主橋為單跨120m預應力混凝土連續箱梁橋，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，樁長為45～62m，樁直徑為1.1～1.6m，承臺高度為4m。

該工程所在區域屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，主要特點是夏季炎熱、冬季寒冷。在該工程樁基施工過程中，施工地點位于城區的西北部，其周圍均為居民區，在這種條件下進行施工建設非常不利于工程的開展。

2? ?橋梁基礎總體施工方案

該橋梁共有3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160m，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，與筑島平臺協作完成施工。1號墩所在區域巖層斜面大，地質堅硬，常規鉆機施工鉆進難度大，因此需要根據項目現場實際情況，采取科學有效的樁基施工方案。

3? ?1號墩施工方法選擇

3.1? ?橋墩設計情況

該橋梁1號墩擬設計直徑2.2m的鉆孔灌注樁6根，樁頂高程為86.5m。

3.2? ?地形地貌情況

1號墩所在區域地形陡峭，根據項目需求和施工特點，將原承臺設計標高提升為86.5m，承臺設計標準較初始值提升4m。設計標高提升后，承臺頂標高達到91m，樁基底部標高固定不變，懸空承臺以混凝土填充。設計變更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。

3.3? ?水文地質情況

1號墩的地質類型為碎塊狀強風化變粒巖，層厚約 1.0m，巖層伴裂隙發育至樁底標高，巖芯完整且為微風化變粒巖，單軸抗壓強度最大值為126MPa，巖面傾斜角約30°，質地堅硬。橋墩于岸邊陡坡處，該區域巖芯無覆蓋層，表面有裂隙水少量分布，地質結構堅硬，巖層滲水較小。

3.4? ?水磨鉆成孔技術優勢分析

1號墩所在區域地形陡峭，巖石強度大，100MPa以上厚度達15m，巖面傾斜角為30°，應用沖擊鉆或旋轉鉆，結合現場勘測資料進行鉆孔操作，鉆孔垂直度難以精準控制。收集現場地質和水文資料，經專家討論后，擬采用水磨鉆取芯挖孔技術，有效解決操作鉆進難與偏孔問題。

常規鉆機鉆進硬質巖層需24h，可鉆進60cm左右。用100MPa以上鉆機可鉆進30cm 左右，應用水磨鉆循環鉆進12h可鉆進60cm。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，環境污染小，成孔質量佳。水磨鉆相比于傳統鉆孔工藝，對圍巖擾動較小，施工成孔規范性高，圍巖結構完整，混凝土消耗量明顯減小。

3.5? ?水磨鉆成孔技術的缺點及應對措施

3.5.1? ?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，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行施工方案，嚴格遵守操作規范。可通過對操作人員的技能培訓、安全教育和技術交底，提高管理質量，切實保障施工安全。

3.5.2? ?施工造價高

本項目樁徑為2.2m，巖層質地堅硬，綜合評估測算結果顯示，水磨鉆成孔工藝的基本成本為5000元/延米，而傳統沖擊鉆成孔方案的成本僅為1800/延米。由于本項目地質條件特殊，巖層結構質地堅硬，相比于控制項目造價，解決施工難題并確保進度更為關鍵。

3.5.3? ?施工工序復雜

水磨鉆施工需人工鉆進，每個施工循環包括鉆孔、劈裂巖芯、解散巖芯、出渣等不同工序，每個工序施工質量都會影響工程進度和成孔結果。在施工過程中，需嚴格執行操作過程與技術規范，加強施工管理、崗位培訓、技術交底，以確保項目順利進展。

3.6? ?施工方法選定

結合該項目地質地形特點，綜合分析實際情況，水磨鉆成孔方案在1號墩基礎中的適用性更強，故決定采用水磨鉆成孔方案。

4? ?水磨鉆成孔施工工藝

4.1? ?水磨鉆成孔基本原理

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，具體如圖1所示。施工過程中，上述工序反復循環直至成孔完畢。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，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，將巖石拉裂，使底部出現剪切破裂小塊。按照分層取芯、破裂、取巖塊的工序進行循環，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。

4.2? ?水磨鉆成孔關鍵技術

4.2.1? ?筑島

結合區域特征與項目需求，擬定于枯水期施工。水位高程86.5m，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。承臺按照尺寸11.1m×12.7m標準修建，每邊超出標準尺寸3m，最終確定承臺尺寸，滿足承臺施工的同時，與航跡線保持適中距離。

4.2.2? ?樁位放樣

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

4.2.3? ?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，為孔內出渣提供操作基礎。采用C20混凝土澆筑井圈鎖口，使其壁厚大于30cm，頂面需超出操作基礎平面30cm，同時確保設計軸線與井圈中心線的誤差在20mm以內。

4.2.4? ?護壁施工

鉆進施工開挖至中風化巖層前，采用150mm厚內齒護壁進行加護。護壁施工工藝如下：鉆進深度至1m 前，安裝Φ8型鋼筋并立模澆筑混凝土。采用C25現澆混凝土澆筑，并將其控制坍落度在8～10cm。應用吊桶運輸混凝土，利用鋼釬將其搗實。施工現場加強檢測，確保混凝土強度值達標，澆筑完畢后需保持混凝土強度大于2.5MPa，隨后完成拆模。

完成測量放樣后，水磨鉆機保持套筒向孔樁外壁側傾斜，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，確保成孔質量，提高成孔截面尺寸精準度。

4.2.5? ?卷揚機配合料筒出渣

水磨鉆機提升系統操作過程中，為確保施工安全，需結合現場情況控制鋼絲繩直徑，合理調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場檢測，嚴格執行施工方案，提高施工安全系數。

出渣提升時，為提高操作安全性需做到以下幾點：提升速度放緩，防止鋼絲繩左右搖擺；裝料不得超出料桶平面；對起吊設備設置限位器和防脫保險銷，避免脫落；確保卷揚機兩側保持平衡，并牢固安裝起重架。

4.2.6? ?成孔檢驗

以《公路工程質量檢驗評定標準第一冊土建工程》要求為基礎，對成孔質量標準嚴格控制，加強成孔檢驗。根據相關規范，成孔合格的標準如下：傾斜度不足0.5%，孔位中心偏差小于50mm，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。

4.2.7? ?混凝土灌注

進行混凝土灌注時，對施工設備進行檢查，并檢查相關的技術要求，以保證混凝土灌注的質量，防止出現漏漿或者是堵管現象。要控制好導管的埋深，一般情況下埋深不得小于2m，同時也不能大于5m。及時進行清孔，以保證灌注的順利進行。要控制好混凝土的坍落度，通常情況下坍落度在180～200mm之間。

在混凝土灌注完成后，及時對導管進行拆除，以保證混凝土的質量。在灌注結束之后，需要及時對樁頭的位置進行處理，通常情況下樁頭的位置一般為30cm左右。如果出現樁頭出現斷裂情況，則需要進行補樁處理，補樁處理方法通常為補打預應力錨索。在對樁頭進行處理時，需要注意補打預應力錨索的長度不能夠超過2m，且混凝土強度要達到設計要求。

5? ?質量控制措施

在公路橋梁樁基施工中，應用水磨鉆成孔技術時需要對質量控制進行嚴格把關，確保鉆孔的質量符合要求。首先，需要對鉆孔的深度進行控制。一般情況鉆孔深度下在3～6m之間，如果鉆孔超過6m。則需要進行鉆機的移位。其次，需要對孔深和孔徑進行控制。要求每隔2～3m的距離設置一個檢查孔。再次，需要對孔內的水位和泥漿進行控制，保證泥漿的密度和粘度等參數符合標準。最后，還需要對孔口進行保護。在鉆進過程中，要經常檢查鉆頭是否發生偏移或者磨損現象，同時要對孔口位置的泥漿密度、孔內水位以及孔深等進行控制。

在實際施工中，如果發現孔口位置的泥漿出現渾濁或者沉淀現象，需要及時進行處理。如果出現嚴重的鉆孔坍塌現象，則需要立即停止施工，同時還要將護筒提出重新進行鉆進。需對成孔之后的質量進行檢測，例如成孔質量、孔位偏差、孔深以及直徑等方面，只有確保這些指標都符合標準，才能夠進入下一道工序。

6? ?結束語

沖擊鉆在陡坡硬斜巖地質條件下施工困難，受限于地質特征與施工條件，沖擊鉆的鉆進難度大且易偏孔。為了提高公路橋梁樁基施工質量，結合工程實例，對某公路橋梁的總體施工方案進行了總結，確定采用水磨鉆成孔技術對1號墩基礎進行施工。

結合該施工案例可得出以下結論：水磨鉆占地面積小，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，亦可用于振動干擾敏感度較高的項目。水磨鉆鉆進施工中，要嚴格控制每循環鉆進量，有效控制鉆進質量，防止成孔傾斜。鉆進至中風化層前，要及時進行護壁施工跟進。施工過程中應加強鉆孔質量檢測，及時糾正，防止因偏移而影響成孔垂直度。

參考文獻

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