水磨鉆機在鄰近鐵路巖石地質條件下橋梁樁基施工中的應用

鐘林杉

（龍巖交通建設集團有限公司，福建 龍巖 364000）

0 引言

水磨鉆施工設備簡單、易于操作、場地要求低、安全可靠、成孔快、成孔質量高，且施工產生的振動小、對周邊土體擾動小，可以有效降低施工對鄰近構筑物的影響。在鄰近鐵路巖石地質條件下采用水磨鉆進行橋梁樁基人工挖孔施工有明顯優勢，加強水磨鉆施工工藝的研究與應用，對推進交通基礎設施的建設有重要意義。

1 工程概述

X123 東延線閩清北站至東橋朱山段公路工程A段，起于閩清北站，與站前大道順接，途經大箬村并，于KO+383、K1+126 建大箬中橋、大安大橋，跨過現有溝谷，沿外福鐵路右側山體布線到達安仁溪村，并建安仁溪隧道穿山而過，沿舊路走向截彎取直進行改造，在K7+125 上跨合福高鐵隧道，繼續沿舊路截彎取直，至項目終點。

大安大橋：上部結構(2×30+3×30+2×30)m 預制T 梁先簡支后連續，梁高2m；下部構造采用柱墩配樁基（1#、2#、5#、6#墩樁長12～18m，共8根，樁徑1.8m）、箱墩承臺配群樁基（3#、4#群樁長12m 共8根，樁徑2m），橋臺采用重力式橋臺配擴大基礎。大安大橋與周圍構筑物位置如圖1 所示，大安大橋平面布置如圖2所示。

圖1 大安大橋與周圍構筑物位置

圖2 大安大橋平面布置圖

大安大橋是該項目的關鍵工程：左邊與外福鐵路直線距離約60m，右邊與合福高鐵直線距離約500m，且鄰近居民區。

橋梁場區屬于丘陵斜坡夾U 型谷寬谷地地貌，橫跨山間小溪和現有道路，地勢起伏變化較大，沖洪積溝谷地形平緩狹長，坡度約5～10°，坡體現狀穩定，河道內為沖洪積中砂、碎石層，下伏基巖為侏羅統南園組凝灰熔巖及其風化層。

2 施工方法選擇

根據現場地質情況及樁基設計，初步擬定爆破人工挖孔、水磨鉆機人工挖孔、沖擊鉆孔施工方法，優缺點對比如表1 所示。

表1 施工方法優缺點對比

項目部經多方面對比論證，選定水磨鉆機成孔方案。

3 水磨鉆機介紹及工藝原理

水磨鉆機是通用工程機械，由水磨鉆機、水磨鉆筒、水泵三個部分構成。每套水磨鉆機可根據施工需求，配置3～5 個水磨鉆筒，每個鉆筒可焊接6～8 個金剛石刀頭。水磨鉆法是利用水磨鉆機在樁基截面外緣鉆取緊密相連的孔，成孔后取芯，所有的鉆孔連起來并形成環，使樁基芯的巖石與樁壁分離，樁基的巖芯周邊形成臨空面，而后對樁基的巖芯進行破裂分塊處理，用卷揚機和吊斗把分裂巖塊外運。按取芯、破裂分塊、巖塊外運的操作順序循環施工，從而實現樁基成孔。

4 施工工藝

4.1 水磨鉆機施工工藝流程

水磨鉆機施工工藝流程如圖3所示。

圖3 施工工藝流程圖

4.2 場地平整

鏟車配合挖掘機對施工場地進行整平，同時修整出樁孔開挖平臺。為防止周邊的水灌入樁孔內，要在施工平臺四周挖好臨時排水溝，同時預防水流沖刷孔口造成下沉[1]。

4.3 測量放樣

整平施工場地后，采用全站儀準確放出施工樁位的中心位置，經復核無誤后，在樁位四周埋設護樁，然后報監理檢測，經檢測合格方可進行下一步工序。施工過程中，根據需要應對樁位中心進行復核，以保證樁位符合設計要求[2]。

4.4 鎖口施工

為防止鉆孔過程中水或雜物進入樁孔，應在鉆孔前沿樁孔外邊緣澆筑寬度500～600mm 的鋼筋混凝土鎖口，鎖口高出原地面不小于300mm。

進入巖層之前使用氣動風鎬、鏟鍬等施工設備挖除土層，并及時澆筑混凝土護壁，為保證施工安全，要控制開挖進尺。

4.5 孔口搭設支架

孔口采用腳手管（φ48，δ=3.5mm）搭設防護支架（見圖4、圖5），安裝活動提升架，活動提升架經現場驗收合格后安裝，后方配重采用砂箱或混凝土預制塊，壓重總重量不小于500kg。為了防止雨水進入孔內且陰雨天氣能正常施工，應在支架最頂端用防雨布覆蓋[3]。

圖4 支架示意圖

圖5 支架實際照片

4.6 樁基開挖

第一，巖石取芯：該橋4#墩樁基樁徑2m，選用水磨鉆筒外徑160mm，內徑140mm，壁厚度10mm，高度720mm，每循環可鉆進600～650mm。水泵外徑120mm，高度40mm。沿樁基截面外緣布置44 個取芯點，取芯直徑150mm，取芯圓與鎖口內壁相切，取芯圓之間的距離為130mm。依次鉆取外邊緣的44 個巖芯，取出的巖芯高約650mm，將外周所有的巖芯取完后，樁基的巖芯外圍便形成一個環形臨空面（見圖6）。鉆取方向依次向外傾斜大于5.7°以防縮孔。第二，傾斜度計算：水磨鉆機高度1500mm，水磨鉆筒外徑160mm；上部電機突出部位超出鉆筒70mm，鉆孔時傾斜角度為（70+160/2）/1500=0.1，tan-1（0.1）=5.7°，所以傾斜角度不小于5.7°的情況下進行施工才能保證不縮孔。第三，破裂分塊：為方便巖體分解，將樁基的巖芯等分成4份，每份占樁芯巖體的1/4，然后用鐵錘將鋼楔打入手電鉆預先鉆好的孔內，使巖體在水平的沖擊力作用下沿鉛錘面被拉裂，同時根部發生水平剪切破裂。重復以上操作，將樁芯巖體依次破裂分塊。第四，巖塊外運：用卷揚機和吊斗，把分裂的巖塊分批外運。第五，樁孔修正：水磨鉆鉆芯后樁基孔壁容易形成鋸齒狀，會影響有效樁徑，因此需要人工敲掉侵占樁基空間的鋸齒狀巖石。

圖6 人工取芯圖

4.7 成孔要求

第一，挖孔達到設計孔深后，應及時進行孔底處理，確保孔底無松渣，孔底樁徑不小于設計值，孔底地質狀況應滿足設計要求。第二，根據鉛錘法，檢查孔的傾斜度，傾斜度需≤0.5%[4]。

4.8 成樁施工與驗收

成樁施工包括鋼筋籠加工和安裝、混凝土澆筑，施工過程與常規挖孔施工相同，若樁孔內有水且不能抽取，混凝土澆筑則應按沖孔樁灌注的方式施工。混凝土澆筑完成后，應對樁頂標高進行復測；待混凝土的期齡符合要求，再檢測其混凝土強度和樁身完整性。

5 安全控制

5.1 施工人員安全保障措施

第一，現場施工作業人員必須戴安全帽、穿絕緣的長筒膠鞋、系好安全帶，作業時將安全帶拴在從孔口而下的保險繩上。第二，現場必須配備專用的安全爬梯，以供孔下作業人員通行；下孔作業前，要注意檢查各施工設備是否完好、牢固可靠，同時觀察樁孔周邊是否有安全隱患未排除。第三，孔口1m 范圍必須設置二道水平鋼管防護欄，高度不得低于1.2m，并掛安全網，留一個通行口，方便人員上下和運送渣土。第四，孔口2m 范圍內不得有棄土、堆渣。第五，孔深超過5m時，為防止吊桶及渣土墜落傷人，在孔底上方2～3m 處設置由鋼筋制作的半圓形保護蓋。外運時吊桶不得裝滿超過高度的2/3，以防溢落，吊桶上下要平穩垂直，作業人員站在安全護罩下方。第六，孔深超過10m時，必須進行機械通風，保持孔底空氣清新。

5.2 設備安全保障措施

提升架：防止垮塌或傾覆，提升架必須按安全規范要求進行配重；為保證井架的強度，應用型鋼與鋼管焊接。

卷揚機：第一，為防止卷揚機提升時卷揚機松動倒掛，卷揚機與提升架轉盤使用螺栓進行連接牢固。第二，為防止觸電事故，電動卷揚機的電氣部分不得有漏電現象，各個金屬外殼應有良好的接地線。第三，鋼絲繩位于卷筒中間時，卷筒軸線與鋼絲繩應呈90°角；作業使用過程中鋼絲繩應在卷筒中至少保留三圈，收繞鋼絲繩時，嚴禁止用手引導。第四，施工作業前，要注意檢查鋼絲繩是否出現斷絲斷股、磨損、毛刺，鋼絲繩反接頭是否牢固，吊鉤是否有磨損、插銷是否可靠，渣桶是否破損，若發現隱患，須在整改完成后恢復施工。第五，卷揚機使用的吊鉤要求安全可靠，同時配有保險裝置，以防止脫鉤。

5.3 鄰近鐵路施工的監控量測

5.3.1 量測項目

鄰近鐵路施工時，為監測施工對既有結構物的影響、指導施工，沿線路按照施工內容布置監控量測點。按公路工程有關施工安全技術規范的規定和圖紙要求，并根據施工現場情況，確定量測項目（見表2）。

表2 量測項目、量測儀器及工作內容表

5.3.2 監控量測

施工之前建立可靠的高程和水平位移控制網，基準點設置應充分考慮施工可能帶來的影響，以免遭到破壞。施工期間每天量測1次，同時根據位移變化情況減少或加密量測。施工后視變化規律確定量測頻率，量測時間間隔一般為鄰近段落施工結束后7天，在雨季應加密量測次數，注意位移變化趨勢。

6 結語

水磨鉆機成孔施工工藝非常適合在涉及居民區、舊路改擴建、鄰近鐵路等施工條件受到限制下的橋梁樁基施工，相較于其他施工方法，水磨鉆機成孔施工方法不但安全可靠、成孔質量高、無粉塵，作業環境好，且所需施工設備簡單、易于操作，還可根據施工進度需要隨時增加工作面，施工組織機動性高，能夠有效提高成樁效果。