水磨鉆成孔技術在公路橋梁樁基施工中的應用

張磊

摘 要：樁基施工是公路橋梁施工質量管理的關鍵，為了保證施工質量符合要求，技術選擇和優化成為了項目施工關注的熱點內容。水磨鉆成孔技術是一種樁基成孔施工的常用技術，應用優勢明顯，可以適應各種不同的施工環境，滿足多樣化施工需求。基于此，分析水磨鉆成孔技術應用原理、應用優缺點以及應用要點，以期可以為樁基施工提供參考意見。

關鍵詞：水磨鉆成孔；公路橋梁；樁基施工

中圖分類號：U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2024）02-0040-03

0引言

由于不同地域的環境存在顯著差異，部分公路橋梁施工環境復雜，樁基礎施工活動中存在沉降、坍塌等風險，給施工活動帶來了一定安全隱患。

成孔技術類型多樣，是橋梁樁基質量的主要影響因素之一。在復雜的地質環境下，水磨鉆成孔技術作為樁基施工的常用成孔方法成孔穩定性強，操作更為簡單、方便，改變了以往人工挖孔模式，不會給原有巖體結構以及建筑物造成干擾。水磨鉆成孔技術主要是利用鉆機進行鉆孔取芯，優化了破裂分塊、渣土清理流程，促進了施工效率提高，為施工進度管控提供了有效的技術基礎。

1 水磨鉆成孔技術應用原理

水磨鉆包括專用水泵、水磨鉆筒和水磨鉆機多個結構所組成，其中水磨鉆包括3～5個鉆筒，一個鉆筒上安裝了7個刀頭。在鉆孔作業中水磨鉆鉆孔會呈現為圓環狀，對樁芯、樁壁進行了分離，對巖芯進行分塊處理，鉆出小孔。在小孔內放入鋼楔子，可以對巖石部分進行持續錘擊，直到巖石拉裂，形成破裂小塊巖石，利用提升系統可以及時將小塊巖石運出。在施工時，通過不斷循環上述工序的方式完成鉆孔作業，在鉆孔結束后安裝鋼筋籠并進行混凝土灌注，施工結束。

2 水磨鉆成孔技術應用優缺點

2.1 優點

水磨鉆孔技術具有適應能力強的優勢，即使在巖層質地堅硬、山區陡坡等區域也可開展施工作業，有利于提升鉆進效率，避免偏孔問題出現。在硬質巖層施工中常規鉆機每天鉆進深度為60 cm，水磨鉆相比常規鉆機而言工作效率提升1倍，即每天鉆進深度為120 cm，可以滿足硬質巖層施工鉆進需求。

水磨鉆設備體積較小，運輸方便，具有靈活性的優勢，不需要占據過多的操作空間，相比于大型鉆機設備而言更加容易操作。施工時不會出現過大噪聲，也不會導致泥漿迸濺，符合綠色環保施工要求，減輕了施工污染。水磨鉆不會給周圍其他巖層結構造成擾動，施工標準化水平高，在鉆孔作業結束后，圍巖結構仍然處于完整狀態，混凝土灌注量也較少。

2.2 缺點

水磨鉆施工具有一定的安全隱患，屬于一種人工鉆孔技術，需要相關人員前往井下進行施工作業，要求技術人員具備專業的安全意識和技術能力，且在作業中容易出現觸電或者窒息等安全問題。技術人員需要嚴格遵守操作規范和要求，井上人員需要加強用電安全管理，協助技術人員做好安全防護。

水磨鉆施工時造價水平相對較高，和沖擊鉆鉆孔作業模式相比造價水平提升幅度較大，特別是水磨鉆應用在地質環境復雜區域時，進一步增加了造價成本。

水磨鉆施工流程較為復雜，施工工序較多，并且在施工中需要不斷重復每個工序，對工序質量要求較高，容易給施工進度和質量帶來影響。因此應當重視加強工序循環質量管理，確保每個循環可以有效推進。

3 水磨鉆成孔技術在公路橋梁樁基施工中的應用要點

3.1 測量放樣

利用挖掘機對施工場地進行整理，將施工區域內存在的雜物進行清除，保證施工場地處于平整潔凈狀態。對排水坡度和施工便道進行質量評估，要求排水坡度符合施工要求，施工便道處于暢通狀態。根據施工設計圖紙對樁基中心點進行明確，進行測量放樣工作，要求測量放樣誤差控制在合理范圍內。在鉆孔開挖前將樁中心區域作為起點，按照從中心向周圍的原則將護樁引出，在其附近使用混凝土進行保護。

3.2 鎖口施工

明確樁中心區域后按照中心十字的標準放線，在樁徑的基礎上增加60 cm明確鎖口，利用混凝土在鎖口處進行澆筑，使其成矩形狀。澆筑高度應當超出地面，超出幅度約30 cm即可。澆筑作業結束后，對附近的場地環境進行平整處理，利用7.5號水泥砂漿抹面，抹面厚度為1 cm。鎖口施工作業結束調整高程，一直到達井臺上方，將其作為樁底高程的控制基礎。

對施工區域的地質狀況進行細致勘查，了解水文地質條件，測量地下水的實際位置，分析是否存在河谷侵蝕面過大的問題。重點對孔內的水進行及時抽出，在每個孔洞放置大功率抽水泵，以確保將滲出的水快速抽出。

3.3 支架安裝、護壁施工

在井臺上方搭設鋼管防雨支架，完成卷揚機以及滑輪提升系統的安裝，測試滑輪提升系統是否可以正常運行，確保在后續施工中可以有序推進施工進度。在支架頂端位置搭設防水棚，避免在下雨時有雨水進入到鉆孔內部。在鉆孔開挖的過程中，進行護壁施工，將C30 現澆混凝土作為護壁施工的主要材料。混凝土厚度參數的設定需要根據地質條件以及施工設計標準。

澆筑混凝土時，需要對坍落度進行控制，要求其處于8～10 cm，使用吊頂對混凝土進行不斷運輸，及時利用鋼釬對混凝土進行振搗。混凝土澆筑結束后需要對其強度進行檢測，強度必須要超過2. 5MPa才可以進行拆模。根據0.05 m 以上的長度以內八字形式對護壁材料實施精準搭接，護壁模板由8塊模板共同連接所形成，對鋼模板的形狀和質量進行檢測。為了提升護壁施工質量，在其模板內部安裝Φ8@150鋼筋網片，并做好設計長度預留（至少為8 cm），確保下段護壁模板可以進行有效連接[1]。

3.4 卷揚機配合料筒出渣

在開挖鉆進作業中，利用吊桶裝卸土石方以及鉆進時產生的棄渣，通過電動卷揚機將吊桶吊出孔內，將其放在臨時存放區域即可。在卷揚機使用過程中，需要對其配重進行合理調整，測定料筒可以承載的最大質量數值，檢測卷揚機抗傾覆性能以及鋼絲繩破斷拉力值，保證施工安全性，防止出現突然掉落的問題。

在進行出渣作業時，要求對提升速度進行調整，盡可能放慢速度，避免在運輸過程中出現鋼絲繩不斷搖晃的現象。裝料量應當在料筒平面以下，不能為了一次性裝載過多土料而忽略裝料量。在起吊設備上安裝限位器以及防脫保險銷，加強安全防護，防止中途掉落。卷揚機兩側均需要保持在平衡狀態，對起重架安裝的牢固性進行檢測。

3.5 樁孔開挖要點

在開挖環節中，水磨鉆機要始終保持套筒向孔樁外壁側傾斜的狀態。操作時，套筒的起點處于設計孔樁邊線的下方位置，防止出現縮孔的問題，提升成孔質量水平，確保截面尺寸的準確度。

樁孔開挖選擇分節段式開挖模式，根據不同的巖層結構選擇相應的開挖模式，土層開挖時施工人員利用尖鎬、鐵鍬等工具進行開挖作業。在遇到中-強風化層硬巖結構則使用風鎬、水磨鉆進行開挖作業。樁孔開挖深度低于1 m，根據施工要求完成鋼筋綁扎作業，為第一節護壁進行模板安裝。按照樁孔的中心位置對模板參數和位置實施校正，確保支護結構的牢固程度，支護結構搭設結束后進行混凝土澆筑，對護壁進行持續振搗。在施工時，觀察第一節護壁軸線的位置情況，要求其偏差范圍在20 mm以內。在地下施工作業時，根據階段以節段循環順序實施施工，且施工深度在0.5～0.6 m。

開挖樁孔深度設定為0.6 m，孔徑為16 cm。在使用鉆孔進行施工作業時，要求鉆機始終貼著孔壁的內部邊線操作。當鉆機將巖芯取出之后，巖石壁和巖石間構成臨空面，選擇其他鉆機進行鉆進作業（要求鉆進直徑為3 cm），繼續持續向下進行鉆進，到達30 cm深度時利用撬棍及時取出巖芯。及時對孔內存在的雜物進行清理，避免大量雜物堆積影響樁基成孔質量，在實際施工中需要根據施工流程對孔內進行有效清理。

如果在鉆孔作業中，發現裂隙滲水或者存在較為嚴重的積水問題，應當通過抽水泵將積水從鉆孔內部抽出。在鉆孔深度已經到達5 m后，利用空壓機進行高壓通風，從鉆孔底部開始向鉆孔內部吹風，防止施工作業人員在孔底出現窒息的問題[2]。

3.6 終孔檢查

鉆孔開挖深度和設計高程相一致時，需要針對鉆孔的各項參數進行自主檢查，包括樁徑、高程數據以及垂直度，確保在施工過程中沒有出現過大的誤差。達到開挖要求后，對鉆孔內部沉渣進行及時清理，確保鉆孔內部積水完全被抽出，再向監理工程師發出報驗申請。

在驗收合格后，吊裝檢孔器，要求該裝置的中心位置和鉆孔中心相對應，檢孔器主要由鋼筋制作而成，高度為8 m，外徑為2.2 m。成孔質量合格的標準為傾斜度低于0.5%，樁孔中心偏差幅度控制在50 mm以內。

3.7 鋼筋籠安裝技術要點

3.7.1 鋼筋存放

鋼筋質量和鋼筋籠施工質量之間聯系緊密。在橋梁樁基施工過程中，需要對鋼筋類型進行明確分析，對鋼筋質量進行檢查驗收，確保鋼筋性能符合施工要求。根據鋼筋種類、鋼筋等級、規格型號以及鋼筋生產廠家，采取分批次驗收模式，對不同鋼筋進行標識，放置在合適的區域進行存放。

鋼筋在存放時，需要使用墊木進行加高處理，要求鋼筋和地面之間的距離至少為50 cm。鋼筋使用前，要清理其外部存在的油污以及銹皮，保證鋼筋不存在其他的污染問題。也需要調整盤狀存儲鋼筋和出現彎曲問題的鋼筋，使其保持完全順直狀態，提升鋼筋平滑性。

3.7.2 套筒連接

以鋼筋籠設計長度為基礎實施鋼筋下料，相同截面接頭數應當占主筋總數50%，接頭以及鋼筋受力彎曲點之間的距離按照鋼筋直徑進行計算，至少為直徑的10倍。計算鋼筋外部混凝土保護層的厚度參數，要求連接套橫向間距超過25 mm。

對鋼筋絲頭加工時，使用水溶性溶液進行切削，調整加工環境溫度，按15%～20%的比例適當加入一定量亞硝酸鈉。根據套筒長度進行鋼筋絲頭長度計算，即1/2套筒長度。將鋼筋擰緊后，要求外部露出的直螺紋接頭絲扣數量需要控制在2個螺距以下，且鋼筋端頭需要位于連接頭中心區域，偏差應當小于1個螺距。

對鋼筋進行順直調整后準備下料，此時要求鋼筋斷面以及軸線二者互相垂直。鋼筋套絲使用鋼筋螺紋套絲機加工。如果鋼筋絲頭屬于加鎖母型，應當根據套筒的順序依次將其擰入，一直到標準絲頭一側。套筒端不能有完整的外露絲扣，如果有該問題出現應當做好標記，對絲頭長度實施監測[3]。

3.7.3 加強圈焊接

加強圈焊接的過程中，選擇雙面搭接焊技術，利用點焊模式完成焊接作業。在焊接過程中，需要對焊縫進行檢查，保證其處于平整飽滿的狀態，避免焊縫不平整導致后期使用性能不佳。焊接時，需要觀察是否有燒筋、氣泡以及咬筋等表現，如果發現問題立即進行處理。

3.7.4 檢測管、鋼筋骨架安裝

在檢測管安裝時，樁基需要安裝7根檢測管，其中4根要求樁徑超過 Φ1.5 m，其余3根需要控制在 Φ1.5以下。檢測管每節段的長度均設定為8 m，在節段與節段之間需要及時利用套管進行連接。鋼筋籠使用平板車進行轉運處理，使用25 t汽車起重機進行吊裝，按照不同的節段分別將鋼筋籠放到孔洞內。在鋼筋骨架上下分別設置吊點，上部和下部吊點分別利用主吊、復吊進行起吊。

3.8 混凝土灌注施工技術要點

在樁基混凝土灌注時，要確保鉆孔內部不存在滲水以及積水問題，并對料斗位置進行固定。由專門的技術人員進入鉆孔內，將鋼串筒懸掛在料斗的底口位置，按照鉆孔的深度設定懸掛數量，要求最后一節和鉆孔底部距離超過2 m。

使用運輸車進行混凝土輸送。孔內和孔外施工人員需要同時配合，當混凝土的液面上升30 cm之后，需要先停止供應混凝土料，保證混凝土得到充分振搗之后，再次進行施工。根據混凝土液面的升高情況逐節拆除鋼串筒。

水下混凝土灌注需要對導管進行編號，要求導管的位置處于鉆孔中心處之后，再向下進行混凝土灌注。在首盤灌注結束后，導管埋深需要超過1 m，灌注時利用細鋼線測線、平底錐形測錘檢測混凝土面高程。

4 結束語

傳統挖孔技術主要通過爆破成渣的手段進行施工，在施工中需要大量炸藥。爆破會給周圍巖體以及建筑物基礎結構帶來明顯影響，施工穩定性不足，容易出現風險事故。水磨鉆成孔技術的應用解決了公路橋梁樁基施工難題，優化了現有施工流程，滿足了成孔技術需求，避免了地質環境給施工活動帶來的限制和影響，適合對振動干擾影響要求較高的施工項目中應用。

在水磨鉆成孔施工中，需要關注每個循環的鉆進量，加強成孔傾斜管理，當鉆進到中風化層前需要做好護壁施工。在施工時，對鉆孔質量水平進行持續監測，避免由于成孔偏移而出現垂直度偏差。隨著鉆孔深度不斷增加，應當及時給予適當的安全保護措施，并策劃應急預案，對孔內排水、通風、照明等問題進行處理，強化施工安全性。

參考文獻

[1] 趙衛.水磨鉆成孔技術在公路橋梁樁基施工中的應用[J].工程機械與維修，2023（5）：144-146.

[2] 游書鋒.水磨鉆成孔技術在陡坡硬斜巖橋梁樁基施工中的運用[J].福建交通科技，2022（6）：61-65.

[3] 劉妍.高速公路橋梁樁基施工中人工挖孔水磨鉆技術的應用[J].運輸經理世界，2021（23）：120-122.