中国水利水电第十工程局有限公司 四川成都 610072
摘要：文章介绍了水磨钻成孔施工原理、施工工艺、施工要点等，以实际施工实例对比常用的爆破施工技术验证其施工的优越性，并提出水磨钻在渝广高速项目黑水滩河特大桥桩基施工的应用经验，为类似工程施工提供参考。
关键词：水磨钻；施工技术；桩基成孔；应用
在常规的桥梁桩基施工中，一般采用冲击钻或爆破施工成孔技术，在同等地质条件下，对比开挖精度、岩体扰动、周围环境等方面，采用水磨钻成孔技术显得更有优越性。该施工技术具有进度快、投入少、产生扰动和震动小等优点，可广泛应用于各类环境条件下的桥梁旱桩基成孔施工，本文结合渝广高速项目实际施工，详细介绍了水磨钻成孔施工的原理及其优点，通过绕城互通匝道桥桩基成孔开挖实例，有效的验证了该成孔施工技术的优越性，为同类桥梁桩基工程施工提供借鉴。
1 工程概况
渝广高速公路土建一分部起止里程K3+257～K22+500。全长为19249m。主要建筑物有互通2座、特大桥1座、大桥4座、中桥2座、框架桥2座、分离式立交3座（车行天桥）、人行天桥3座、涵洞及通道62座，桥梁桩基共764根，桩径为1.3m、1.5m、1.6m、1.8m、2.0m、2.2m，其中约300多根桩基位于居民集中居住区及高速公路附近，既要保证附近居民及各种原有线路的安全，还要考虑工期的要求，选择合理的施工方法成为本工程的重点和难点之一。
地质情况：本施工段为缓丘、宽谷工程地质区。典型的红岩丘陵地貌，线路主要沿斜坡、丘包、沟谷布置，斜坡地质坡角15-35°，一般多于20°，地面高程280-400m，相对高差120m。路段区多基岩裸露，岩性多为砂岩、泥岩，沟谷底及平缓低洼地带分布少量厚0-4m第四系土层，主要受悦来向斜影响，向东、西两翼均为侏罗系中统沙溪庙组（J2S）砂岩、泥岩夹页岩地层。东翼的岩层产状N5～65° E/12～76°NW，西翼的岩层产状N40～63° E/12～40° SE，两翼岩体的全、强风化层厚约0～8m，中风化岩体比较完整。地下水主要为松散岩类孔隙说和基岩裂隙水，含水多贫乏。局部沟槽表层分布0～4m的软土或杂填土，局部挖方地段存在顺层，无滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象发育。
2 水磨钻施工技术
2.1 施工原理
水磨钻施工是采用钻孔取芯机在桩孔周边开挖线钻孔取芯，形成一圆外周临空面，使桩孔圆周形成空心槽，然后对剩余的桩基岩芯部分进行分块，沿圆半径取芯分块形成内部临空面。在分块的岩石上钻上一排小孔，然后再小孔内锥入钢楔子，捶击钢楔挤压岩石，使岩石同时受到铅锤面上的拉力和水平面上的剪切力作用，当挤压力大于极限抗拉力和极限抗剪切力之和时，岩石沿铅锤面被拉裂并从底部发生剪切破裂，然后取出分裂的岩块。依次按照分层取芯、破裂、取岩块的循环工序作用，最终达到成孔的目的。
2.2 施工工艺：
如图1所示
图1 施工流程图
2.3 施工方法
（1）首先，在每个井台上搭设钢管支架，井架上安装滑轮，与卷扬机组成提升系统。然后，桩孔开挖出的石方等弃碴装入吊桶或捆绑，用电动卷扬机提升至地面，倒入手推车运到临时存碴场，最后集中统一外运至弃土场。
（2）支架顶采用彩条布搭防水棚，防止雨水直接进入孔内，保证在下雨工人能继续作业。如图2所示
（3）每节施工深度为0.6m，施工过程中，当桩孔内积水较深、影响到钻孔施工时，用水泵将孔内积水抽出，并及时采用通风措施，保证孔内作业人员的安全，孔内通风采用专用鼓风机，从孔底将孔内空气向上吹，与地面空气形成对流。此外，当开挖的岩层不稳定时，设置护壁支护，护壁钢筋布置、厚度除按设计要求外，还应考虑水磨钻开挖增加的工作面通过加厚护壁进行调整，以保证设计桩径。
（4）沿桩基孔壁布置取芯点，芯点中心位于设计内径基线上，取芯直径为150mm，依次以外倾角15°向下钻取外周的岩芯，取出的岩芯高约600mm，外周岩芯取完后中间岩体便形成一个环形临空面。沿桩半径钻取岩芯，将桩芯岩体等分成三等份，每份占桩芯岩体的1/3，以便于岩体破裂。
（5）用风镐在岩体上钻眼，再将桩岩石分成若干等份。在风镐钻出的孔内沿桩基径向打入钢楔，用大锤锤击钢楔使岩体获得一个水平的冲击力，在水平冲击力作用下岩石沿铅锤面被拉裂，底部会发生水平剪切破裂，依次分裂岩体，直至该层岩体全部被破裂。如图3所示
（6）一次单循环施工作用后，将水磨钻钻出的岩芯进行依次出渣，出渣从桩孔的一侧进行，然后插入钢楔，击打钢楔分裂岩石后再进行一次出渣。通过锁口护桩在桩孔内标出设计桩中心，检查桩基底部偏位情况并及时纠偏，同时标出下一个循环外周水钻钻孔取芯位置，进入下一循环的挖孔桩施工。如图4所示
2.4 施工要点及注意事项
（1）施工前要认真分析挖孔桩处地质钻探资料，查明地层岩性、地质构造、基岩风化层厚度、破碎程度、软弱夹层情况和地下水的状态，对施工中常遇到的问题应采取相应的解决办法，并针对可能出现的问题制定应急措施。
（2）加强安全技术交底，规范操作；如地下水量较大，应及时降低水位，同时加强照明、通风，穿戴防护鞋，特别注意用电安全，杜绝用电事故。
（3）加强孔口支护，及时清理孔口土石；废渣、污水不可就近弃于孔口，以免造成孔口坍塌及污染周围环境。
（4）施工时应注意钻机的开钻方向，保持孔位、轴线等在合理范围内。
（5）要注意施工进度及扩孔系数的合理匹配。在具备同样的水磨钻设备及施工条件的情况下，减少钻机的工作总量，可以加快施工进度，但不一定就能减小扩孔系数，因此掌握好两者间的合理匹配显得尤为关键。
（6）为了保证孔位位置准确，每下挖500mm进行桩孔周壁的清理，校核桩孔的直径和垂直度。
3 应用成果及经验总结
绕城互通匝道临近既有线和居民房，不适合采用爆破开挖，经过综合分析后，项目部投入多台功率为4 kW的LM150 型取芯机。应用水磨钻施工技术后，项目部顺利完成了黑水滩河600m及绕城互通匝道桥200m的桩基挖孔施工。施工过程中未出现塌孔，无较大安全事故，且对周围环境基本无影响。水磨钻施工进度较快，不受环境的影响，水磨钻施工无需使用较多材料，且不受到天气及周围环境影响。成孔规则，成孔质量好，不存在欠挖现象，大大降低混凝土的超灌几率，减小损失。但由于沿护壁弧线方向施工，为确保施工效率，作业时需进行部分超挖。
通过在黑水滩河特大桥和绕城互通匝道桥采用用水磨钻施工技术进行桩基开挖施工，得出以下经验：
（1）水磨钻施工技术适用于作业面小、人群密集程度高，以及对噪声、震动干扰较敏感的结构物基础的开挖施工。
（2）水磨钻施工技术常用于岩体较坚硬的施工环境中，而在偏远地区，如果安装供电线路则花费较大，选择爆破施工方法则可能更实用。
（3）使用水磨钻施工技术，在扩大基础、抗滑桩、桥台等工程中均可应用水磨钻施工技术，它既能减少混凝土的损耗量，又不受材料供应、天气及周围环境的影响。
（4）产生的废渣和污水要处理好，特别是坡度陡的地方，否则易造成农田污染和滑坍；加强施工用电安全管理，杜绝用电隐患。
参考文献：
[1]《桥梁施工技术规范》人民交通出版社．2006
[2]叶年进 水磨钻在铁路桥梁桩基施工的应用《中外企业家》2014
[3]李大纪 李小云 蓝辉 水磨钻在下赶场沟大桥桩基施工的应用《西部交通科技》2011
论文作者:李林信
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/4
标签：水磨论文; 桩基论文; 施工技术论文; 岩石论文; 黑水论文; 桥梁论文; 匝道论文; 《基层建设》2016年6期论文;