中铁十二局集团第一工程有限公司 陕西西安 710038
摘要：清云高速公路塘州大桥部分桩基位于陡坡地形，桩基施工场地狭窄，外露岩土较破碎，下部临村庄，不能采用人工挖孔爆破施工，采用零风险的人工挖孔+水磨钻施工。
关键词：桥梁；桩基；人工挖孔；水磨钻
1工程概况
塘州大桥位于全线K85+147.5里程处，设计长度502.1m（右幅），钻孔桩84根，总长度2280m；27跨25m预制预应力小箱梁。其中右幅9#-13#墩桩基16根，位于陡坡地形，桩基施工场地狭窄，外露岩土较破碎，下部临村庄。地质情况主要为粉质黏土、全风化石英片岩、强风化石英片岩、中风化石英片岩。
2施工方案选择及水磨钻简介
由于塘州大桥右幅9#-13#墩桩基位于陡坡上，受场地限制，而且离村庄比较近，为避免冲击钻施工振动对房屋产生影响，并减少因施工造成的坡面扰动，不给桥梁后期正常运营埋下安全隐患，项目决定采用人工挖孔+水磨钻施工方法。
3人工挖孔+水磨钻施工工艺
3.1施工前准备
首先，需要委托有资质的检测单位对桩基临近村庄的房屋进行安全鉴定，一是评定当前房屋的安全等级，并且取得施工前房屋状态的原始数据。二是为有利于后期出现因施工导致房屋开裂、破损等情况进行对比，分清责任，避免造成施工单位与村民的纠纷。
其次，施工现场的三通一平，提前整理出施工平台。挖孔桩专项施工方案的编制、审批或专家论证（若需要）。
3.2施工要素的配置
水磨钻机：DLP160型，标配钻筒尺寸（mm）600×160×6，钻孔深500～600（mm），功率5.5KW。
空气压缩机：红五环活塞式空气压缩机W-3.0/5，功率15KW，额定排气压力0.5MPa
水泵：QDS3-60/4-1.5，流量3m3/h，扬程40m，功率1.5 KW。
卷扬机：提升钢丝绳直径8mm，功率4.5KW。
鼓风机：CZT-110，最大风量3.2～4.5 m3/min，功率1500W。
小机具：风镐、手推车、铁锹（尖、平头）
施工人员：一个桩孔一组人，桩孔内一台水磨钻2人操作，地面2人负责出渣。
3.3垂直运输设备及工具检算
本项工程挖孔所使用起重的工具有：卷扬机、钢丝绳、铁吊桶等。为了避免在施工过程中发生高处坠落、倾覆等事故，需进行。配重、钢丝绳容许拉应力、抗倾覆力验算。
出渣采用卷扬机，由于该设备比较轻，故施工前必须在尾部加以配重。配重下的平台用用混凝土浇筑，不得用石头堆码。同时对该设备的自身运转情况进行全方位检查，排除各种安全隐患。钢板桶的吊环吊耳采用Φ20圆钢，吊耳的焊缝长度不得小于10cm，并采用双面焊。卷扬机钢丝绳采用直径6mm的6×7钢芯钢丝绳。卷扬机必须设有限位器、防脱钩器等装置，并且自刹系统良好。在正常作业中桶内装渣不得高出桶沿，要求装渣高度小于桶边缘10cm，防止在吊运过程中出现渣土掉落伤人事故。
3.3.1提渣桶
桶的直径45cm，高55cm，自重m1=18kg，孔渣（按石灰石破碎块）密度为1550kg/cm3。
桶的体积：V=3.14×0.225×0.225×0.55=0.0874m3。
桶内装满碎石重：m2=0.0874*1550=135.47kg
最大载重：m=m1+m2=18+135.47=153.47kg
3.3.2钢丝绳
施工现场采用直径6mm的6×7钢芯钢丝绳，根据《一般用途钢丝绳》（GB/T20118-2006）中表16《力学性能（钢丝绳结构：6×类）》，钢丝绳最小破断拉力为20.3KN，取g=10N/kg，取安全系数为5，能载重20300/10/5=406kg，满足施工需要。
3.3.3配重简易计算
提升机尾部采用长 1.2m，宽 0.6m，高 0.2m 钢筋网框，放置配重，配重采用麻袋装碎石或砂砾，提升系统如下图（长度单位：cm）所示。
3.3.3.1提升部分
提升重量 m=153.47kg，提升架自重 m3=25kg，力臂 L1=1.38m，L2=0.3m，g为重力加速度。产生弯矩M1+M2=m*1.38*g+m3*0.3*g=153.47*1.38*g+25*0.3*g=219.3g。
3.3.3.2配重部分
配重 M3，力臂 L3=0.6m，g为重力加速度。产生弯矩=m4*0.6*g=0.6m4*g。
3.3.3.3配重计算
为确保安全，取安全系数为1.3，即：1.3（M1+M2）<M3，得：1.3*219.3g<0.6m4*g，m4>kg。则m4配重最小为 475.15kg。
在使用过程中应经常检查钢丝绳完好情况，如有断丝、磨损应进行报废处理。机架安装、调试完后，需进行试吊，试运转，以检验机架的安全性和运转正常后方能投入使用。
3.4施工工艺流程
3.4.1人工开挖桩基
开始挖孔前，桩位应定位准确，安放护壁模板必须用桩心点校正模板位置，第一节井圈中心线与设计轴线偏差不得大于20mm，且同一水平面上的井圈的任意直径的极差不得大于50mm，在地面安放模板，浇筑C30钢筋砼形成井圈，井圈上口比周围地面高出30cm，宽度为50cm以避免井口进水或杂物坠入井口，以防止坍孔和保证施工安全。
桩孔设混凝土护壁，每节高90cm，护壁上口厚20cm，下口厚15cm，钢筋按设计图纸绑扎，混凝土用C30。护壁施工采取钢模板拼装而成，拆上节支下节，循环周转使用，模板用固定卡连接，边浇筑边用铁扦插致混凝土密实，上下设两道支撑成圆形，混凝土用吊桶运输人工浇注，混凝土应根据气候条件在24h后且强度达到70%后方可拆模。
挖孔由人工自上而下逐层用镐、锹进行，遇坚硬土层用锤、钎破碎，挖土次序为先挖中间部分后挖周边，允许尺寸误差+5cm，弃土装入吊桶内，垂直运输，在孔上口安装机械式提升装置，用1.0t慢速卷扬机提升（施工前必须试吊），吊至地面上后，用手推车运到孔口1m外，在未影响桩孔施工之前及时对渣土用自卸汽车批量运出。
3.4.2水磨钻开挖桩基
当桩基开挖进入强风化岩层、中风化岩层时，需采用水磨钻施工方法。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。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。
水磨钻开挖法是采用水磨钻、风镐破碎开挖，分节进行，每节施工深度约为0.5-0.6m，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，由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。主要施工流程如下：
（1）钻取孔桩四周岩石：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160mm，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。
（2）中间部分凿除：用风镐将中间部位的岩石破除，边凿除边人工装渣，卷扬机出渣。
（3）桩孔修正及下一循环的施工：由于水磨钻钻芯后桩基孔壁成锯齿状，为保证有效桩径，要敲掉侵占桩基空间的岩石锯齿。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磨钻钻孔取芯位置，进入下一循环的挖孔桩施工。
3.4.3挖孔桩终孔检查
当开挖至设计标高后，进行终孔检查。质检人员先进行自检，自检确实达到设计规定标高、桩径、垂直度。孔桩开挖岩层与设计岩层相同，将桩底沉渣清理干净，孔内水抽干净后，再及时通知监理，进行终孔检查处。如果入岩深度与设计不符时，需要请设计进行确认是否需要进行桩长的调整。
4施工中常见问题处理及安全措施
在进行人工挖孔桩施工时，首先应做好孔口防护措施。井孔周边需设置安全防护围栏，高度不低于1.2m，围栏须采用钢筋牢固焊制，正在开挖的桩孔停止作业或已挖好的成孔，必须设置牢固的钢筋网覆盖，非工作人员禁止入内。提升弃渣时，必须采取相应的防范措施，以防落物伤人，卷扬机运土应检验其安全起吊能力后方可投入运行。施工中应随时检查垂直运输设备的完好情况和孔壁情况。
4.1防人员坠落的预防措施
为了防止施工人员在上下时坠落，不得乘坐吊桶或脚踩凸缘上下桩孔，而必须采用专用吊篮上下，另配钢丝绳及滑轮且有断绳保护装置，或使用安全爬梯上下。孔内必须设置应急时使用的安全绳和安全爬梯，并随挖孔深度增加延长至工作面，供人员应急使用。
4.2防坠物的预防措施
应安排专人把挖出的弃渣及时运离孔口，且不得堆放在孔四周1 米范围内。在桩孔口或孔内装设半圆防护板（网），并随着孔深增加而往作业面下引，吊渣时，孔下作业人员应避于护板（网）下。
4.3防触电措施
施工现场的一切电源、电路的安装和拆除必须由持证电工操作。用电设备必须严格接地或接零保护且安装漏电保护器，各桩孔用电必须分闸，严禁一闸多用。孔上电缆必须架空2.0m以上，严禁拖地相埋压土中，孔内电缆、电线必须采用护套等有防磨损、防潮、防断等保护措施。孔内照明应采用安全矿灯或12V以下的安全灯。孔中操作工应手戴工作手套，脚穿绝缘胶鞋。
4.4塌孔的预防措施
塌孔是人工挖孔桩施工中对作业人员的生命安全最大威胁之一，其产生的原因及应对措施如下：
（1）孔桩内积水、孔桩间互相渗水，都有可能导致塌方，在作业面，要设置积水坑，利用以挖好的1～2个深孔桩积水，并用高扬程水泵及时抽水。
（2）孔的检测、机械振动、车辆通行对护壁的影响
由于施工场地的限制，施工道路距离边桩很近，车辆的通行，尤其是通行产生的振动对护壁的安全造成不利的影响。当孔内有作业人员时，3m以内不得有施工车辆行驶或停放。在下孔施工前、施工中设专人观察护壁有无裂缝，如有裂缝，则应报告，待查明情况，采取安全防护措施，确保安全后下方可继续施工。
5水磨钻工艺优点及应用
相对爆破法开挖桩孔，水磨钻施工不需要爆破，对周边建筑物影响小，不需要受爆破条件的限制。相对于钻孔桩中的冲击钻施工，不需要为钻机平整场地，不需要泥浆循环，不破坏岩体，不对地基形成冲击，对环境影响小，周边建筑物震动影响微小，更适合环保要求高的作业环境；相对于旋挖钻，对地质和地形的适应性更好。所以在特定的施工环境下，水磨钻施工具有很好的应用价值。
参考文献
[1]潘小玲.水磨钻在人工挖孔桩中的应用[J].黑龙江生态工程职业学院学报，2015（2）
[2]侯献亚，（1984-），男，工程师，主要研究方向铁路、桥梁、公路施工技术。
论文作者:侯献亚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第16期
论文发表时间:2018/11/1
标签：水磨论文; 桩基论文; 钢丝绳论文; 卷扬机论文; 作业论文; 挖孔论文; 吊桶论文; 《建筑学研究前沿》2018年第16期论文;