摘要：临近既有运营高速公路施工安全要求高、难度大、责任追究严厉，以往均被列为项目的重难点工程；特别是地质条件差，距离既有运营公路很近的桥梁基础施工更是需要严密的施工组织方案和精挑细选的施工技术。水磨钻挖孔桩施工技术在临近既有运营高速公路施工中发挥到了极致，有效地保证了既有高速公路结构的安全、正常的运营和新建桥梁桩基础的安全施工。本文以永吉高速公路临近既有运营高速公路的桩基础施工为例，对水磨钻施工桩基础施工应用进行分析、总结，对临近既有建、构筑物的其他工程基础施工也具有很强的借鉴意义。
关键词：既有线；挖孔桩；水磨钻
近年来随着我国交通建设规模的扩大，在道路建设中与各种线路和沿线重要设施不可避免的发生交叉、互通和临近的现象，制定既有结构安全及新建结构的的施工安全保证既有运营公路的正常运行；各公路高管局对既有线安全施工制定了大量的规章制度，配备大量的人力物力进行监控，对施工单位的既有线施工带来极大的挑战。水磨钻挖孔桩技术在临近既有线，严禁振动的施工条件下，因其施工安全，投入相对较低，完全满足既有线施工的需要，在川湘贵地区被广泛应用。
1 工程概况
永吉高速公路石家寨互通桥及加宽桥位于位于湖南省吉首市寨阳乡境内，其中石家寨左线1#加宽桥、石家寨左线2#加宽桥、石家寨右线加宽桥与既有吉茶高速公路石家寨高架桥相接；庄稼坡右线加宽桥与既有吉茶高速公路庄稼坡高架桥相接；石家寨A匝道桥28#墩位于既有吉茶高速石家寨高架桥梁底，距既有吉茶高速公路梁底距离39.46m，距既有桥梁桩基水平最小净距7.8m；除此之外，B-E匝道桥尾部墩位桩基距既有运营高速公路也较近。在施工过程中既要保证既有高速公路结构安全、行车运营安全，又要保证施工期间工作面土体的稳定性及新建桩基的施工安全，选择合理桩基施工方式，即成为该工程的重点和难点工作之一。
2 地质地貌情况
依据勘察设计结果显示，拟建加宽桥桥梁区无断层构造，未见新结构活动痕迹，地层结构较为稳定。桥位区岩层为单斜岩层，岩层产状165°<8°，倾向与桥梁轴线呈大角度相交。
桥址区分布地层主要分布第四系全新统填筑土，第四系更新统粉质粘土，寒武系下统清虚洞组（∈1q）泥质灰岩。结合现场已施工桩基情况，地面下约2.0m为碎石土，再往下为中风化页岩或灰岩。
3 桩基设计参数
1）桩基设计孔径分布有1.5m、1.8m、2.0m、2.2m、2.5m，孔深分布为13.33-37.13m；其中桩基最大长度为33.0m（挖孔桩长度37.13m），孔径2.5m。
2）新建桥梁桩基础与既有桥梁桩基础的孔间净距最小为2.31m；新建桥梁桩基础底与既有桥梁桩基础底高差为0.09-7.21m。
4 施工选择分析
常见的桩基成孔方法有冲击钻成孔、旋转钻成孔、爆破成孔、静态爆破成孔、人工风镐开挖成孔等。施工前组织对各种成孔方法进行了比选，并组织参建各方及专家进行了论证。受地形限制大型设备无法运至墩位、受场地限制无法布设泥浆池等设施，更重要的是施工过程中不能有过大振动而影响既有桥结构，故一致认为采用水磨钻成孔的施工方法最适宜临近既有运营高速公路桩基施工。同时与会人专家对爆破安全距离进行验算，确定爆破安全距离为10m，离既有高速公路净距大于10m的桩基可采用爆破成孔，10m范围内的桩基采用水磨钻成孔。
5水磨钻施工技术
水磨钻施工原理为：用钻孔取芯机在桩孔周边开挖线范围钻孔取芯，使桩孔圆周形成空心槽，再以劈裂机分解中部岩体，靠劈裂机产生的水平冲击力使岩石沿劈裂面劈裂，底部岩层发生水平剪切岩石成块，再用电动卷扬机出渣。
5.1施工设备
1）取芯机：HZ15-A型，钻孔直径160mm，最大钻孔深600mm，功率为2.5KW。水磨钻主要有水磨钻机、水磨钻筒和专用水泵三部分组成。一般一个水磨钻机配备2-3水磨钻筒，一个水磨钻筒上有8个刀头。水磨钻筒外径为16 cm，内径为14 cm，壁厚度为1.2 cm，高度为62 cm，一个循环可钻60 cm。专用水泵外径为12 cm，高度为40 cm，非常适用于桩基孔底入岩施工。
2）水泵：Q（D）X1.5-25-0.55J，流量1.5m3/h，扬程25米，功率0.5KW。
3）卷扬机：Y132S-4，钢丝绳额定拉力10KN，功率5.5KW。
4）通风机：功率1500W。
5.2施工工艺
水磨钻施工桩基础施工工艺流程见（图4）：
图2 水磨钻施工工艺流程.png)
5.3施工方法
水磨钻进行桩基施工，其钢筋、混凝土等施工工艺与传统施工工艺相同，此处不再赘述，本文着重介绍成孔工艺。
1）粗放临近既有线墩台位置点及原地面高程，根据位置点规划施工道路、平整临近既有线的墩台施工场地，施工场地平面高程以设计桩顶标高为准。
2）精准测量放样，全站仪放出临近既有线桩基础的中心点并用水泥钉和红油漆标记，为保证下挖桩基础的垂直度，需根据中心点外引护桩。
3）根据放样点开挖临近既有线桩基，用常规施工桩基础土层及松软石层，初始进入风化岩层再将钻机就位，固定钻机位置，保证套筒向孔桩侧壁外倾一定角度，为了在下循环施工可以保证钻机就位后套筒起钻点能置于设计孔桩边线面不致造成缩孔，此措施将使桩孔呈节段倒合体，保证成孔截面尺寸。
4）水磨钻取芯，调整水磨钻设备，使设备倾斜角度不小于15°，采用直径为160mm的混凝土取芯机沿桩基设计桩径圆周取出高约为50cm的圆柱体岩芯，形成一个圆周临空面，再采用钻芯机在剩余的岩石层钻孔，然后沿易劈面岩石层按间距50cm布置孔间距，孔深为60cm，沿难劈面岩石层按间距30cm布置孔间距，孔深为40cm。然后用液压劈裂机劈裂中部岩体，以水平冲击力使岩石沿锤面拉裂，底部发生水平剪切破裂。布孔需保证孔距、孔深钻凿排孔平行，其能避免造成劈裂面凹凸不平，保证岩石层在液压劈裂机的劈裂下迅速开裂。
5）劈裂岩石成小型块状装桶采用用电动卷扬机出渣，渣样效果图见（图6），桶内装渣高度宜比桶低10cm。
6）临近既有线的水磨钻桩基护壁的施工时，在既有线桩基础底部上8.3m和低于既有桩基础底标高区域均需浇筑厚度50cm的加厚护壁并同时在护壁内按间距15cm布置Φ12mm和Φ16mm的钢筋，每节护壁钢筋需伸入下节护壁内5cm，其他节段只需按常规挖孔施工护壁。加厚护壁有效保证了既有运营桥梁安全和孔内施工的安全，并解决了受地势高差不均而产生的巨大侧压力对既有和新建桩基的质量的问题。
7）水磨钻施工桩基时需每施工一节段测试一次孔内水位变化情况并检查水磨钻机底端的刀头磨损情况。
8）桩基础水磨钻施工一般2根桩基配置1台水磨钻机，3个水磨钻筒、1台劈裂机、2台电动卷扬机、渣桶以及2个水磨钻钻机操作工、2个卷扬机起重工。
5.4水磨钻施工分析控制要点
1）施工前要认真分析挖孔桩处地质钻探资料，查明桩基础地层岩性、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编制可行的应急处理措施。
2）在施工过程中一般会遇到裂隙发育、具有一定渗水的地层，要首先制定防渗措施，然后再进行具体操作。若施工过程中遇到裂隙轻微、渗水量小的地层应在已成形的孔壁上，以充填、渗透和挤密的形式把灌浆材料充填到缝隙中，压力灌浆材料可选择粉煤灰、早强型水泥混凝土、石灰粘土混合料等；若在施工过程中遇到裂隙发育、渗水量大的地层，应先扩孔后再立钢模板，然后再浇筑孔壁混凝土。当相邻桩孔在浇灌混凝土时，未成孔的桩基础要停止掘进．确保施工质量和施工安全。
3）在水磨钻进时需连续不间断地关注水磨钻施工进度及扩孔系数的合理匹配。在施工目标保持不变，且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，所以掌握好两者间的合理匹配显得尤为关键；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。
6 施工成果及对比分析
临近既有运营高速公路桥梁桩基（圆孔桩基）开挖施工工艺在经过组织专家论证后开始引入水磨钻施工技术。项目部顺利完成了临近既有运营高速公路桥梁桩基础水磨钻的施工。在施工过程中未出现塌孔，无安全事故，有效的保证了在建临近既有运营高速公路桥梁桩基础的施工安全和既有高速公路的运营安全，收到了预期的效果。
6.1对比分析
通过现场施工控制，发现水磨钻挖孔技术与常规挖孔技术具有以下几个方面的可对比性（见表2）。
表2 弱风化灰岩下水磨钻挖孔技术与常规挖孔技术对比分析表
1）由分析可知，两种施工技术在总体施工进度上相差较大，常规挖孔施工附带的问题较多，比如在施工过程造成的震动和噪音，这是临近既有线施工所不允许的。
2）实施上，水磨钻施工成孔质量易于控制，不存在欠挖现象，但由于沿护壁弧线方向施工，为确保施工效率，作业时需进行超挖，超挖部分需在浇筑节段混凝土护壁，相对常规挖孔技术水磨钻施工技术能有效控制超灌混凝土量。
3）桥址两边有既有运营公路桥梁，常规挖孔、冲击钻、旋挖钻施工均会产生较大噪音和震动，对环境、既有运营公路及附近居民会产生非常大的影响。采用水磨钻挖孔施工技术后，确保了既有运营公路运营安全，且保证了临近既有线桥梁桩基础施工的顺利完成。同时，由于不存在爆破安全隐患，施工安全性提高了。
7水磨钻施工技术的优越性
从实施效果中可以看出，水磨钻施工技术具有如下优越性：
1）低噪音，扰动小。水磨钻施工作业发出的声音基本上来源于钻取岩体时设备与岩体的磨切，而其响声有限，对附近居民的生活不会构成太大影响。
2）不破坏岩体，增加了安全保证。水磨钻施工技术基本上不会对岩体造成扰动、破坏，增加了安全保证。
3）进度较快，不受材料供应及环境的影响。水磨钻施工无需使用任何材料，且不受天气及周围环境影响，确保了施工进度。
4）成孔质量好，扩孔系数可控。水磨钻施工成孔规则，超挖欠挖控制良好，所以可大大降低混凝土的超灌几率，减小了损失。
8结束语
临近既有线桩基础施工采用水磨钻挖孔施工技术，水磨钻孔桩具有机具设备简单，施工操作方便，占用场地小，无泥浆排出，施工质量可靠，可全面展开施工，缩短工期，造价低，与人工挖相比避免了爆破施工，不但安全可靠而且很环保。因此特别适用于临近既有线的桩基施工，可以安全、优质、高效、环保地完成施工任务。
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论文作者:刘预保
论文发表刊物:《基层建设》2015年29期
论文发表时间:2016/9/19
标签：水磨论文; 桩基论文; 桥梁论文; 高速公路论文; 桩基础论文; 钻机论文; 施工技术论文; 《基层建设》2015年29期论文;