京通铁路人工挖孔桩技术经济比选

京通铁路人工挖孔桩技术经济比选

李文杰

中铁六局集团太原铁路建设有限公司， 山西省太原市 030000

摘要：目前人工挖孔桩遇到岩层时常见的施工方案有两种，分别是控制爆破与人工开挖相结合的方案和人工凿除方案；控制爆破与人工开挖相结合的施工方案特点是工期短、效率高及受爆破条件的限制；人工凿除施工方案特点是劳动强度较大，单桩施工进度较慢；但对于施工现场位于临近建筑物、文物保护区、水资源保护区、临近公路和临近既有铁路营业线要求比较严格的情况下，采用上述两种方案一般满足不了受爆破限制的条件和施工进度的要求，鉴于这种情况下，目前采用水磨钻新的施工方案基本能够满足施工现场要求。本文结合京通铁路昌平至朝阳地段电气化改造工程古北口车站人工挖孔桩，对控制爆破与人工开挖相结合的方案和水磨钻施工方案进行技术经济比选，供类似项目参考。

关键词：岩层桩基、水磨钻、控制爆破、技术经济比选

1引言

方案决定成本。技术方案的经济比选在施工前尤为重要，本文通过对京通铁路昌平至朝阳地段电气化改造工程的岩层桩基采用控制爆破与人工开挖相结合的施工方案和水磨钻施工方案进行技术经济比选，来比选不同施工环境因素影响下的经济成本。

2工程概况

改建铁路京通铁路昌平至朝阳地段电气化改造工程地形起伏稍大，线路走形位于既有营业线右侧15～50m,该段路基主要以填方形式通过，局部以挖方形式通过，高程在253～265m之间，线路左侧为山区林地，工点附近既有乡村道路与国道101相通，交通条件较为便利，地表多为林地，村庄密集，附近有长城保护区，并且临近既有铁路营业线；现场施工过程中地质与原设计调查不符，现地质情况为：下伏基层为石灰岩，灰黑色，隐晶质致密，薄层-中厚层状构造，偶见节理裂隙，锤击声脆，岩质新鲜，层厚一般5.0-15.0m，σ=60-140MPa。K114+440.62～K114+654.77段路堤边坡最高12m,为减少填方减少边坡宽度，减少与既有进站道路干扰，桩基共计39根，桩截面采用1.5m×2m与2m×2.5m两种形式,桩长6～20m,桩间距6m。

3施工方案

两种施工方案，方案一：控制爆破与人工开挖相结合的施工方案；方案二：水磨钻钻孔施工方案。

3.1控制爆破与人工开挖相结合的施工方案

3.1.1计算炮眼间距E：桩基炮眼开挖采用手持式气动凿岩机，炮眼直径d=40mm，则E=（15～20）d，即E=50～80cm。取E=50cm ,可根据现场实际情况适当调整炮眼布置。

3.1.2炮眼深度和循环进尺：炮孔深度根据桩径大小、岩石坚硬程度及炸药种类来确定，通常炮孔深度L值按照桩径的0.5～0.7倍，即L=（0.5～0.7）D，其中掏槽眼深度应比周边眼深10～20cm。桩基开挖爆破炮眼利用率η一般可达0.8～0.95，则循环进尺L’=（0.85～0.95）L。

3.1.3单位用药量系数：桩基开挖爆破的飘石多为中弱风化岩石，单位用药量系数为：岩石强风化或坚固系数f=2～4时，q=800～1200g/m³；岩石强-中风化或坚固系数f=4～6时，q=1200～1600g/m³；岩石中风化或坚固系数f=6～7时，q=1600～2000g/m³；若开挖桩径达2～3m，在相同岩层条件下，单位用药量系数允许减小范围在20%～30%。

3.1.4炮眼装药及装药结构布置：通常按装药量体积公式，计算得到每循环进尺的炸药数量Q，即Q=q·S·L·η,再根据工作面钻孔数N布置调整，通常情况下掏槽眼装药量q1多装20%～25%，即q1=（1.20～1.25）Q/N，周边眼装药q0少装5%～10%，即q0=（0.9～0.95）Q/N。装药前，用炮钩和高压风将炮眼内石屑刮出吹尽。

①周边眼：进行浅孔爆破，钻孔长度按照1.2米～1.7米，爆破规定低猛度炸药。施工时,人为将管改成直径为Φ=22mm,长L=150mm,重量为75g的小药码,间隔地绑扎在传爆线上,管口使用炮泥进行填塞。

②掏槽眼:采用楔型掏槽，钻孔深度为1.4mm～1.9mm，放药量使用32mm直径的大药管,控制装药量 ,在一通常情况下,炮眼的放药量控制在0.5kg 以内为宜。

③起爆过程中采用电雷管起爆。禁止使用导爆索火雷管起爆。

3.1.5炮眼布置：在桩基开挖爆破中，工作面通常布置11个～15个炮眼，其中掏槽眼1个～5个，垂直布置于桩基开挖中心，而周边眼则沿离桩壁约10cm-50cm处均匀布置，周边炮眼同样采用垂直孔。桩进入微风化层以后，拟采用预留松动爆破法施工。

3.1.6采用人工装渣，卷扬机垂直提升，桩基外人工配合手推车运输的施工方法出渣至指定弃渣位置，出渣完成后进行下一个循环施工。

3.1.7注意事项：装药时要轻放，不得投掷，用木棍轻轻压紧，严禁使用铁器挤压，以防爆炸；炮孔用炮泥堵塞，堵塞材料可用砂土和黏或黏土，严禁使用碎石等其他材料堵塞。避免卷扬机或提升机在运行中被重物拖动，卷扬机的固定也很重要。轻型卷扬机一般采用在机架后部加重，配重按检算结果设置重量，配重采用编织袋装土，需对风化后的编织袋及时进行更换。

3.2水磨钻钻孔施工方案

3.2.1水钻打眼:遇到岩石层（σ≥30MPa）时，需采用水磨钻打眼开挖，水钻直径为15cm，长度为60cm，钻眼位置沿桩四周紧挨布置，中间部分采用“米”字型形状设置，将桩基岩层分为8等份，眼距为20cm，一个岩层面共计钻孔47个。

3.2.2风镐配合电钻凿除：四周及中间部分钻眼完成后，采用36cm长电钻对桩中间石体进行钻眼，钻眼间距20cm左右，并采用风镐进行凿除。

3.2.3桩基孔壁修正：因水磨钻钻芯在孔壁上形成锯齿状，为了确保桩基直径和设计直径相符，需要风镐配合凿除锯齿形状。

3.2.4采用人工装渣，卷扬机垂直提升，桩基外人工配合手推车运输的施工方法出渣至指定弃渣位置，出渣完成后进行下一个循环施工。

3.2.5 井内通风：为保证孔内有新鲜的空气，在孔口设置通风机，用软胶管向孔下通风，保证施工期间孔下空气质量。每次下井作业前先向孔内通风，并经检查无有害气体后，施工人员再下孔作业。

3.2.6上下井设施：用软梯解决施工人员上下井的问题。在井口四周搭设钢管排架，做好井口防护，并施作高出原地面30cm的锁口，防止土块落入孔内，消除安全隐患。

3.2.7注意事项：施工用电采用三项五线制，严格按照临时用电操作规程施工。避免卷扬机或提升机在运行中被重物拖动，卷扬机的固定也很重要。轻型卷扬机一般采用在机架后部加重，配重按检算结果设置重量，配重采用编织袋装土，需对风化后的编织袋及时进行更换。

4经济成本分析

5技术经济比选

5.1两种方案的技术比选

控制爆破与人工开挖相结合的施工方案，采用梅花形排列钻孔，钻孔直径为40mm，钻孔为垂直孔，清孔、装药、爆破及人工配合开挖；技术特点是噪音大，震动大；一循环清渣后进尺约有1.2m，由于岩层变化性，成桩时间为5天。

水磨钻施工方案，沿桩孔周围连续钻取一圈芯样，钻眼位置沿桩四周紧挨布置，取芯直径为15cm，形成临空面；中间部分采用“米”字型形状设置，眼距为0.2m，岩体破裂；技术特点是噪音低，扰动小；该桩基当日进尺0.6m，同时下阶段桩周边线部分钻孔，成桩时间为10天。

5.2两种方案的经济比选

根据表1 的成本经济比选可得出，岩层桩基控制爆破与人工开挖相结合施工完成每延米的单价为311元，完成6米桩长的总价为1866元；岩层桩基水磨钻施工完成每延米的单价为6035元，完成6米桩长的总价为36210元；水磨钻施工方案比爆破施工方案总成本高出34344元。

6结束语

在受爆破条件限制且影响施工现场进度的情况下，综合考虑施工进度及安全风险较小的前提下，可以采用水磨钻施工方案；控制爆破与人工开挖相结合的施工方案适用于安全风险系数要求不高的项目。

参考文献：

[1]《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008。

[2] 王永慧.深路堑桩板墙支挡施工技术.城市建设理论研究（电子版），2012.12.25。

[3]张涛.城市地下桩基工程爆破工艺及防护措施.大科技，2017.06.18。