陡峭山区狭窄地形水磨钻挖孔桩技术应用实践

陡峭山区狭窄地形水磨钻挖孔桩 技术应用实践

刘 俊

中国水利水电第十二工程局有限公司 浙江杭州 310004

摘要：本文简要介绍了水磨钻人工挖孔桩施工关键技术及应急处理措施，探讨了在山区狭窄地形情况，土地资源稀缺，水环保要求高，桥梁桩基成孔场地布置难度大，需权衡利弊，综合考虑征地、工期、成本、环境、材料、设备及桩基有效长度等因素，简要叙述水磨钻人工挖孔桩施工，为类似工程施工提供借鉴。

关键词：水磨钻、桩基、锁孔、护壁

1.工程简介

该工程位于缙云县方溪乡，共有桥梁两座，桩基30根,为嵌岩桩，桩径160cm、180cm、220cm三种规格，为C30混凝土灌注桩。

2.水磨钻概述

水磨钻主要由水磨钻机、水磨钻筒和专用水泵三部分组成，一般一个水磨钻机配备3～5个水磨钻筒，一个水磨钻筒上有7个刀头；水磨钻筒外径为16cm，内径为14cm，壁厚度为1cm，高度为60cm，一个循环可钻50～60cm；专用水泵外径为12cm，高度为40cm；非常适合桩基孔底入岩施工。水磨钻法主要是通过水磨钻机沿桩径内钻若干个孔，孔孔相连，钻孔后取芯，待所有水磨钻钻孔连成一个环后，桩芯就和桩壁分离了，形成了桩芯的临空面，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，然后在小孔内锥入钢楔子，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，分解成若干小块，利用卷扬机吊出孔外，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，随后进行钢筋笼安装和混凝土浇筑。

水磨钻挖孔桩采用自上而下开挖，开挖一层，混凝土护壁一层，上节开挖完成后，立即立模板浇筑护壁混凝土，混凝土达到一定强度后才能进行下层挖孔，如此循环施工，每层开挖深度1m，若遇渗水、流砂等特殊地层时，每层开挖深度50cm，每层开挖完成后，复核桩孔垂直度、直径并及时修正。

3.水磨钻挖孔施工

3.1水磨钻开孔取芯

测量放样后钻机就位，固定钻机位置，保证套筒向孔桩侧壁外倾一定角度，这样在下循环才可以保证钻机就位后套筒起钻点能位于设计孔桩边线不致造成缩孔，准备工作全部完成后，开始水磨钻钻孔取芯。

水磨钻开孔沿桩孔四周进行，钻孔直径160mm，孔深500～600mm。钻孔时向井孔外侧倾斜3°左右，预留出钻具的尺寸。保证循环施工时桩径不变。沿桩基孔壁布取芯点，取芯圆与锁口内壁相切。依次钻取外周的岩芯，取出的岩芯高约500mm，将外周岩芯取完后桩芯岩体外围便形成一个临空面。

3.2孔芯外运

水磨钻施工一边进行，一边对取出的钻芯组织外运。钻芯外运采用吊桶，卷扬机吊装吊桶运出。

3.3桩芯打孔破碎

全部钻孔及取芯施工完成后，对剩余的桩芯进行破碎，沿桩截面钻取岩芯。桩径为Φ1.6、Φ1.8、Φ2.2的桩孔可将桩芯岩体等分成若干等份依次破碎。

3.4手风钻打孔

用手风钻在桩芯岩体上钻眼，再将桩芯岩石分成六等份或八等份。

3.5插入钢楔、击打钢楔分裂岩石

在沿桩径向手电钻钻出的孔内打入钢楔，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，直至该层桩芯岩体全部被破裂。

3.6石块外运

提升机具要有安全装置，吊钩要有保险装置，吊桶完好，吊绳要完好无损，每班前进行检查提升机具以防脱钩，如有损坏应及时更换。出渣桶不能装满，最多只能装桶容积的80%。

破碎的石块用电锤或风镐进行破碎，保证直径在20cm以下，使用卷扬机、吊桶外运。石块清运干净后继续下一轮的钻孔取芯，破碎外运施工。为保证井孔内人员的安全，石块外运过程中在操作面上方搭设防砸棚，防砸棚面积小于桩孔面积的一半，既能够使石块顺利外运，又要保证操作人员安全，在吊桶升降时，作业人员必须站在防砸棚下面，停止挖渣。防砸棚随开挖下降而下降。

钻孔过程中如果有水渗漏，使用水泵排水，确保人员能够正常作业。夜间停工时，操作工具吊起至水面以上，防止工具泡水。如出现破碎岩层或裂隙，混凝土护壁即可。

3.7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，为保证有效桩径与设计桩径一致，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，进入下一循环的钻孔施工。

3.8挖孔注意事项

当孔深超过6m后，须向孔底送风。孔内用风通过风管送至开挖作业面。每次下井作业前，应先送风10～15分钟，由专人对孔内土层、水位和气体进行检测，并做好记录。凡检查有毒含量超过容许值时，立即停止作业，妥善处理，孔底凿岩时应加大送风量。作业人员下孔前，必须先经检测无有害气体后，作业人员方可以下孔施工。

施工过程中，认真分析地质资料，注意观察岩层变化，当从一种岩层进入另一种岩层时，应通知监理工程师，并做好相应的记录。遇到厚的砂性土层、流砂层、大量地下水等影响挖土安全时，首先要采取有效的加固措施，然后才能继续深挖。

由于土层中可能有腐殖质物，产生气体散到孔中，所以要防止孔内有害气体的侵害，毒气检测方法采用仪器或活体小动物放入孔底，看是否有异常，若无异常情况方可下孔作业。

桩孔底有积水需要使用水泵抽水时，待作业人员上井后进行。抽完水，一定要先断开电源后才能下孔作业，严禁边抽水边作业的。抽出的水排至桩基平台以外排水沟。

注意安全用电，孔底照明电压应采用不得高于36V的安全电压。

3.9质量控制

钻孔过程中质量控制主要为两点，一是桩截面尺寸控制，采用与孔径相同的检孔器一边钻孔一边检孔，确保桩孔截面尺寸符合设计要求；二是桩的垂直度控制，采用垂线法进行挖孔垂直度控制。

4.护壁施工

挖孔桩采用混凝土衬砌护壁。护壁混凝土强度同桩身砼强度，即C30，在混凝土中加入水泥用量1%～2%的早强剂，对地下水较多的地层，还可加入速凝剂。护壁衬砌厚度10～15cm，每层护壁搭接10cm。

护壁中配筋：竖向钢筋配Φ12@300mm（1#筋），应做成弯钩，上层护壁钢筋伸入下一层护壁中，上下钩接形成整体；环向钢筋配φ8@200mm（2#筋），采用搭接连接，搭接长度35cm，接头错开。护壁结构图见图1。

图1 护壁结构图

由于桩基数量较多，衬砌模板采用组合式定型钢板施工，每节模板高度1.0m，模板之间用U形卡连接，内设横向支撑。每节模板的上口应高于上节井圈底部10cm左右，以抬高浇灌口，使上下节井圈的混凝土紧密接触。

护壁混凝土强度同灌注桩强度，由现场移动式搅拌机拌制，自卸车运输至施工桩孔位置。混凝土必须严格按配合比要求，现场称量后进行拌制。

每节开挖完毕后应立即立模浇筑混凝土，混凝土浇筑利用出渣设备运输孔底，人工用锹四周均匀入仓，钢筋插实。混凝土坍落度控制在10～12cm范围内。混凝土浇筑完毕12h后或强度达到5MPa时方可拆模，每节护壁均应在当日连续施工完毕。护壁混凝土必须保证密实，遇土层渗水时可视情况使用速凝剂。拆模后发现护壁有蜂窝、漏水现象时，应及时用高标号水泥砂浆进行修补。

每节护壁做好以后，必须在孔口用十字线对中，然后由孔中心吊线检查该节井圈的内径和垂直度，如不满足要求及时进行修整。

5.孔口施工

开始挖孔前，首先沿桩孔四周开挖并浇筑钢筋混凝土锁口，浇至比地面高30cm，宽为35cm的护圈结构，内径比孔径大20～30cm，作为桩孔的防护结构，防止钻孔过程中杂物或明水进入桩孔，并在护圈四周挖排水沟，以防止地面水等杂物流入孔内，同时浇筑孔口护圈结构时埋设测量监控点及三个吊环作为井下作业人员挂安全绳使用。在进入岩层之前可以利用铁锹等工具人工挖除土层，并及时浇筑混凝土护壁。护圈四周设置定型钢护栏，栏杆高度1.5m，孔口周围2.0m内，不准堆放任何物料和弃土，并控制开挖进尺以保证安全，孔口结构图见图2。

在孔口位置，护壁主筋呈扇状向孔外弯曲，折向地面伸入土层10cm作为锚固长度，同时紧贴折入土层主筋内侧，顶面增设一根φ8的圈筋。

下雨时，在孔口支架上搭设雨蓬，防止雨水直接进入孔内；无人施工时，孔口用盖板覆盖；夜间施工时在孔口悬挂红色警示灯。

图2 锁口结构图

6.特殊情况处理

6.1 遇塌孔处理措施

对较易塌方施工段要即挖、即校对、即验收、即浇筑护壁混凝土。混凝土应加速凝剂，加快凝固速度。要保证混凝土密实度，避免渗漏。

6.2 孔壁地下水处理措施

挖孔中地下水采取“截、防、堵、排”的原则处理。开挖过程中，发现有渗水时，先停止开挖，仔细观察渗水情况，估算渗水量、渗水面积，根据不同的情况采取不同的处理办法。

⑴渗水量较小、渗水面积较小的情况

渗水量小时采取“截、堵”水处理，喷射混凝土堵水或采取快凝水泥堵水。

⑵集中射流处理

先在射流处钻一孔洞，孔径根据流量确定，以该孔洞能顺利排除水流为原则，然后在孔内插入一根与孔洞直径相同的水管，把大部分水通过该水管引流，水管端头安装一阀门，阀门处于开启状态，然后在孔口用快凝水泥堵住渗水。引流的渗水用管道抽排到孔外。待护壁完成后，可根据实际情况确定阀门是否开启或关闭。

⑶渗水量较大情况处理

每层开挖时，在某一位置开挖一个50cm×50cm×30cm的集水坑，水积满后用水泵抽排至孔外。

6.3孔底地下水处理措施

孔底地下水较大时，每层开挖过程中，每一层先挖一个50×50×30cm的集水坑，及时用水泵抽排至孔外。

7.结束语

随着我国农村公路的开发、美丽乡村建设，公路交通建设正以前所未有的速度向山区延伸，而山区特有的狭窄地形条件，桩基施工现场布置非常困难，常规桩基施工泥浆池、设备场地布置及泥浆处理成为桩基施工的首要问题，在地质及孔深许可的情况下，采用水磨钻挖孔桩可解决常规机械成孔场地布置及泥浆污染等问题。

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