水磨钻在临近居民区桩基施工的应用

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摘要： 临近居民区施工因为其安全要求高、施工难度大、责任追究严厉等因素，向来列为项目的重难点工程；特别是地质条件差，距离居民区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。人工挖孔桩水磨钻施工技术在临近居民区施工中发挥到了极致，有效地保证了当地村民的房屋及出行安全和基础的正常施工。本文以丰忠高速乌骨堡大桥7-0#桩基础施工为例，对居民区旁很近距离桥梁桩基础施工技术进行研究。

关键词：居民区 挖孔桩 水磨钻

中图分类号：U448 文献标识码： A

1 工程概况

丰忠高速公路六分部乌骨堡大桥位于重庆市忠县磨子乡堰口村管理范围内，其中5#、6#、7#墩处于堰口村十组居民区上端；上跨设计为16米预应力后张法简支空心板梁，各墩距离民居房均在9米范围内；其中7#-0桩基离民居房仅3.0米，孔口位于民居房上端垂直高度为2米，在施工过程中既要保证民居房和村民的基本安全，又要保证施工期间工作面土体的稳定性，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 地质概况

路线走廊区位于重庆市东南边缘，为新华夏系第三沉降带；地质构造位于北东-南西向延伸的方斗山背斜北西翼（丰都向斜的南东翼），岩层呈单斜状出，

地质构造相对简单，路线走廊区内未见有规模较大的断裂构造通过。根据区域地质资料，喜山运动晚期的构造活动，在区域上主要表现为间歇性的上升隆起，上升作用至今仍在进行，本分断裂重新活动，引起轻微地震现象；由于地壳上升、隆起作用，使地面出现大量的张性断层和深切沟谷，形成目前的地貌单元特征；隧址区历史上的地震活动较弱，地震震级低，属地块相对稳定区块。根据《中国地震动参数区划图》（GB1830-2001），本区地震动峰值加速度a=0.05g，地震动反应谱特征周期T=0.35s，地震基本烈度为Ⅵ度。

3施工特点

本工程属于新建项目，部分墩位临近村庄及河道，要注意不要对民房或河岸边坡造成破坏，不允许使用冲击钻或人工爆破。

4 桩基设计参数

4.1桩基设计长度为14.85m（实际挖孔长度15m），孔径1.3m。

4.2孔间距纵向3.2m，横向5.7m。

4.3按照柱桩设计，桩底标高满足设计要求外，还应保证桩底最小嵌岩深度不小于0.5m，设计为人工挖孔桩。

5 施工方案的选择

乌骨堡大桥7#墩在采用人工挖孔桩施工过程中，顶部为松软土，2m～15m段岩石为硬度较高的砂岩，采用常规人工挖孔桩，微弱风化岩石，（见图1）采用锤、风镐开挖速度较慢，平均每天掘进12.5cm，无法满足施工要求：如采用爆破施工，势必对民居房和村民的安全造成影响，造成重大的安全隐患。

图1 2～15m勘探样品

采用“水磨钻”施工，其施工原理为：采用钻孔取芯机在桩孔周边开挖线钻孔取 .使桩孔圆周形成空心槽，再以二锤捶击钢楔分裂中部岩体，以水平冲击力使岩石沿锤面拉裂，底部发生水平剪切破裂，以电动卷扬机出渣。过程中必须保证钻头处于冷却水中.同时冷却水流保有一定压力对钻头直接进行冲洗，使之不淤钻、卡钻.因此该工艺俗称“水钻法。该施工技术具有进度较快每天平均1.0m、投入少、产生扰动和震动小等优点， 避免了爆破施工，减少了安全隐患。

6 水磨钻施工技术

6.1 施工机械

取芯机： HZ15-A型，钻孔直径150，钻孔深500～600，功率为2.5KW。

水泵：Q（D）X1.5-25-0.55J，流量1.5m3/h，扬程25米，功率0.5KW。

卷扬机：Y132S-4，钢丝绳额定拉力10KN，功率5.5KW。

通风机：功率1.5KW

6.2施工工艺

（见图2）

图2 施工流程图

6.3施工方法

6.3.1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。

6.3.2扩底倾斜角度计算：水钻机高1500，钻芯直径为150；电机或支架超出钻芯前端80，正常钻孔时钻机倾斜角度即为（80+150/2）/1500=0.103，倾斜角度≥tan（0.103）-1=5.88，才能保证不缩孔。向外扩底时，钻机倾斜角度≥10度就不易固定钻机位置，tan10=0.176，

向外扩底宽度0.176×1500-（80+150/2）=109mm，即每500可向外扩100宽。（见图3）

图3 成孔效果图

6.3.3柱体岩芯与护壁内壁相切，将岩芯取完后桩基便形成一个环形临空面；再以二锤捶击钢楔分裂中部岩体，以水平冲击力使岩石沿锤面拉裂，底部发生水平剪切破裂，以电动卷扬机出渣。见（图4）

图4 出渣效果图

6.4施工注意事项

6.4.1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执行可行的应急处理措施

6.4.2遇到裂隙发育、渗水量大的地层，要首先定出防渗措施，然后再进行具体操作。若裂隙轻微、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；若裂隙发育、渗水量大的地层，应先扩孔后立钢模板.再浇筑水下混凝土。当相邻桩孔在浇灌混凝土时，原则上要停止掘进.确保施工质量和施工安全。

6.4.3要注意施工进度及扩孔系数的合理匹配。在施工目的保持不变， 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。

7 应用成果及对比分析

乌骨堡大桥7-0#桩基（ 圆孔桩基） 开挖施工，引入水磨钻施工技术。项目部顺利完成了剩余所有的圆孔桩基和方桩挖孔施工。施工过程中未出现塌孔， 无安全事故， 有效的保证了居民区和当地村民的出行安全，收到了预期的效果。

7.1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1）。

表1 弱风化基岩下水磨钻挖孔技术与常规挖孔技术对比分析表

7.1.1 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， 这是临近居民区施工所不允许的，

7.1.2实施上， 水磨钻施工不存在欠挖现象， 但由于沿护壁弧线方向施工， 为确保施工效率， 作业时需进行部分超挖。相对常规挖孔技术水磨钻施工技术能减少超灌混凝土， 明显降低施工成本。

7.1.3桥址左侧下方有居民区， 常规施工会产生较大噪音和震动， 对环境及附近居民产生非常大的影响， 特别是在人群密集区的作业， 常导致阻工甚至纠纷。采用水磨钻施工技术后， 阻工现象逐渐减少， 才能顺利完成作业。同时， 由于不存在爆破安全隐患， 施工安全性提高了。

7.1.4成本支出，项目部在进行成本比较时发现水磨钻单价明显低于同条件下非爆破开挖技术。

8 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：

8.1 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，响度有限， 对附近居民的生活不会构成太大影响。

8.2 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。

8.3 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， 且不受到天气及周围环境影响， 确保了施工进度。

8.4 成孔质量好， 扩孔系数小。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。

9 结束语

经乌骨堡大大桥临近居民区桩基施工采用水磨钻挖孔桩施工技术，认为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，不但可以降低成本而且又很环保。因此特别适用于临近居民区禁止爆破的桩基施工。而且也特别适合工程前期炸药缺乏的情况。可以安全、优质、高效地完成施工任务。

参考文献：

[1]公路桥涵施工技术规范 北京 交通出版社.2011

[2] 重庆丰都至忠县高速公路项目两阶段施工图设计文件 四川省公路规划勘察设计研究院.2011

[3]公路工程施工安全技术规程 交通出版社.2009