岩石地层水钻开孔人工挖孔桩施工工法

张金东

(山东省荷泽市单县水务局 274300)

1 前言

人工挖孔桩技术是一项比较成熟的桩基础施工技术，在我国公共交通和水利建设领域都得到了广泛的应用。特别是在山区，由于山高谷深、交通不便，大型机械设备不容易到达桩位，人工挖孔桩的应用尤其广泛。山区岩层上覆土较少，许多土木建设工程的基础直接坐落在山体和岩石上，挖孔桩直接在岩石中掘进施工，经过长期的实践，逐渐摸索出了水钻开孔人工挖孔桩的施工方法。使用该工法能够保证工程质量和安全、节约成本、加快施工进度、取得非常好的施工效果。

2 工法特点

a.该工法适用性强，对水、电、路的要求较低，能够广泛应用于山区、沟谷等交通条件差的地区。

b.操作简单，不用爆破，在重要建筑附近或施工环境要求较高的地区尤其适用。

c.能够群桩同时掘进施工，互相之间不互相干扰，适用于赶工期的工程。

3 适用范围

该工法适用于在偏软岩层中进行掘进的人工挖孔桩施工。

4 工艺原理

通过水钻沿桩径边缘钻若干个孔，孔孔相连，钻孔后取芯，待所有水钻钻孔连成一个环后，桩芯就与桩壁分离了，形成了桩芯的临空面;之后在桩芯上打孔，孔内打入钢钎，使岩石裂开，分解成若干小块，利用卷扬机吊出孔外;全部桩芯运出后，进行下一轮钻孔、取芯、破碎、外运。循环施工直至孔底。随后进行钢筋笼安装和混凝土浇筑。

5 施工工艺流程及操作要点

水钻成孔挖孔桩施工主要包括以下几道工序:施工准备、测量放线、搭设支架、井圈砌筑、水钻开孔取芯、孔芯外运、桩芯打孔破碎、石块外运、下一轮钻孔取芯。施工工艺流程见图1。

图1 水钻开孔人工挖孔桩施工工艺流程

5.1 施工准备

正式施工前，水源、电源接通，将施工所用的材料、机具运输到位，技术人员熟悉图纸，了解地质情况、挖孔桩桩径、深度等相关参数，并对操作人员进行技术和安全交底，达到开工的条件。

5.2 测量放线

使用全站仪进行测量定位，放出桩芯位置，并根据图纸放出挖孔桩的圆周线，经监理单位复核后便可以开始施工。考虑到施工过程的误差以及开孔之间的残余岩石，一般开挖桩径大于设计桩径10cm左右。

5.3 搭设支架

正式施工前，需要搭设施工支架(见图2)。施工支架由普通钢管脚手架搭设而成。施工支架高4～6m，作为施工过程中的卷扬机支撑。支架四角落在桩口外围，支架顶部用防雨布覆盖，保证阴雨天气正常施工。

图2 支架示意图

支架搭设完成后，在支架上固定卷扬机和滑轮，接通电源，调试到正常工作状态。

5.4 井圈砌筑

开始开挖前，首先沿桩孔四周砌筑50cm高的井圈，作为桩孔的维护结构，防止开挖过程中杂物或明水进入桩孔。井圈由浆砌片石或砖砌成，宽度不小于30cm。

5.5 水钻开孔取芯

准备工作全部完成后，开始水钻钻孔取芯，水钻开孔沿桩孔四周进行，钻孔直径15cm，孔深60cm。钻到深度后，在钻缝中打入钢钎，折断钻芯，下铁丝套环取出钻芯。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。钻孔布置见图3。

图3 水钻开孔布置图(以3m直径桩为例)

5.6 孔芯外运

水钻施工一边进行，一边对取出的钻芯组织外运。钻芯由卷扬机吊装吊斗运出。

5.7 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。桩芯破碎首先使用风钻打孔，钻头直径25mm，孔位距离桩芯边缘50cm左右，孔孔间距也在50cm左右，钻孔完成后使用圆锥状钢钎打入孔中，钢钎直径10～35mm，用铁锤打入风钻孔，桩芯沿钻孔开裂，继续打孔，将桩芯分解成800kg以内的石块。

5.8 石块外运

破碎的石块用卷扬机外运，石块用钢丝绳捆扎，保证捆扎牢靠，提升至孔顶后，侧向拉出至地面，解开钢丝绳，继续外运下一石块。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，又能保证操作人员安全。

开挖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，按照设计方案施工混凝土护壁即可。

5.9 钢筋笼下放与混凝土浇筑

钢筋笼下放和混凝土浇筑与常规挖孔桩施工相同。如果桩孔内渗水较多，可采用混凝土水下灌注的方式，属于常规工艺，这里不再赘述。

6 材料与设备

所用材料与设备列于下表:

水钻开孔人工挖孔桩所用材料与设备表

7 质量控制

开挖过程中质量控制要点为:ⓐ桩径控制:采用与孔径相同的检控器一边开挖一边检孔，确保孔径符合设计要求;ⓑ桩的垂直度控制:采用垂线法进行。

8 安全措施

开挖过程中一定做好井孔防护，防止杂物坠入井中伤人;石块外运过程中重点做好卷扬机的检修、钢丝绳的检查，对出现断丝、破股的钢丝绳及时更换;吊运过程中采取可靠的防砸措施;操作人员按章操作，不搞疲劳作业;阴雨天气经常检查用电设备是否漏电，确保施工安全。

9 环保措施

水钻开孔的废浆用水泵排出，经过沉淀处理后再排入河道;开挖出的废弃物随时按照工程指定地点统一堆放并外运到指定位置;靠近居民生活区作业时，井孔要进行防护，并防止噪音扰民。

10 效益分析

由于水钻开孔人工挖孔桩不使用炸药，降低了开挖成本，相对于常规岩层内的人工挖孔桩成本降低30%左右;施工过程中不需要造浆，不需要大型设备，相对机械成孔节约成本20%左右;由于施工过程中没有振动，互相间没有扰动，因此可以多个桩同时施工，节约了工期，降低了管理成本，提高了经济效益。