桥梁桩基水磨钻成孔施工工艺介绍

连其龙　谢枝景

摘要：该工程为宁德沈海复线福鼎至柘荣段高速公路A4合同段，属于山区高速公路。本文以金峰1号桥桩基施工为依托，详细介绍水磨钻施工工艺，为需要利用水磨钻施工的工程提供借鉴。

Abstract： The project is the A4 contract section of the Fuding-Zherong section of the Ningde Shenhai Double Line， which belongs to the mountain expressway. Based on the construction of Jinfeng No.1 bridge pile foundation， this paper introduces the construction technology of water mill drill in detail， to provide reference for the project that needs to use water mill drill construction.

关键词：桥梁桩基;水磨钻;施工工艺

Key words： bridge pile foundation;water mill drill;construction technology

中图分类号：U445.55+1                                文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）23-0142-03

0  引言

近几年随着高速公路的不断发展，越来越多的高速公路路线跨越人口密度相对较多的村庄，在人口及房屋集中地进行施工已成为不可避免的环境现状。在该环境中，桩基施工常常遇到不允许炸药爆破，大型机械设备无法到达施工现场，风镐又凿不动岩石的问题。为保证桩基施工的进度及质量要求，水磨钻施工工艺成为了一个较好的选择，水磨钻施工工艺也在该环境中得到一定的推广及运用。

1  工程概况

金峰1号桥跨越管沈公路，1号墩桩位紧靠着管沈公路边，距离1号桩位15m处为一座老式石拱桥，该拱桥圬工形式为干砌条石，桥龄已有30年;2号墩、3号墩、4号墩桩位处在两山之间的峡谷中，且3号墩、4号墩处在晏溪河道中，施工平台小，受到汛期的影响较大。

金峰1号桥1号墩、2号墩、3号墩、4号墩桩基设计为嵌固桩，桩体直径为2m、1.8m，岩层单轴饱和极限抗压强度为 67.6MPa，桩长最长为20m。桩基所处原地表上层有少量覆盖土，主要为强风化及中风化凝灰熔岩。

2  施工方案确定

由于该桥紧靠管沈公路，且紧邻的位置存在一座老式石拱桥，爆破施工将产生较大振动，对石拱桥产生不利影响;在溪中的桩位施工作业平台较小，大型机械设备架立困难，考虑该桥地下岩石为中风化凝灰熔岩，由于岩石抗压能力强，抗拉和抗剪能力较低，岩石在大于其极限抗剪切力的作用下会发生剪切破坏。结合现场实际情况，认为采用水磨钻为最合理，最实用的施工工艺。

3  水磨钻施工

3.1 水磨钻施工特点

水磨钻孔桩机具设备简单，施工技术简单，场地占用小，无泥浆排出，振动小，环境污染小，施工质量可靠，施工面可同时展开，但进尺速度偏慢。

3.2 水磨钻施工工艺原理及钻机选型

水磨钻主要采用小型电动机，主轴转速900r/min、额定电压为380V、额定功率为2400W、额定频率为50Hz。钻筒为直径150mm钢护筒，可钻取直径为140mm岩芯，钻筒高约60cm，可钻取50cm高的岩芯，取芯机沿桩基外圆周取出高约为500mm左右的圆柱体岩芯，形成桩基外圆周临空面，然后对剩余的岩芯部分进行分块，在分块的岩石上钻一排小孔，然后在小孔内锥入钢楔子，捶击钢楔子挤压岩石，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，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。

3.3 施工工藝流程及操作要点

3.3.1 主要工艺流程（图2）

3.3.2 施工人员及机具配备（表1）

3.4 施工方法

①将桩位中心点放出，然后采用人工或者机械对该处的杂草等进行挖除，直至挖至岩石层，然后由测量人员再次放出桩位中心点，并立锁口模板，浇筑锁口，做好护桩。

若遇到土层覆盖较高，开挖量较大时，则直接从在土层上浇筑锁口，对孔桩进行人工开挖。开挖过程及时进行护壁浇筑，直至岩层面后开始采用水磨钻进行施工。

②锁口形状采用内圆外方的形式或者同心圆的形式，高于原地表30cm以上，且壁厚不小于30cm，锁口采用与桩基同标号的混凝土进行浇筑。

待锁口强度达到70%时，进行钢管架立。钢管采用外径48mm，壁厚3mm的钢管。钢管形成框架结构，布置相应的斜撑，在承受吊桶及石渣的主钢管中间插入Φ25以上的钢筋，增强抗弯能力。并架设好卷扬机，做好临边防护。

③根据孔径的大小布置取芯点，保证桩径不小于设计值，按照布置点位沿圆周进行取芯，取芯直径为150mm，取芯圆与桩孔内壁相切，取芯圆之间相切。沿孔外周一次钻取，取出岩芯高约500mm，将孔桩外周岩芯取完后，孔桩外周形成一个环状临空面，并出渣圆柱状岩芯。

现以2m孔径桩基为例，在孔桩外径布孔45个取圆点，岩芯圆之间相切，紧贴孔壁，保证取完圆柱岩芯后，锯齿之间间距不小于2m。

架设水磨钻机器，并用斜木方垫底部，顶部用厚木方顶住，将钢护筒对准要钻取的岩芯位置。入口开钻时应慢慢钻入。

④采用钢楔子对中间岩芯部分进行分块，并用风镐钻孔，插入钢楔子，锤击钢楔子，使岩芯挤压力大于极限抗拉力和极限抗剪切力之和，中心岩芯分块进行滑移，然后对其进行出渣。

以2m孔径桩基为例，先将桩孔等分成3个部分。在圆心处采用34mm孔径的风镐钻眼，眼深30公分左右，并沿着等分线，以圆心为起点，间距20cm钻眼一个，每条等分线上共钻眼4个，再将每份岩芯等分成2份，以同样的间距进行钻眼。再插入钢楔子，用锤子进行敲击，并分块取出。遇到岩石较硬的时候，可利用凿岩机进行辅助施工。

⑤桩孔修正：由于水磨钻取芯后桩基孔壁成锯齿状，为保证桩径大小，并检验桩基在开挖过程中是否偏位，需要对桩位进行修正。通过锁口护桩上的十字绳，下放吊锤，检查桩孔的直径;并量测深度及超欠挖情况，同时标出下一循环的水磨钻施工位置。

⑥成孔检查与验收，将孔底碎渣清理干净，抽除孔底可抽除部分的水，且孔径、孔深、垂直度需满足设计及规范要求。

3.5 施工注意事项

①施工中，除岩石外均采用铁锹、镐等进行人工清理。

②在锁口立模时，加强桩位的中心点控制，确保锁口中心点的偏差在规范范围内。

③水磨钻施工时，工人应佩戴好安全帽、安全带，必要时搭设掩体。

④取出土渣的吊桶、吊钩、钢丝绳、卷扬机等机具，必须进场检查，存在安全隐患的必须及时更换;在后期施工中加强复查，及时排除隐患。

⑤锁口应高于原地面30cm，并做好临边防护，以防止土、石、杂物滚入孔内伤人。出渣时不得将吊桶装满，控制在低于桶深的2/3的位置。

⑥锁口旁的渣石应及时处理，不得高于锁口，保证锁口高出石渣30cm。

⑦水磨钻一个循环后，应进行孔位修正，确保挖孔尺寸符合设计及规范要求。

⑧成孔后，孔底石渣应清理干净。

⑨在水磨钻进尺过程中应观察孔壁的破裂程度，若有存在裂隙较大，破裂面明显的孔壁，应采取有效措施，以防止塌孔。

4  水磨钻施工利弊分析

水磨钻施工作为一种工程施工工艺，有其特有的施工优势。施工过程噪声小、振动小、无需爆破、無水泥浆排除、环境污染小。对于处在人口密集区、周边房屋较多的桩位，当不允许使用爆破施工时，水磨钻成为一种较好的选择方式。但是水磨钻在施工也有其不足之处，由于水磨钻施工的费用较高，对于选择该工艺时需要考虑成本问题。另外水磨站在施工过程中，进尺较慢也是其缺陷，特别是入岩后，每天的进尺只能在30cm左右，对于总体的施工进度造成了较大的影响。

从表2分析可得出，在同样的地质情况下，人工挖孔每日进尺速度为水磨钻的2～3倍，但是人工挖孔的单价却只是水磨钻的单价的五分之一左右，且水磨钻的操作相对于人工挖孔更复杂些，因此在能允许爆破的位置应尽量使用人工挖孔施工工艺，这样不仅对工程进度有保证，也能把控项目成本。

5  水磨钻施工的推广及应用

介于水磨钻的施工特点，在山区高速公路的应用可以进一步推广，特别是当路线跨越人口房屋密集带、或距离路线较近的地方存在着特定的一些构筑物时，无法采用爆破，施工平台小，在无其他施工工艺可选择的情况下，采用水磨钻施工工艺。在允许情况下，小量的爆破与水磨钻集合，可以达到更好的效果，对水磨钻的进尺速度可以得到一定的提升。

参考文献：

[1]高进军.水磨钻人工挖孔施工技术的应用[M].浙江建筑，2015，32（2）.

[2]彭青海.浅析水磨钻施工工艺[J].建筑工程技术与设计，2014（16）.

[3]潘小玲.水磨钻在人工挖孔桩中的应用[J].黑龙江生态工程职业学院学报，2015，28（2）.