风化砂岩陡坡地段桥梁桩基水磨钻成孔施工技术

张亚平　张波　黄程

摘 要：为解决风化砂岩陡坡地段桥梁桩基施工易造成山体崩塌、滚石及大型设备难以进场的问题，在西固黄河特大桥桩基施工中采用了水磨钻成孔的施工方法，不仅规避了安全风险，还能提高施工质量，可在类似项目中推广应用。

关键词：风化砂岩;陡坡地段;水磨钻;环形临空面;钢筋笼拼装

中图分类号：U445            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）05-0102-03

随着我国高速铁路、高速公路、城市快车道建设的飞速发展，复杂环境下的桥梁修建越来越多，高新民[1]等探讨了陡坡地段桥梁桩基施工技术，蒋永昌[2]分析了山区陡坡桥梁桩基施工标准化技术，陈小鹏[3]研究了山区陡坡桥梁桩基施工技术，分别对陡坡地段桩基施工质量安全隐患、控制因素及钻爆法施工工艺进行了研究。因此，针对风化砂岩陡坡阶地桩基施工难度大的技术难题，本文研究采用水磨钻人工挖孔桩的施工工艺，降低施工风险，确保了施工质量，对其他类似情况的工程施工具有一定的参考意义。

1工程概况

1.1项目概况

兰州南绕城高速公路关键性工程西固黄河特大桥桥梁全长为1003m[4]，跨越黄河、兰新铁路和109国道，穿越兰州二级水源保护区。

桥址高坡主要分布在黄河南岸，坡度高度约为120m，从底部到顶部为多段坡度[5]：0m～60m天然坡度为41.5°，是由粘土粉砂岩及粘土岩组成的岩质边坡;60m～90m天然坡度为36°，覆盖层的坡度由梯形冲积矿床组成，坡面为黄土分布;90m～120m天然坡度为23.5°，是冲积黄土坡地，具有Ⅲ～Ⅳ自重湿陷性;坡顶表面较缓，一般小于20°，存在黄土塌陷现象。

1.2陡坡地段桩基工程简介

西固黄河特大桥2#墩共有桩基础8根，桩顶设置承台，桩基与承台平面布置见图1。桩基为端承桩，桩径为1.8m，桩长25m。桩基位于黄河南岸的陡峭滑坡阶地，斜坡高度大于30m，坡度为41.5°左右，桥墩现场地形图见图2。

1.3工程难点

（1）滑坡阶地不稳定。桥梁2#墩基础位于黄河南岸的陡峭滑坡阶地，属于河谷两侧地带堆积的形态很像阶地的滑坡体。如果施工过程中产生的外部因素和影响改变了滑坡的基本条件，就会引发滑坡。故针对2#墩桩基础的施工，需结合现场实际情况，选择最优的施工方案进行施工，以避免对山体稳定性造成过大影响而诱发滑坡危害。

（2）崩塌及滚石危害。坡体由不同类型的岩层组成，削弱了岩体的内部连接，坡面上的岩石风化严重，植物根系锲入。一旦斜坡的稳定性被破坏，就会导致坍塌或滚石，对施工构成安全威胁。

（3）无进场便道。桥梁2#墩施工部处的斜坡高陡与坡度过大，且地质条件复杂，不宜修建供大型设备出入的临时施工便道，导致物资、设备进场困难。

2施工工艺对比分析

比较并选择三种桩基施工方法，如下表所示：

结合本项目实际情况，考虑到2#墩基础位于黄河边陡峭滑坡地段，地质条件复杂，冲击钻成孔和钻爆法成孔时震动较大，对山体稳定性影响较大，为了减少桩基施工对山体的影响，分析采用水磨钻人工挖孔桩施工方法。

3水磨钻人工挖孔桩施工原理及施工工艺

3.1施工原理

通过使用水磨钻机沿着桩基的设计圆周取出圆柱形芯，形成一个环形临空面，使中部岩体形成无侧限状态，再进行破碎、分割、取出裂开的岩块、护壁施工，最后达到成孔目的。

3.2施工工艺

3.2.1施工准备

施工前，做好安全、技术交底，并将施工方案和作业标准对操作人员做好培训。对进场的材料进行材质、性能及尺寸检查，施工前必须检查至符合要求。根据现场情况，选取适当直径的水磨钻，以及空压机、风镐的型号。

3.2.2定位及井台施工

在对场地进行平整后，根据设计图纸准确地释放桩心，并埋设护桩。开挖施工井台，根据放出的桩位中心点，开挖出井台的位置，立模浇筑混凝土。高出原地面30cm。除了作为施工作业平台外，还具有保护井口，承受施工荷载和挡水的功能。

3.2.3孔口支架搭设

待井台施工结束后，分别在每个井台上设置钢管防雨支架，在成型井架上安装滑轮和用卷扬机等材料构成的提升系统。在支架顶部覆盖防水土工布，阻止雨水直接落入孔内，确保在雨天工人能正常施工。

3.2.4水磨钻钻孔施工

水磨钻钻机施工流程，见图3。

使用选好直径的水磨钻钻机，沿桩基开挖轮廓线进行钻孔，依次沿着外周转出岩芯，取出的岩芯高约50cm，在把岩体外周的岩芯全部取出之后，剩余的岩体形成一个环形临空面，见图4。

3.2.5芯头凿除

使用風镐将中部岩体破碎。对于具有更好的完整性和更高硬度的岩体，使用手持式水磨机钻孔。将钢楔插入小孔并敲击钢楔以挤压岩石，使岩石沿垂直平面被拉动并从底部剪切损坏。取出裂岩直到核心岩体被完全移除，并且用卷扬机进行出渣操作。

3.2.6 护壁施工

每当深度挖至1m时，清除渣土后及时浇筑护壁砼，采用C20现浇混凝土，护壁的结构形式按内八字搭接设置，搭接长度不小于5cm。护壁模板使用固定的型钢模板，一套由八块构成，每块之间使用螺栓固定。

3.2.7清孔及成孔检测

在每一个节段施工结束后，利用孔口的护桩和重垂线检查桩基的孔径和垂直度。待开挖至桩底标高后，清除孔底沉渣，再对成孔的截面尺寸、孔深、桩位轴线和孔位垂直度等检查项目做最终的检测，找相关单位确认办理验收手续。

3.2.8 钢筋笼拼装及下放

采用在孔口绑扎钢筋笼的方式进行。

钢筋配料加工。根据相应桥墩的桩基设计深度和实际深度，确定钢筋笼的加工长度;根据确认的长度对每节钢筋笼进行下料，本桩基钢筋笼的基本长度确认为6m;根据钢筋笼的总长度确定出调整节段的长度，再进行下料加工，运输至现场。

在井口平台上搭设钢筋笼加工及下放支架。支架由钢管和方木构成，支架顶部安装双拼槽鋼作为下放分配梁，其上吊挂下放钢丝绳及手拉葫芦，根据钢筋笼的不同重量选用相应的钢丝绳及手拉葫芦，所选钢丝绳及手拉葫芦允许承载力为下放钢筋笼重量的2倍，见图5。

钢筋笼的制作。支架搭设结束后，在支架上进行绑扎焊接钢筋笼，钢筋笼的加工及下放在孔口支架上完成。加工时，在支架操作平台上水平放置2～3层加强型箍筋，在箍筋上标记出主筋安装的间距及位置，然后依次将主筋焊接至加强箍筋上。主筋全部焊接完成后，再把箍筋依次绑扎至主筋外侧，并焊接笼剩余耳筋。

下放前检查。在每一节钢筋笼加工制作完成后，应经过现场技术人员、监理人员检查合格后方可进行下放施工。

钢筋笼下放。在钢筋笼加强型箍筋上对称设置下放的吊点，使用卡环和钢丝绳吊住下放点，然后将钢丝绳吊挂在下放支架分配梁下的手拉葫芦上，用手拉葫芦提起钢筋笼后，将工字钢扁担梁抽出，再将此节钢筋笼下放至孔内，然后在该节最上一个加强箍筋穿设工字钢扁担梁将此节钢筋笼挂在孔口上临时固定，逐节下放至整套钢筋笼全部下放完成。

3.2.9混凝土灌注

混凝土由拌合站集中拌制，运至施工现场，使用拖泵进行浇筑。

在井口设置串筒及减速装置，确保混凝土自由下落高度满足规范要求，防止混凝土离析或出现质量缺陷。

4现场应用

从2014年10月到11月，风化砂岩陡坡地段桥梁桩基水磨钻成孔施工技术在西固黄河特大桥2#桥墩基础施工中得到了成功应用。在施工期间，采用全护壁、护壁加厚到30cm而且加入D6钢筋网片的方式来增大桩孔壁的稳定性。山体稳定性没有因桩基施工而产生变化，陡坡上无崩塌和滚石现象发生，同时解决大型桩基施工设备进场困难的难题。现场施工情况见图6、图7。

5结论

（1）采用水磨钻人工挖孔桩施工，适用于中风化砂岩和泥岩特殊地质的桩基开挖，同时解决大型桩基施工设备进场困难的难题。也具有对现场要求低、成孔质量高、施工成本低、安全环保等特点。

（2）针对地质不稳定，遇水软化、易崩解的问题，在施工完每一节之后均浇筑混凝土护壁，而且护壁加厚到30cm，同时加入D6钢筋网片来增加桩孔壁的稳定性。

（3）针对陡坡地段设备难以进场的问题，采用了钢筋笼现场分节制作、拼装及手拉葫芦下放的施工方法。

参考文献：

[1]高新民，杨映军.陡坡地段桥梁桩基施工探讨[J].甘肃科技纵横，2013，42（08）：86-87+82.

[2]蒋永昌.山区陡坡桥梁桩基施工标准化技术分析[J].科技创新与应用，2016（31）：247.

[3]陈小鹏.山区陡坡桥梁桩基施工探讨[J].科技信息，2014（15）：274.

[4]卢芳琴. 斜拉桥地震动力响应分析[D].中国地震局兰州地震研究所，2015.

[5]黄威，何源.陡峭边坡稳定性分析及处理技术研究[J].中国水运（下半月），2018，18（05）：185-186.