浅析水磨钻机在桥梁桩基挖孔桩中的应用--中国期刊网

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浅析水磨钻机在桥梁桩基挖孔桩中的应用

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：杨博军

[导读] 摘要：伴随着时代的进步和不断发展，人们的生活日新月异，关于桥梁挖孔桩的知识与技术不断更新。

        台州市四方交通建设工程有限公司浙江台州 318000
        摘要：伴随着时代的进步和不断发展，人们的生活日新月异，关于桥梁挖孔桩的知识与技术不断更新。人工挖孔桩施工中水磨钻机的管理是基础施工的关键环节，也是工程计量的重要技术指标。而水磨钻机则是在人工挖孔的基础上进行孔桩施工管理，其意义在于运用科技原理和方法，根据目标一致、分工负责的原则，按照方针和客观规律，进行全过程、全方位的经营行为和组织活动。本文结合本人所在担任桥梁负责人的104国道黄岩头陀至院桥段公路工程第4标段，上跨G15沈海高速，为了加快推进工程进度，在桩基施工过程中应用水磨钻机进行作业，探析水磨钻在人工挖孔桩微风化岩层中的应用，该工程地质多为中风化和微风化岩石，工程处在正在运营的G15沈海高速中央分隔带处，不适合重力机械施工及爆破开挖施工。
        关键词：公路工程施工；水磨钻；人工挖孔桩
        引言
        本文结合104国道黄岩头陀至院桥段公路工程第4标段甬台温2号桥梁桩基施工工程为背景，工程上跨G15沈海高速，因地理位置影响，人工挖孔桩不适宜使用爆破及重力机械开挖施工；而人工水磨钻机开挖施工方法的表现：(1)适用于工程施工受爆破作业的限制与管控的环境，且人工水磨钻施工时无噪音、无污染；(2)水磨钻机体积小，重量轻，适应于岩石地层，制作过程简单，品质易于控制，价格便宜，有利于工程造价控制；(3)一柱一桩，单个或多个工程基础可同时开工，互不影响，施工操作起来具有可同时全面铺开、施工速度快等优点。综合考虑施工各方面因素，确定本工程使用人工水磨钻机开挖施工方法。
        1工程概况
        本工程为104国道黄岩头陀至院桥公路工程，工程起止桩号为：主线K42+000-K46+590。本项目主线依照一级公路标准设计，设计荷载为公路——I级，设计车速为80公里/小时，路基宽度为24.5m（32m）：行车道2×2（3）×3.75m，硬路肩2×2.5m，土路肩2×0.75m，中间带3.0m；其中位于k44+244.4甬台温2号桥上跨G15(沈海高速)施工，对G15(沈海高速)通行有较大影响。因此，需对该路段施工期间的交通进行分析研究，确保施工顺利进行的同时，还能保障G15(沈海高速)的正常通行。
        甬台温分离立交2号桥共二跨，设一个桥墩和两个桥台，主要结构有Φ1.8m桩基40.4m/4根，承台2个，实体墩2个，桥台4个，2x40m钢-混凝土叠合连续梁一座，桥面铺装1705m2，挖方55725m3。
        其中的Φ1.8m桩基40.4m/4根位于甬台温高速公路中央分隔带处，其地质条件为处在中风化凝灰岩上，根据施工环境及工期要求，拟投入4台小型水磨钻机进行钻孔桩的施工。
        因该项目位于正在运营的高速中央分隔带中央处，受地理位置的影响，整个施工过程中，存在施工作业空间小以及要求速度快等诸多问题，已不能按既定的爆破方案进行施工，需要全面考虑，具有很强的可行性，高性价比的桩基施工对策。
        2桩基工程方案的可行性分析与论证
        结合桩基地质构造特点，并对下列工艺方案进行了选择和分析。
        （1）冲击钻
        鉴于冲击钻具在坚硬岩石上的良好破碎效果和使用方便性，桩基岩石按冲击原理破碎，钻孔直径范围满足冲击钻孔的要求。与此同时，在一定程度上机械化施工确保了安全，但由于作业空间的限制，施工仍能持续进行，设备移动困难；由于处在高速中央分割带处，其产生的泥浆和采用的泥浆制作较麻烦。
        （2）水磨钻机
        圆柱形芯作为周围的蓄积点预留，以形成与周围的隔膜，并对桥梁桩基进行分段处理。在加工过程中，提前钻取截面积，并用钢楔固定芯子，以保证芯子能承受水平和垂直的拉力和剪力。这个方法占用的空间小，施工技术简单，施工过程中基本不干扰高速道路通行。更适合在高速中央分隔带桩基础施工。
        （3）手动空气压缩机开凿方案
        基于人工空气压缩机对巨大坚硬岩石的作用机理，针对不能使用爆破的特点，选择了沿垂直方向凿岩的风压方案，与本工程目前的岩石情况吻合较好。但由于扬尘大、施工场地窄、造价高，该方案不适合施工。
        从作业空间、经济成本、岩体类型、环境保护、作业效率等方面考虑，选择了手动空气压缩机开凿方案。

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        3施工流程和操作要点
        3.1 水磨钻施工原则
        从工程实践出发，结合岩体力学性质，提出了人工挖孔的水钻原理。岩体的力学特性是：当岩体的拉力和剪力总是在岩体的极限拉力和剪力范围内时，正常施工时，只要岩体的拉力和剪力超过了极限，就会出现断裂现象；水磨钻机就是基于上述原理而开始施工的。
        钻机采用直径150毫米的水磨取心器。桩的直径为1.8米，圆柱状岩心为收集点，与周围形成空隙。接着对桩基周边区域分段施工；切削时，切削段被预钻，切削段用钢楔固定，保证岩石内压挤压力超过设计限度，能承受水平和垂直方向的冲击，岩石会发生剪切破坏，而实际工作反馈是岩石的劈裂。再按破岩取心取石的方法交替操作，实现最终成孔。
        3.2水磨钻施工技术
        (1)准备阶段。依据工程设计说明，通过地形图绘制确定开挖范围及开挖总高。为了及时排除地面水，需要提前挖出孔周排水沟，并在孔口设置雨棚；合理划分设备放置区域，确保不影响设备施工。保持井下设施的完好，防止人、物等落入井下，引起危险事故。
        (2)工程放样。桩基的设置应在开孔前精确设计，确定桩基的中心位置，使四点沿周围均匀分布。应用网格法对桥梁护桩、护桩位置进行了确定，并对其进行了交叉检查。桩基作为起点，预留边界，人工挖孔是在桩基上进行的。
        (3)桩基施工。上部松土或粘土采用传统方法施工。每个开挖深度的上限是1 m，开挖时浇筑护壁并养护混凝土，混凝土厚度控制在20 cm左右。
        (4)用水钻探岩石。先用取心法和钻孔法对围岩进行钻孔，在此期间形成环状空域表面；然后采用三段均化法进行中间论证，利用钢楔固定的劈裂面钻孔，对岩体表面施加水平冲击力，使岩体产生拉裂效应和剪切破坏。水钻法处理岩芯，单侧钢楔插入，一次取渣。在此过程中，需要及时有效地对孔洞进行校正，以保证孔洞与设计桩中心的一致性，并采用闭环机构进行校正。后采用连续钻孔方式，保证孔桩平整，无泥沙、淤泥等，满足图纸设计要求。
        3.3工程过程事项说明
        (1)当地表渗漏较大，裂缝发育时，应根据周围环境制定防渗措施，并采取具体措施加以落实。水磨钻机施工时，遇到渗透率小，裂缝少的地层，应在所形成的墙洞口以渗透、充填、压实的形式进行施工，并将注浆材料逐步填充到空隙中，注浆压力应通过早强混凝土、粉煤灰、等材料来完成，如有大量渗漏，裂缝发育，原则上应采用框架支护，相邻桩基处不应有混凝土浇筑；最大限度保证施工安全和质量。
        (2)在施工中，每项工作都要有专人负责，实行轮岗制度，提高工作效率，减少事故率；每个孔洞都有专职人员施工。根据规定，井下操作人员不得超过三人。项目施工过程中，施工人员必须穿着雨衣、头盔、雨靴等，每两个小时与地面人员交流一次，不得超强度作业。在该工程的施工过程中，井上以及井下人员必须有专门的作业队伍，特别是井下人员要注意孔周防护，确保井下工人的安全。井下人员反应灵敏，反应及时，并根据井下人员反馈的接触信号提供相应的照明通风设备，确保作业顺利进行。
        （3）注意保护环境。认真贯彻国家环保法律法规，做好环保工作。对施工现场的各种安全设施要定期检查维护，劳动防护用品、物料及机械设备保持其处于良好的待机状态，及时清理工地弃土。对施工现场各类粉尘，废气，废水，固体废物，噪声，振动等采取了控制措施。
        （4）其他方面。一是对吊架进行性能检测，二是对钢丝绳、吊钩、电力卷扬机、支架等设备考虑适当的安全系数，三是对施工中使用的吊架基础进行加固，确保施工安全。与此同时，为保证挖孔周围的平台牢固，台面须用钢筋混凝土，船舶闸门混凝土浇注的固定终端面高度为30 cm；最后，在施工过程中，上部的粘土或其它松软的土层要用常规的方法人工挖掘，每1米都要及时浇注混凝土，以最大限度地保护孔壁的可靠稳定性。
        结束语
        人工挖孔的水磨钻机施工效果好，工期短、性价比高的优点，克服了桥梁等复杂地形的施工困难。有很好的推广价值和经济效益，为后续水磨机的施工提供了宝贵的经验，使水磨机在后续路侧建筑及远离居民区的房屋中的应用日益成熟，更大的价值在实践中发挥。
        参考文献
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        [3]柴勇.人工挖孔水磨钻在山区高速公路桥梁桩基施工中的应用[J].交通建设与管理，2014（14）:45-49.