节茂海
中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070
[摘 要]采用水磨钻咬合取芯施工地形地势限制的、邻近高压线无法进行爆破施工的、坚硬砾岩层的桥梁桩基，解决了受场地受限，大型钻机无法施工，人工采用风镐挖孔遇到岩层凿不动的情况，避免了桥梁桩基成孔临近高压线严禁炸药爆破作业的技术难题。
[关键词]水磨钻、坚硬砾岩、成孔、防坠器
0前言
山区高速公路桥梁桩基成孔施工技术目前多重多样，针对不同的地形、地质，应该采取适应的成孔方法，旋挖钻需要地形平坦，旋转钻和冲击钻需要泥浆护壁，在钻孔机械不能安装施作的地段可以采用爆破人工挖孔桩，也可以采用水磨钻咬合取芯成孔技术。本文对仁字峪大桥坚硬砾岩地质水磨钻咬合取芯成孔施工技术进行探讨及应用，丰富桥梁桩基施工技术并为以后进行同类桩基成孔施工进行推广。
1工程概况
仁字峪大桥中心里程桩号K34+710，全桥共5联长649m，宽度33.5m，交角90度，上部结构采用装配式预应力混凝土T梁，先简支后连续；下部结构采用桥台采用肋板台，桥墩采用柱式墩，墩台采用桩基础。
桥位区属于砾岩类丘陵区，地形起伏较大，地层主要为侏罗系后城组强-中风化凝灰质砾岩，局部表层覆盖薄层第四系上更新统红坡积碎石，地下水以基岩裂隙水为主，中风化凝灰质砾岩裂隙率小，岩体含水量少，桩基深度范围内未建地下水，工程地质条件复杂。
2桩基成孔方案的选择
桩基成孔方式应满足国家安全作业规范及相关规定，确保施工安全和施工质量。仁字峪大桥桩基首先考虑地形及地质条件，机械钻孔施工困难，再者其16-5号墩有35KV高压线穿过，35KV高压线周边500m范围不允许爆破施工，第三桥区坚硬砾岩强度较高，适宜水磨钻，第四根据以往施工经验，因此拟采用水磨钻成孔的施工方法，卷扬机出渣，钢筋笼采用汽车吊进行安装，采用水下导管法干灌混凝土成桩。
3水磨钻施工工艺
3.1施工原理
利用水磨钻沿设计桩径圆周为圆心成环状进行全断面咬合取芯，使桩孔内硬桩芯完全脱离岩体形成岩柱块，制造临空面。然后对桩芯部分岩石等分成若干小块，沿桩基半径向圆心利用手电钻钻一排孔，在孔内插入钢楔子，人工使用大锤使劲锤击钢楔子使岩体分解成几大块，再利用风镐将岩体大块破碎，使岩石从桩芯分裂剔除掉，取出分裂破碎的岩块，完成桩基成孔。
3.2施工工艺流程
水磨钻钻孔工艺流程如下图所示：
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图1 水磨钻成孔工艺流程图
3.3人员配置
1根桩孔为1组，1组配2人使用l台水磨钻配3个钢钻筒，其中，1人在孔内操作水磨钻施工，1人在地面配合出碴，2人轮换作业。
3.4设备配置
SCY-3550型水磨钻；电动卷扬机；钢钻筒；水泵；支架、出渣筒、软爬梯、防坠器。
3.5施工方法
3.5.1施工准备
施工前，采用风镐人工进行场地整平，场地整平范围满足水磨钻人工挖孔桩施工即可，不宜过大。整平标高应高出桩顶标高20cm为宜，桩基桩顶地质基本为基岩，平台刷坡坡比为1：0.75，岩层较破碎处采用喷锚防护。要对上下边坡孤石、松散石进行清除，防止滚落。
3.5.2施工放样
根据设计提供的桩位坐标点，利用全站仪放出桩孔中心点，以桩中心为圆心，以桩的半径为半径画出孔口护圈内径圆周，撒白灰线，打入标桩，并设置护桩，便于校核，护桩埋设必须稳固，且不影响施工，并设立明显标志。
3.5.3碎石土层成孔施工
桩基顶部碎石土层采用人工配合风镐进行开挖，每次开挖深度不宜超过1.0m，并及时浇筑100mm厚的C30钢筋混凝土护壁，孔口处设置护壁锁口，锁口高出整平面300mm，锁口硬化宽度不小于60cm。在孔口位置埋设2根φ22圆钢人员上下的爬梯；另外一侧也埋设2根φ22的圆钢，用于固定风管和水管。碎石土层段成孔后架设垂直运输架、安装垂直运输设备及附属设施。
3.5.4水磨钻施工
⑴咬合取芯形成临空面：水磨钻取芯φ160mm，取芯圆的间距为150mm，每层钻进岩层650mm。沿设计桩径圆周为圆心成环状进行全断面咬合取芯，使桩孔内硬桩芯完全脱离岩体形成岩柱块，制造临空面。
⑵钻取中部岩柱：水磨钻全断面咬合取芯闭环后将桩芯柱分成若干等份，每一份体积大致相同，再利用手电钻沿桩半径方向钻取取一排眼，以便将岩体破裂。
⑶中部岩柱破碎：在已钻好的孔内打入钢楔子，人工使用大锤使劲锤击钢楔子使岩体产生一个水平的冲击力，岩石在水平冲击力作用下沿铅锤面慢慢开裂，底部会发生因水平剪切破坏而断裂。依次分解该层桩芯直到该层桩芯全部破裂为止。
⑷装渣，卷扬机出渣：每一层岩体咬合取芯作业完成后，将分离出来的大块碎石利用风镐分解破碎成小块，人工配合装渣通过电动卷扬机出渣。
⑸桩孔修正及以下n个循环作业层：由于水磨钻全断面咬合取芯后桩孔壁通常成圆盘锯锯齿状，为保证开挖好的桩径不小于设计桩径，要凿除掉桩基孔壁锯齿状的岩石。通过孔口护桩拉十字线吊铅垂线在桩孔内标出设计桩中心，检查桩基底部轴线偏位情况并及时修孔纠偏，与此同时标示出下一个循环外壁一圈水磨钻取芯点位，进入下一循环岩层的挖孔桩施工，依次循环n次后达到设计挖孔桩的桩长。
⑹成孔检查与验收：钻孔至设计标高后，做好孔底处理，迅速将孔底石渣及松渣清理干净，确保孔底平整，孔底无积水，孔径、孔深、垂直度均须满足设计要求后立即进行下道工序施工。
3.6施工安全控制要点
（1）水磨钻施工桩孔内须按相关规定配备专用安全软爬梯，爬梯宽度为0.5m，高度为0.3m，承载力不应小于2kN，并用直径不小于20mm的HPB300圆钢固定在孔口。人员通过固定在孔口的软梯上下，上下时必须系好安全带，安全带挂在防坠器上，防坠器栓固在孔口的预埋钢筋上，孔口人员根据上、下孔作业的人的速度往下收、松防坠器，人员在孔底作业时，也必须系好安全带和防坠器。
（2）工人在孔内作业时应持续通风，现场配备气体浓度检测仪器。工人进入桩孔前先通风15min以上，并检查确认孔内空气满足要求后，人员才能方可下孔作业，离开前必须用盖板将孔口覆盖，并做好围闭和警示标志。
（3）开挖利用提升设备运渣，出渣桶装运石碴时，装渣量不应装满吊桶，一般装2/3桶，以防石渣中途坠落。出渣时卷扬机偏向一侧，在出渣桶平稳后再进行提升，提升过程中与孔壁保留20cm以上距离，确保不得剐蹭孔壁，并要慢速提升，孔内人员停止作业。
（4）采用电动卷扬机电缆、钢丝绳、吊具、连接部件和出渣桶必须牢固，卷扬机制动、止锁装置必须完好无损。
4水磨钻施工技术的优越性
（1）水磨钻施工成孔比较规则，超挖欠挖控制良好，扩孔系数小，可大大降低混凝土的超灌概率，减小了损失。
（2）水磨钻施工无需使用任何材料，受周围环境影响较小，施工进度有保证。
（3）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，对周边影响较小。
（4）水磨钻施工技术基本上不会对岩体造成扰动、破坏，增加了桩基安全性。
5结语
采用水磨钻咬合取芯施工地形地势限制的、邻近高压线无法进行爆破施工的、坚硬砾岩层的桥梁桩基，解决了受场地受限，大型钻机无法施工，人工采用风镐挖孔遇到岩层凿不动的情况，避免了桥梁桩基成孔临近高压线严禁炸药爆破作业的技术难题，能够以短时间、低成本、保质量、较安全的完成桥梁桩基施工任务。水磨钻具有设备小、自重轻、操作简便、无泥浆排出、噪音小、无粉尘污染，施工质量安全可靠等优点，尤其在遇到硬岩桩基施工是比较有效的一种施工方法，可以在高速公路桥梁桩基技术推广与应用，丰富桥梁桩基施工技术，也是一种突破与创造。
参考文献
[1]苟号平,水磨钻咬合取芯在岩溶区临近公路人工挖孔桩硬岩中的应用
[2]高明，大直径坚硬岩层人工挖孔桩成孔施工技术
[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