水磨钻在丘陵陡坡地区高铁路基锚固桩中的应用

汪拥忠

（中铁十二局集团第一工程有限公司,西安 710004）

水磨钻在丘陵陡坡地区高铁路基锚固桩中的应用

汪拥忠

（中铁十二局集团第一工程有限公司,西安 710004）

文章介绍了水磨钻施工原理、施工工艺、施工要点等, 以实际施工实例对比常用的爆破施工技术验证其优越性, 并提出水磨钻在丘陵陡坡地段高铁路基锚固桩应用经验, 为类似工程施工提供参考。

水磨钻;丘陵陡坡地区;安全;运用

1 工程简介

新建渝万铁路是中国重庆市市内连接重庆市渝北区和万州区的一条城际铁路，同时也是郑渝铁路的先期开工的一段，线路全长248公里，设计时速250公里/小时；DK43+617.852-DK43+718.852，线路右侧，长108.148m，右侧设置桩基托梁重力式路肩挡土墙。共设置锚固桩16根，桩长8—10m，桩截面为1.5×2.25m—1.5×2.5m；桩顶设置托梁，共8片；托梁顶设置重力式路肩挡土墙，挡土墙起点墙高4m，终点墙高4m，最大墙高7m。

本段属于丘陵地貌，地面高程250—291m，相对高差10—40m，地形波状起伏，坡度为5—25°，上覆坡洪积层（）、坡残积层（）粉质粘土，下伏侏罗系中统下沙溪庙组（xl）泥岩夹砂岩；泥岩为暗紫红、紫红色，泥质结构，薄—中厚层状，质软，砂岩呈灰黄色，浅灰色，中—细粒结构，泥质胶结，岩层强风化带厚2—6m；弱风化带岩层完整。地表水及地下水对混凝土结构均无侵蚀性。

本段右侧为正在运营的渝利铁路，距离为30米左右，之间为农田，水源充沛；左侧紧接着渝万铁路洛碛梁场存梁区。

2 施工原理及工艺

2.1 水磨钻施工原理

水磨钻施工设备主要由钻机、电动机和卷扬机构成( 如图1所示)。施工时, 电动机带动钻机在孔内沿孔壁方向钻取周边岩芯( 如图2所示) , 外围钻孔形成后，再在中间岩体合适的位置钻孔，利用钢楔将中间岩体松动、破碎至合适大小, 然后利用卷扬机出渣。

图1 施工设备示例图

图2 施工步骤示意

2.2 水磨钻施工工艺

施工主要工艺流程如下:

（1）放样。为了将桩位偏差及桩长控制在规范允许范围之内，必须放线定桩位中心及地面高程, 标出孔桩开挖尺寸线,并计算出需要开挖的深度， 以便相关部门复查和验收。

（2）锁口。在施工中往往会忽略锁口的制作，锁口在施工安全中起到不可忽略的作用，其挡住了孔口附近的杂物及地面水，防止落到孔中对施工人员造成伤害。一般要求高出原地面不少于35cm。

（3）开钻岩体、出渣并护壁。开钻前需将桩位范围内上层覆土及强风化岩石挖掉，为防止桩孔壁坍塌，每开挖50cm应立即浇筑混凝土护壁；岩体钻孔开挖要从上到下逐节进行, 先周边后中间, 并根据施工现场实际控制开挖深度, 利用钢楔将中间岩体松动、破碎至适当大小之后，然后利用卷扬机进行出渣。

（4）检查孔桩质量控制参数, 并按上述方式逐节往下循环作业。施工过程中，每完成一个循环时，应及时检查孔轴线位置、标高、截面尺寸和垂直度，以确定在规定范围内。

（5）成孔验收。开挖成孔后需对孔截面尺寸、开挖深度、桩位轴线和孔位垂直度等进行测定、记录,找相关单位确认桩底地质情况，并办理验收手续。

2.3 施工要点及注意事项

（1）水磨钻在硬质岩层钻孔中能很好的发挥其优势，施工前应根据设计图纸及现场情况确认该地地质条件，制定合理的施工方案,否则可能会适得其反。

（2）安全是工程成功与否的控制要点，加强安全技术交底, 规范操作是施工过程中的重中之重; 如进行岗前培训，正确佩戴防护用品等。 特别注意用电安全, 杜绝用电事故。

（3）在施工中取出的渣都是粒径比较大的石块，而且都是临时堆放于孔口附近，所以必需加强孔口支护, 及时清理孔口土石、废渣、污水以免造成孔口坍塌而对施工人员造成伤害。

（4）施工时应注意钻机合理的倾斜角度, 以保证成孔质量。

（5）要注意施工进度及扩孔系数的合理匹配。在相同施工条件下，孔壁外圈水磨钻钻孔数越多，孔的扩孔系数越小，但是钻机在钻进相同深度的工作总量越大，进度越慢；为了达到更好经济及工作效益，在施工时必须要找到施工进度与扩孔系数控制额平衡点。

（6）积极与电力管理部门沟通，对电力供电线路常常进行检修，以减小电力对施工的影响, 从而更好的保证施工进度。

3 应用成果及对比分析

3.1 施工应用

新建渝万铁路DK43+617.852-DK43+718.852线路右侧锚固桩，因爆破开挖施工影响渝利线正常运行及洛碛制梁场的施工安全而停工一段时间之后,经相关部门在现场考察之后决定，引入水磨钻施工技术。本次施工引入的水磨钻设备型号为DL160型, 功率为5.5 kW, 钻筒长度为60 cm, 直径为16cm。应用水磨钻施工技术后, 项目部顺利完成了剩余140m的锚固桩挖孔施工。施工过程中未出现塌孔, 无安全事故,且对渝利线运营及洛碛制梁厂生产基本无影响。在新建渝万铁路洛张路双线中桥180m圆形桩基和另外177m锚固方形桩的挖孔施工中, 均采用了水磨钻施工技术, 且都收到了预期的效果。水磨钻施工中所出的渣及施工后的成孔如图3、4所示。

图4 水磨钻施工成孔示意图

3.2 对比分析

通过现场施工控制以及以往施工中的经验， 发现水磨钻施工技术与爆破施工技术具有以下几个方面的可对比性。

表1 水磨钻施工技术与爆破施工技术对比分析表

（1）由以上表可知, 水磨钻和爆破施工技术在总体施工进度上相差不大, 但后者附带的问题较多, 比如在施工过程中因很大的震动造成老百姓农田开裂漏水,项目部因修缮会产生费用及发生纠纷， 造成了一定的经济损失。

（2）锚固桩施工现场范围内有群众居住、洛碛制梁场生产施工、渝利城际铁路运营, 爆破施工会产生较大噪音和震动,甚至，有时候会产生飞石， 对铁路运营和洛碛梁场施工及附近居民生活产生非常大的影响 , 常导致老百姓阻工。采用水磨钻施工技术后, 阻工现象逐渐减少, 并能顺利完成施工作业。

（3）成本支出。对水磨钻施工和爆破施工项目部采用的是同一单价的劳务施工, 直接费用相当, 但是爆破施工中火工品管理要求极其严格，要建设相应的配套设施，定会产生很高费用,这就导致 爆破施工成本上要高于水磨钻施工技术。

4 通过现场的实施与总结, 水磨钻施工技术具有如下优越性

（1）不产生有害物质、不破坏岩体, 增加了安全保证。整个钻进过程中钻头与岩石接触处都浸泡在水中，不产生粉尘等有害物质，不会对施工人员身体健康造成危害；基本上不会对孔壁造成扰动和破坏,从而增加了施工作业的安全性。

（2）受施工条件影响小，特别在市政工程中优越性极强。水磨钻施工作业响度有限, 对附近居民的生活不会构成太大影响。

（3）进度较快。只要在孔顶上按上简易的避雨设施，水磨钻几乎不受到天气及周围环境影响,能连续施工，能很好的满足工期要求。

（4）成孔质量好, 扩孔系数小。水磨钻施工过程很容易控制截面尺寸、中心位置、轴线位置, 从而超挖欠挖控制良好,可大大降低超灌混凝土的用量， 节约了施工成本。

5 结语

经应用水磨钻施工技术指导新建渝万铁路DK43+617.852-DK43+718.852陡坡地段、线路右侧锚固桩桩基开挖施工之后, 得出以下经验:

（1）水磨钻施工技术适用于作业面小、人群密集程度高, 以及对噪声、震动干扰较敏感的结构物桩基的开挖施工。如:市政工程、铁路既有线施工等。

（2）在缺乏电力供应的边远地区，选择爆破开挖可能会更节约成本。

（3）水磨钻施工使用面广，在铁路、公路桥梁以及路基防护施工中都可以使用，能很好的保证工期要求。

（4）在丘陵度陡地带,要设置专门的排水通道，否则易造成农田污染和滑坍; 加强施工用电安全管理, 杜绝用电隐患。

[1]姚晓荣. 人工挖孔桩施工技术在复杂地质条件下的应用[J].山西建筑, 2008( 10 ).

[2]铁建设[2010]241号.高速铁路路基施工技术指南[S].

[3]李大纪,李小云,蓝辉.水磨钻在赶场沟大桥桩基施工中的应用[J].西部交通科技，2011（08）.