谈人工挖孔灌注桩硬质岩层水钻入岩施工方法

张 俊 生

(山西四建集团有限公司，山西 太原 030024)

谈人工挖孔灌注桩硬质岩层水钻入岩施工方法

张 俊 生

(山西四建集团有限公司，山西 太原 030024)

针对人工挖孔灌注桩开挖施工过程中遇到非常坚硬的岩层的情况进行了分析，通过多方试验、对比，选用了适宜的水钻型号，并对水钻进行了改造，调整了水钻操作工艺，同时配合以风镐，使之能适应复杂条件下岩体的破除，达到安全施工，并保证质量、进度的目的。

人工挖孔灌注桩，硬质岩层，水钻

0 引言

由阳泉市新华书店投资建设的阳泉书城建设项目，地理位置特殊，地处市委、市政府背后，且周围有居民区和铁路。在进行人工挖孔灌注桩施工中，遇见硬岩层，无法采用人工风镐破碎继续挖桩，常规做法需要进行预埋雷管爆破的方法继续施工。但由于此工程地理位置特殊，考虑周围存在重大的安全隐患，故无法采用此爆破工艺施工。经过对施工难点进行分析，对施工工艺及需挖掘的岩层进行讨论，提出了采用水钻入岩的方法进行入岩施工，并对此工艺所用机具进行现场试验，对所用的大型入岩用水钻进行研究及局部改造，以达到在狭小空间(桩径在800 mm～1 100 mm之间)也可采取此种工艺入岩，并做端部扩大头的效果。用水钻入岩的施工工艺解决了此施工难题。

1 工程基本概况

阳泉书城建设项目位于阳泉市德胜西街瓦窑坡，地下1层，地上16层，框剪结构，建筑面积18 135.28 m2，主要用于商业、办公。该项目所设计的桩基础施工中采用的是人工挖孔灌注桩，桩体直径大部分为800 mm,900 mm,1 000 mm,1 100 mm。根据地勘报告，该桩基础经过的土层分别为：第①层，素土层；第②层，粉土；第③层，细中砂；第④层，卵石；第⑤层，砂岩；第⑥层，砂质泥岩。设计要求人工挖孔桩需要穿透前5层，最后在第⑥层砂质泥岩上入岩500 mm，并做端部扩大头100 mm，最终挖孔桩深度在14 m～16 m。

2 施工中遇到的难题

本工程开始施工后，前期施工非常顺利，但在人工挖至第④层，约11 m深处，即达到地下水位层，开始在桩体周围采取降水措施。此时，需采用风镐破碎卵石，才能继续下挖。当穿透第④层卵石层，开始穿透第⑤层砂岩时，人工用风镐破碎已经相当吃力，此岩层密度较大，几乎一天只能破碎约700 mm。当穿透此岩层，挖至第⑥层砂质泥岩，施工遇到了相当大的困难。用风镐破碎几乎起不到作用，耗时半日，也只能破碎几块碎石。经过地勘单位现场取材鉴定，此岩层为第⑥层砂质泥岩，但岩层硬度极大，基本上为此地区最硬的岩石，不建议采用人工风镐破碎，功效甚低。一般遭遇此种施工困难，宜采用预埋雷管进行爆破施工，以达到开凿入岩效果。但此工程地理位置特殊，紧邻市委、市政府、居民区、铁路，而此种工艺施工有一定的危险性，并噪声较大，所以相关单位不批准采取此工艺施工。

3 解决难题的思路

由于遇到上述难题，为保证工程工期，建设单位及施工单位均咨询相关专家，寻找别的施工工艺继续施工，但由于该灌注桩桩身穿过卵石层，试桩时桩身中部存在较大的卵石层，无法采用机械成孔，只能采用人工成孔，且该桩设计为人工成孔，有护壁及扩大头设计要求，所以只能采取此工艺施工，目前还没有其他的施工工艺范例，因此工程无法继续进行施工，业主、施工单位都陷入了困境中。对此经过现场多次勘察，并联想到混凝土结构中常用的水钻开洞工艺，是否能应用在这里。项目上立即决定进入桩底进行试验。但下入桩底才发现并非想象的那么简单。首先，水钻施工必须要先固定在一个平面上；同时要有工人的操作面。但桩底不平整，无法固定水钻支座；同时桩径较小，工人操作空间狭小，不宜施工。

4 具体改进措施和操作工艺

通过对以上难点的逐一分析，经过研究、试验决定采用以下改进措施，具体如下：

1)选用适宜的水钻型号和钻头型号，并将原有普通水钻底座去除，焊接长度为200 mm的160×63×6.5型号的槽钢，作为水钻固定底座，确保水钻固定后的稳定性。调整水钻操作工艺，并配合以风镐，使之能适应复杂条件下岩体的破除。

2)水钻在钻孔之前，必须首先对其进行固定。固定水钻时要求底座采用木楔支垫平整，顶部使用方木顶撑横向并排顶于水钻机上部，在护壁上进行顶撑，支撑处要求必须顶紧。检查支撑稳固可靠后，方可开钻。

3)水钻开钻时要紧贴桩护壁的外沿进行钻取，先钻外圈然后再钻里圈。钻取的岩石及时运出桩井。钻齿磨损后要根据钻头磨损程度及时更换。钻到一定深度后，可通过使用风镐打入钻缝，将岩体打折。水钻在钻岩过程中，在井底设置小水泵，给钻机供水。

水钻施工简图见图1。

4)水钻具体参数。

a.水钻钻孔直径200 mm改为直径150 mm。b.钻孔深度600 mm改为300 mm。c.动力头转速1 440 rmp。d.动力头功率4 kW。e.回转速度820 m/min。

5)水钻钻桶太高操作过程中不平衡，且由于遇到的砂岩层含有石英等物质，岩体较为坚硬，600 mm水钻在试验过程中，钻到250 mm～320 mm深度时，钻齿就已磨损。桩底空间狭窄，600 mm高钻桶不易操作，要达到设计要求的500 mm入岩深度，需二次钻芯。所以在减小钻直径，钻到一定深度后，可通过使用剔杖，打入钻缝，将岩体打折。钻齿磨损量减小，增加钻桶的使用次数，降低成本。所以将600 mm桶高，改为较易控制稳定的300 mm。

5 改进后施工机具特点

1)机具简单，施工操作安全方便。

2)造价低，质量可靠，桩底易清理、单桩承载力比较高。

3)施工无噪声，对周围环境及建筑物影响小。

4)占用场地小，可全面展开施工，有效缩短了施工工期。

6 主要施工工艺

1)施工工艺。

人工成孔至岩层→测量放线→布置取芯点→水钻钻岩→出渣→桩孔修正。

2)劳动力安排。

组织10个小组同时施工，每根桩一组，一组由3人组成，井下操作面1人，井上2人负责交替倒渣。

3)作业步骤。

a.测量放线，定位后开始进行人工开挖，待挖至岩石层后，将坑底清理干净。b.利用原有控制线复核桩心控制点，根据桩心位置画出桩外围边线。c.根据桩外围控制线布置水钻进行钻孔，要求相邻钻孔之间重叠2 cm～3 cm。d.固定水钻后进行钻孔。e.岩体采用冲击钻钻眼，钢楔分裂岩体，将钻出的岩渣及时清除，之后钻内侧第二排孔，依次进行。f.清渣完成后，根据控制线对桩孔标高、桩孔孔径等进行复核，确保满足设计及规范要求。

7 施工安全保证措施

1)在挖孔开始前，组织施工管理人员及劳务作业人员进行方案、安全技术交底，让施工人员了解周边环境情况及作业安全注意事项。

2)对施工图纸进行认真复核，明确设计意图，对人工成孔灌注桩施工工艺进行培训、交底，要求施工人员熟悉作业流程及安全事项。

3)经常对机械设备进行检查，保证机械设备正常运转。正确使用安全防护用品。

4)施工中随时进行抽查，发现问题及时整改，确保安全施工。

5)现场作业区域拉好彩旗绳，并有安全监管人员跟班在岗，以防无关人员、动物进入现场。

6)作业人员戴好安全帽，调运渣土时必须采取防掉落措施，防止坠物伤人。

7)桩孔周边设置临时防护栏杆，由专人监护，孔边高出周围地面20 cm～30 cm左右，防止周边物体坠落或雨、污水流入。

8)施工开挖出的岩体或渣土及时运出并远离孔口，且堆土高度不得超过1 m。严禁将挖出的渣土在孔边堆高，造成严重的安全隐患。孔深挖至超过10 m时，在孔内装设半圆防护板，用吊桶出渣时，孔内作业人员应躲避于防护板下，防止渣土坠落伤人。并随着孔深增加而逐渐下移。

9)调运作业人员的设备必须安全可靠，且配有断绳保护装置。另外孔内应设置临时软爬梯，供临时应急使用。

10)根据开挖深度适时配置通风设施，施工作业人员有呼吸不适时，应立即采取通风或换班作业等措施，防止发生意外事故。

11)用电设备由专业电工负责，孔内施工机具设备(除水磨钻外)不建议选择电动设备，抽水时尽量用深水泵代替潜水泵抽水，孔内破碎大块岩石用风镐。

12)塌孔的预防措施：工程地理条件特殊，存在地下水，为防止开挖过程中出现塌孔，施工中必须随时对孔壁及周围进行观察，发现异常立即停止作业，并根据具体情况采取措施。

13)防止孔壁涌水措施：当开挖至水层时，要根据出水量采取抽水或排水措施。孔内必须配置应急软爬梯、吊笼等安全可靠的设施以及防坠落装置，一旦出现危险，孔内作业人员要迅速撤离。上、下孔洞必须有可靠的联络设备和明确的联络信号。

8 所取得的效果

1)效益分析：采用水钻入岩，单根单价约为450元/根，若采用爆破方法，单根单价约为600元/根(包括爆破手续费、爆破费、材料费)，且工期可缩短为原计划的1/3，具有明显的经济效益。

2)社会效益：采用水钻入岩方法施工，施工操作方便，施工中无噪声，无泥浆排出，对周围环境及建筑物影响小，安全可靠，且避免了因采取爆破作业而带来的一系列安全问题和对周围环境造成的影响，具有很好的社会效益。

3)环保效益：采用水钻法施工效率高，对孔壁四周的围岩扰动小，施工噪声较小，施工废水可循环利用。减小采用爆破对环境造成的影响。

9 结语

该项目桩基设计为人工挖孔灌注桩，设计桩径均在0.8 m～1.1 m之间，施工操作空间狭窄，桩长14 m～16 m，桩数130根，桩间土层有飘石层，且桩底设计要求入岩500 mm，桩头外扩100 mm，施工难度较大。该工程处城市中心区，施工场地狭窄、环境复杂，禁止使用爆破法施工。采用该改进的施工方法后不仅有效降低了桩基施工成本，缩短了施工工期，保证了施工质量，提高了单桩承载力。而且施工无噪声，对周围环境及建筑物影响小，有效避免了因采用爆破对社会造成的不良影响，取得了很好的经济和社会效益。该工程桩基均一次性验收合格，得到建设、监理单位的一致好评。

On construction methods for water drilling embedding rock of hardened stratum of manual hole digging pile

Zhang Junsheng

(ShanxiSijianGroupCo.,Ltd,Taiyuan030024,China)

The paper analyzes the hardened stratum in the excavation process of the manual hole digging pile, selects the proper water drilling type by many tests and comparison, reconstructs the water drilling, and adjusts its construction craft with the pneumatic pick, so as to make it adapt to the breaking of stratum with the aims of being safety and ensuring its quality and progress.

manual hole digging pile, hardened stratum, water drilling

2015-03-08

张俊生(1973- )，男，工程师

1009-6825(2015)14-0073-02

TU473.14

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