临近既有结构的基桩施工措施分析

周　澍， 郭　攀

(1.湖南省永吉高速公路建设开发有限公司， 湖南 吉首　416000；　2.郑州大学 土木工程学院， 河南 郑州　450001)



临近既有结构的基桩施工措施分析

周澍1， 郭攀2

(1.湖南省永吉高速公路建设开发有限公司， 湖南 吉首416000；2.郑州大学 土木工程学院， 河南 郑州450001)

摘要：临近既有结构的基桩施工时，必须保证既有结构的安全，故其施工措施需要特别重视。以永吉高速公路临近既有运营高速公路的桩基础施工为例，对临近既有桥梁的基桩施工措施进行分析。通过方案比选，对水磨钻法施工技术措施进行研究、总结。实践表明，该施工措施不仅确保了既有桥梁基桩的安全，而且加快了施工进度，达到了预期的效果，可为类似工程提供经验借鉴。

关键词：既有结构； 桥梁桩基； 措施分析； 水磨钻法

1工程概况

永吉高速石家寨互通加宽桥位于湖南省吉首市寨阳乡境内，其中石家寨左线1#加宽桥与既有石家寨高架桥相接；上部结构采用预应力后张法砼4×40 m的T梁，先简支后桥面连续。桥跨处于变宽段，净宽变化范围为3.9～9.3 m，全桥平面位于R=800 m的圆曲线上。1#墩为D 1.8 m独柱墩，与既有桥梁墩柱净距2.86 m，圆柱高3.57 m。2#墩为D 1.8 m+D 2.0 m独柱墩，与既有桥梁墩柱净距3.49 m，圆柱高27.05 m。3#墩和4#墩均为双柱墩，承台配桩基，墩柱直径为D 1.8 m+D 2.0 m+D 2.2 m，与既有桥梁墩柱净距2.0 m。基桩均为嵌岩桩。桥位示意如图1所示。

图1　新建桩基础地貌、位置图示意图

2施工方案的选择

根据上述的工程概况可知，永吉高速桩基施工主要存在以下两个特点与难点：

1) 新建桥梁桩基位于陡峭山坡和原高速公路弃渣场上，施工现场受地形限制，大型设备无法运至墩位，无法布设泥浆池等设施。

2) 新建桥梁桩基紧邻既有线路，桩基施工过程中不能有较大振动而影响既有桥梁结构。

目前，常见的桩基成孔方法有冲击钻成孔、旋转钻成孔、爆破成孔、静态爆破成孔、人工风镐开挖成孔等。其中冲击钻、旋转钻成孔方法因需大型设备，爆破成孔振动大，影响既有桥梁结构安全，静态爆破施工成本高，人工风镐开挖成孔虽然从工艺上满足要求，但由于效率低、施工环境恶劣也不适宜，而水磨钻成孔进度较快，产生扰动小等优点，避免了爆破施工，减少了安全隐患，最适宜紧邻既有运营高速公路桩基施工。

3水磨钻施工技术

水磨钻施工原理：采用钻孔取芯机在桩孔周边开挖线钻孔取芯，使桩孔圆周形成空心槽，再以劈裂机劈裂中部岩体，以水平冲击力使岩石沿劈裂面拉裂，底部发生水平剪切破裂，以电动卷扬机出渣。过程中必须保证钻头处于冷却水中．同时冷却水流保有一定压力对钻头直接进行冲洗，使之不淤钻、卡钻，因此该工艺俗称“水钻法”。

3.1施工设备

1) 取芯机：HZ15-A型，钻孔直径160 mm，最大钻孔深600 mm，功率为2.5 kW。水磨钻主要有水磨钻机、水磨钻筒和专用水泵三部分组成。如图2所示。一般一个水磨钻机配备2～3水磨钻筒，一个水磨钻筒上有8个刀头。水磨钻筒外径为16 cm，内径为14 cm，壁厚度为1.2 cm，高度为62 cm，一个循环可钻60 cm。专用水泵外径为12 cm，高度为40 cm，非常适用于桩基孔底入岩施工，水磨钻构造图见图2。

2) 水泵：Q(D)X1.5-25-0.55 J，流量1.5 m3/h，扬程25 m，功率0.5 kW。

3) 卷扬机：Y132S-4，钢丝绳额定拉力10 kN，功率5.5 kW。

4) 通风机：功率1 500 W。

图2　水磨钻结构构造

3.2施工方法

水磨钻进行桩基施工，其钢筋、混凝土等施工工艺与传统施工工艺相同，此处不再赘述，本文着重介绍成孔工艺，如图3所示。

图3　水磨钻施工工艺流程

1) 粗放紧邻既有线墩台位置点及原地面高程，根据位置点规划施工道路、平整紧邻既有线的墩台施工场地，施工场地平面高程以设计桩顶标高为准。

2) 精准测量放样，全站仪放出紧邻既有线桩基础的中心点并用水泥钉和红油漆标记，为保证下挖桩基础的垂直度，需根据中心点外引护桩。

3) 根据放样点开挖紧邻既有线桩基，用常规施工桩基础土层及松软石层，初始进入风化岩层再将钻机就位，固定钻机位置，保证套筒向孔桩侧壁外倾一定角度，为了在下循环施工可以保证钻机就位后套筒起钻点能置于设计孔桩边线面不致造成缩孔，此措施将使桩孔呈节段倒合体，保证成孔截面尺寸。

4) 水磨钻取芯，调整水磨钻设备，使设备倾斜角度不小于15°，采用直径为160 mm的混凝土取芯机沿桩基设计桩径圆周取出高约为50 cm的圆柱体岩芯，形成一个圆周临空面，再采用钻芯机在剩余的岩石层钻孔，然后沿易劈面岩石层按间距50 cm布置孔间距，孔深为60 cm，沿难劈面岩石层按间距30 cm布置孔间距，孔深为40 cm。然后用液压劈裂机劈裂中部岩体，以水平冲击力使岩石沿锤面拉裂，底部发生水平剪切破裂。钻孔取芯及成孔图见图4。布孔需保证孔距、孔深钻凿排孔平行，其能避免造成劈裂面凹凸不平，保证岩石层在液压劈裂机的劈裂下迅速开裂。

图4　钻孔取芯成孔图

5) 劈裂岩石成小型块状装桶采用电动卷扬机出渣，桶内装渣高度宜比桶低10 cm。

6) 紧邻既有线的水磨钻桩基护壁的施工时，在既有线桩基础底部上8.3 m和低于既有桩基础底标高区域均需浇筑厚度50 cm的加厚护壁并同时在护壁内按间距15 cm布置Φ12 mm和Φ16 mm的钢筋，每节护壁钢筋需伸入下节护壁内5 cm，其他节段只需按常规挖孔施工护壁。加厚护壁有效保证了既有运营桥梁安全和孔内施工的安全，并解决了受地势高差不均而产生的巨大侧压力对既有和新建桩基的质量问题。

7) 水磨钻施工桩基时需每施工一节段测试一次孔内水位变化情况并检查水磨钻机底端的刀头磨损情况。对于水位变化较大时需分析原因并进行抽水再进行下挖；对于刀头磨损较大需立即更换刀头并保证8个刀头底部齐整。

8) 桩基础水磨钻施工一般2根桩基配置1台水磨钻机，3个水磨钻筒、1台劈裂机、2台电动卷扬机、渣桶以及2个水磨钻钻机操作工、2个卷扬机起重工。

3.3水磨钻施工控制要点

1) 施工前要认真分析挖孔桩处地质钻探资料，查明桩基础地层岩性、地质构造、基岩风化层厚度、破碎程度、软弱夹层情况和地下水的状态，对施工中常遇到的问题应采取相应的解决办法，并针对可能出现的问题编制可行的应急处理措施。

2) 在施工过程中一般会遇到裂隙发育、具有一定渗水的地层，要首先制定防渗措施，然后再进行具体操作。若施工过程中遇到裂隙轻微、渗水量小的地层应在已成形的孔壁上，以充填、渗透和挤密的形式把灌浆材料充填到缝隙中，压力灌浆材料可选择粉煤灰、早强型水泥混凝土、石灰粘土混合料等；若在施工过程中遇到裂隙发育、渗水量大的地层，应先扩孔后再立钢模板，然后再浇筑孔壁混凝土。当相邻桩孔在浇灌混凝土时，未成孔的桩基础要停止掘进，确保施工质量和施工安全。

3) 在水磨钻钻进时需连续不间断地关注水磨钻施工进度及扩孔系数的合理匹配。在施工目标保持不变，且具备同样的水磨钻设备及施工条件的情况下，减少钻机的工作总量，可以加快施工进度，但不一定就能减小扩孔系数，所以掌握好两者间的合理匹配显得尤为关键；为了保证孔位位置准确，每下挖500 mm进行桩孔周壁的清理，校核桩孔的直径和垂直度。

4施工成果及对比分析

紧邻既有运营高速公路桥梁桩基(圆孔桩基)开挖施工工艺在经过组织专家论证后开始引入水磨钻施工技术。项目部顺利完成了紧邻既有运营高速公路桥梁桩基础水磨钻的施工。在施工过程中未出现塌孔，无安全事故，有效的保证了在建紧邻既有运营高速公路桥梁桩基础的施工安全和既有高速公路的运营安全，收到了预期的效果。

通过现场施工控制，水磨钻挖孔技术与常规挖孔技术具有以下几个方面的可对比性(见表1)。

表1 弱风化灰岩下水磨钻挖孔技术与常规挖孔技术对比分析表序号对比项目施工技术种类水磨钻技术常规不爆破挖孔技术备注1进度0.30m/d0.1m/d常规爆破挖孔技术0.6m/d2投入挖孔设备水磨钻+劈裂机风镐+空压机3扩孔系数1.20,成孔规则平均1.35,成孔不规则4周围环境限制无限制受临近既有线公路或居民区限制常规爆破挖孔有飞石出现5噪音微小较大6震动微弱较大7其他孔壁渗水量较小不受材料限制孔壁渗水量较大受材料限制

1) 两种施工技术在总体施工进度上相差较大，常规挖孔施工附带的问题较多，比如在施工过程中造成的震动和噪音，这是临近既有线施工所不允许的。

2) 水磨钻施工成孔质量易于控制，不存在欠挖现象，但由于沿护壁弧线方向施工，为确保施工效率，作业时需进行超挖，超挖部分需在浇筑节段混凝土护壁，相对常规挖孔技术水磨钻施工技术能有效控制超灌混凝土量。

3) 桥址两边有既有运营公路桥梁，常规挖孔、冲击钻、旋挖钻施工均会产生较大噪音和震动，对环境、既有运营公路及附近居民会产生非常大的影响。采用水磨钻挖孔施工技术后，确保了既有运营公路运营安全，且保证了紧邻既有线桥梁桩基础施工的顺利完成。同时，由于不存在爆破安全隐患，施工安全性提高了。

5水磨钻施工技术的优越性

从实施效果中可以看出，水磨钻施工技术具有如下优越性：

1) 低噪音，扰动小。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，而其响声有限，对附近居民的生活不会构成太大影响。

2) 不破坏岩体，增加了安全保证。水磨钻施工技术基本上不会对岩体造成扰动、破坏，增加了安全保证。

3) 施工进度较快，不受材料供应及环境的影响。水磨钻施工无需使用任何材料，且不受天气及周围环境影响，确保了施工进度。

4) 成孔质量好，扩孔系数可控。水磨钻施工成孔规则，超挖欠挖控制良好，所以可大大降低混凝土的超灌几率，减小了损失。

6结束语

从永吉高速石家寨互通左线1#加宽桥基桩施工措施来看，水磨钻孔桩具有机具设备简单，施工操作方便，占用场地小，无泥浆排出，施工质量可靠，可全面展开施工，缩短工期，造价低，与其他成孔方式相比，避免了爆破施工，特别适用于临近既有线的桩基施工，可以安全、优质、高效、环保地完成施工任务，对受既有结构限制的山区高速公路施工具有一定的借鉴意义。

参考文献：

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中图分类号：U 445.55

文献标识码：A

文章编号：1008-844X(2016)01-0109-04