桥梁桩基水磨钻施工技术研究与应用

余庆

摘要：在桥梁桩基石质基岩工程施工中，为降低施工难度、节约施工成本，采用桥梁桩基水磨钻开挖施工方法成功解决了施工进度慢、施工成本高等问题，文章首先阐述了桥梁桩基水磨钻施工技术的主要特点，基于其工艺原理，对其施工方法进行了具体分析，并提出了质量控制措施，取得了较好的经济效益和社会效益。

关键词：桥梁桩基；水磨钻施工；取芯点

桥梁桩基水磨钻施工技术适用于地形变化较大、机械钻孔施工条件较难形成、施工区域居民及构造物较多、环保要求较高的桥梁桩基石方开挖工程的施工。

目前国家基础设施建设正处在高速发展阶段，通过复杂环境下的桥梁桩基施工的技术研究，积累经验，向类似工程推广应用，提高施工效率，节约施工成本。

1.主要特点

（1）相比较于爆破开挖、旋挖钻、冲击钻等常规施工方法，水磨钻开挖施工具有场地适应性高、对环境污染小（污水和泥浆）、噪音小等特点。（2）采用水磨钻施工振动小，能有效降低因爆破开挖和机械冲击成孔等对周边建筑物和结构物、桩基孔周边围岩的扰动及不同地质条件下爆破开挖控制、机械成孔对桩基桩径、倾斜度的影响，可提高桩基自身的围岩稳定及桩基底部及孔壁的成型质量。（3）采用水磨钻施工不受火工材料供应的制约，同时降低了火工材料管理的安全风险。（4）水磨钻施工降低了桩基石方开挖的成本、安全性好、成孔质量高、施工效率稳定。

2.工艺原理

桩基水磨钻施工工艺是采取水磨钻机沿桩基的圆周内沿钻取一定数量的孔，孔与孔相连，依次钻孔后将岩芯取出，使桩基中部岩体和桩壁分离开，在桩壁上形成一圈临空面，然后对桩基中部岩体通过电钻钻孔、人工锤击等方法进行分块分裂，形成若干小块岩石，利用卷扬机将岩块吊出孔外，再进入下一层桩基开挖。不断按照取芯、破裂、岩块出渣的工序循环，进而达到桩基开挖成孔。

3.施工方法

3.1工艺流程

当孔内岩层为强风化、中风化和坚硬致密的微风化岩层时，采用水磨钻施工，开挖桩孔要从上至下逐层进行。桥梁桩基水磨钻开挖施工工艺流程主要如下：测量放样→孔口防护→布置取芯点→水钻钻取柱状岩芯→分裂中部岩石→桩孔修正→出渣→成孔检查。

3.2布置取芯点

根据桩基直径，沿桩基圆周均匀布置取芯点，取芯半径为70mm，取芯圆与实际开挖轮廓相内切，取芯点布置见图1。

3.3水磨钻钻取柱状岩芯

（1）钻取外周岩芯：根据布置好的取芯位置，依次钻取外周的各个岩芯，单次取芯高度取50～60cm，将外周岩芯取完后桩体外围便形成一个环形临空面。（2）钻取桩体岩芯：将桩体等分成三等份，沿桩基半径方向钻取岩芯，单次取芯高度同样取50～60cm，形成沿半径方向的垂直临空面，以便于岩体破裂。

3.4桩基中部岩石分裂

（1）钻孔：沿桩基半径方向用手持式电钻在已三等分的桩体上钻眼，将桩体岩石进一步分成六等份。（2）岩石分裂：在沿桩基半径方向钻出的孔内打入钢楔，人工用大锤锤击钢楔使桩体铅钻孔面被拉裂，并使底部发生水平剪切破裂，达到分裂桩体的目的。依次将其余桩体岩石分裂，使桩基岩体全部破裂。

3.5桩孔修正

（1）开孔前应对桩孔中心点位进行放样，并在中心孔位周边纵横向施工不易扰动的地方埋设4个护桩，护桩要求插入地面并稳固，通过埋设的4个护桩点拉线形成的中心点，采用吊锤与孔位中心点进行校核。（2）在开孔和钻进过程中不断采用测量仪器和护桩校核孔位中心点。桩基孔径和垂直度，应符合设计与规范要求。（3）对不满足钻孔质量要求的孔进行纠偏。（4）采用桩孔钢筋直径加工约2m长的钢筋笼检孔器及时进行检孔。

3.6出渣与成孔检查

（1）桩孔内石渣采用电动卷扬机吊运出孔。根据桩孔的大小，用Φ48mm×3.0mm钢管在孔口搭设一个矩形垂直运输支架，扣件连接，搭设高度2～3m，运输支架的强度、刚度及稳定性需满足石块调运的需求，运输支架上安装定滑轮，卷扬机布置安装在运输支架底部，并与支架座可靠连接。（2）一次单循环施工作业中，将水磨钻钻出的岩芯进行依次出渣。在桩基孔口设置可水平打开的安全盖板，待吊运出渣时，打开安全盖板。其余时段掩好安全盖板，防止杂物掉下。（3）当渣样过大时，用风镐和大锤破碎后再出渣，严禁直接将大尺寸的岩块直接用钢丝绳捆绑吊运。

（4）将桩孔挖至设计标高，依次检查桩孔直径、孔深、平面位置、垂直度，取芯檢测基底承载力，符合设计与规范要求后再进行下一道工序。

4.质量控制措施

（1）测量检查加密控制桩点，采用全站仪按设计桩位坐标进行放样，根据设计的桩基中心点确定桩孔边线，以桩基中心点为圆心，桩基半径r和护壁厚度δ之和作为半径，确定桩孔边线圆周。（2）为确保桩基直径满足设计要求，同时消除施工中存在的误差和孔壁局部存在的残余岩石对桩径造成的偏差，桩基的钻孔孔径应超出设计要求的桩径10cm。（3）孔口周边应设置护圈，护圈高于地面≥30cm，以拦截地面汇水，并避免地表上的石块、杂物落入桩孔。（4）孔口周围100cm范围设置防护栏，防护栏可采用架管搭设，高度≥120cm，在孔口部位设置安全网，安全网预留通行口以供人员上下和渣土运送。（5）在桩基开挖施工中，桩孔中心位置偏差≤50mm，开孔前设置高于原地面≥300mm的护圈，开孔钻进过程中跟踪测量孔斜并及时校正，钻孔倾角<0.5%，孔径≥设计孔径，支承桩成孔孔深超设计深度≥50mm。

（6）采用测量仪器进行桩基孔位中心点及开孔高程的放样定位，保障桩基中心点位的准确性。

（7）桩基采用水磨钻施工，在桩孔周边选取不易扰动的地方埋设4个护桩，通过4个护桩拉线交叉的中心与桩基设计中心点位进行校核，开孔阶段需加强校核频率，保障桩基成孔中心点位、孔径及倾斜度满足设计规范要求。（8）桩基采用水磨钻施工时，要定期复核桩孔直径及垂直度，从孔口中心处吊线锤的方法，检查桩基中心位置偏差是否符合设计及规范要求，垂直度的偏差应≤0.5%。（9）桩基施工，按照测量量测的开孔高程及设计桩底高程控制开挖孔深，采用测绳等进行检测。（10）施工过程中根据桩孔的实际地质情况与设计勘探孔地质情况描述进行核对，保障桩孔基满足设计和规范要求。（11）桩基开挖完成后，对桩孔基底松散岩土进行清除，需满足设计及规范要求。

5.结束语

综上所述，采用水磨钻进行桩基开挖施工，在施工区域居民较多、环保要求较高的要求下，可有效降低机械钻孔噪音、泥浆污染及爆破开挖对施工区域周边建筑物、桩基孔周边岩层的扰动，降低了因爆破开挖及机械冲击成孔对桩基周边的围岩扰动及不同地质条件下爆破开挖控制、机械成孔对桩基桩径、倾斜度的影响，大大提高了桩基围岩的稳定性和桩基底部及孔壁的成型质量。

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