中微风化岩天然基础的水磨钻施工方法

2021-01-08陈立煌韩伟伟易镇城林孔炜张业强

工程技术研究 2020年23期

陈立煌，韩伟伟，易镇城，林孔炜，张业强

（中建四局建设发展有限公司，福建厦门 361006）

1 工程概况

安溪恒大御景项目位于福建省泉州市安溪县，总建筑面积为20.98万m2，占地面积14.7万m2。该项目为山地建筑，具有地势高差大（98m）、地质多变且复杂的特点。在巨大的高差下，小区内道路设计有高架桥，基础为桩基础，高度约24m（见图1）。

水磨钻施工工艺主要应用于观光电梯基础的承台开挖。观光电梯位于高架桥西侧，幼儿园北侧（高架桥与幼儿园已建设完成），基础设计为4个独立基础+1个集水坑。独立基础尺寸为1900mm×1900mm×800mm（长×宽×高），集水坑为1200×1200×1800mm（长×宽×高），根据现有场地标高，基础还需下挖800mm，集水坑需下挖1600mm。

图1 现场位置示意

2 施工难点

因高架桥桩基距离观光电梯仅有不到3.6m的距离，距离幼儿园约10m，采用爆破或静爆方式开挖会产生震动，将对周围建筑物产生不利影响。且根据现场已开挖的地质情况，该区域揭露的地质为完整的中微风化岩面，坚硬程度高，机械不易破碎。

3 方案比选

由于该区域为完整的中风化岩层，又临近已建的高架桥和幼儿园，出于安全考虑，不采用爆破和静爆的开挖方式。经过考虑，拟定三个开挖方案进行比选。

方案一：冲击钻方案。该方案是使用冲击的方法将岩层进行破碎，设备单一，操作简单、方便，尤其适用于破碎的岩石。该方案的缺点为施工过程中产生的噪声、粉尘、震动大，对周围建筑物及周围环境均会产生不利影响。

方案二：人工空压机线割。该方案是由人工沿着观光电梯基础承台和集水坑垂直向使用空压机凿掉坚硬的岩体，该方案具有以下特点：开凿施工进度慢，岩石坚硬程度越高越不易下凿；开凿施工空间小、噪声大，产生的粉尘多，对周围环境会产生不利影响；相对单价高，花费大。

方案三：水磨钻施工方法。该方案是钻孔取芯，是将承台、集水坑周围掏出槽沟，再用楔取中间岩芯的方法。该方法具有以下特点：水磨钻机械设备都较为简单、轻巧，施工过程中，操作简单、方便，所需的作业面小，可以全面展开施工；水磨钻施工方法对周围建筑物几乎不会产生影响，较为安全，且对地质条件适应性好、稳定性高，尤其对于完整性较好的岩层开挖速度快，制约点就是在破碎的岩层施工进度会相对慢一些。

对比上述三个开挖方案可得出：方案一因会对周围产生不利影响而不适用；方案二因施工进度慢、花费高而被淘汰；方案三水磨钻施工的特点刚好能适应观光电梯基础的地质条件和特点，不仅可以最大程度降低对周围建筑物的影响，而且可以克服完整岩面无临空面而无法打凿下去的难点。

4 水磨钻施工方法

观光电梯中微风化岩天然基础水磨钻施工方法具体步骤见图2。

图2 施工流程示意图

步骤一：将承台中心点、四周边线放出，然后采用人工或机械清除承台的浮土、碎石和杂物，直至露出完整的岩面，然后由测量人员再次放出承台中心点和四周边线，并在四周用水泥砖砌筑200～300mm高，砖面保持统一标高。

步骤二：将承台进行四等分。由于承台较大，因此需四等分才能将中间的岩芯撬出。承台的设计尺寸为1.9m×1.9m，但由于水磨钻开挖后形状为锯齿状，故将承台扩大至2m×2m以保证承台净宽，然后进行四等分，每块为1m×1m。

步骤三：搭设井架。在四周的砖胎膜上进行井架搭设，井架采用48.3mm×3.6mm钢管和50mm×50mm×3mm方钢管搭设，井架上部满铺模板，防止上部有物体坠落，保证工人作业的安全。井架两端用石头压住，一是增加架体的自重，保证井架的稳定性；二是架体的自重可用来平衡水磨钻向下取芯钻孔过程中产生的向上的反作用力。

步骤四：布置取芯点。根据承台的尺寸和钻筒（直径为160mm）的尺寸布置取芯点，四周边缘共布置60个取芯点，沿着等分的中线共布置27个取芯点（见图3）。

图3 沿承台边线及中线取芯分成四等份

步骤五：架设水磨钻设备。使水磨钻最顶端的部位顶紧方钢管，底部的钢板顶紧岩石面，然后取芯。一次取芯的高度约800mm，刚好能够满足设计的独立承台深度，不用进行二次向下开挖。集水坑深度为1600mm，刚好与两次取芯高度相同。800mm高的圆柱状岩石需分两次撬除，在钻孔至400mm深后，在芯体最底部用风镐钻孔，插入钢楔，用锤子锤击钢楔，直至取芯筒内的岩石碎裂，然后再继续往下开挖至800mm深，重复上一次撬除的步骤后，取芯筒上升，将圆柱状岩芯取出（见图4）。

图4 现场取芯取出的岩样

步骤六：在承台沿着布置好的取芯点将岩芯取完后，取芯圆柱与外周形成一个环状的临空面，采用风镐在临空面最底部钻孔，插入钢楔子，用锤子或撬棍配合敲击，使钢楔对岩芯的挤压力大于岩芯自身的极限抗拉力和极限抗剪切力之和，岩芯即被撬除。若岩石较大，无法一次性撬除，可在岩石的中间均匀钻取多个孔眼，再重复撬除，分块取出（见图5）。

步骤七：承台修正。水磨钻取芯完成后，承台四周侧壁为锯齿状，为保证后续防水工序的施工，采用风镐对侧壁的锯齿状进行修正，并将承台底岩石碎渣及水磨钻施工产生的承台底水清理干净，保证防水的施工质量。

图5 将等份的岩石分别撬除

5 施工中的安全注意事项

水磨钻施工过程中需注意以下安全事项：（1）施工人员进入施工现场前，必须参加施工安全、消防知识的教育和考核，考核不合格的职工禁止进入施工现场参加施工。（2）施工作业时必须正确穿戴个人防护用品，进入施工现场必须戴安全帽；不许私自用火，严禁酒后操作。（3）水磨钻施工过程中需要持续不断地供水，施工中尤其要注意用电安全，应装设漏电保护器，电线严禁拖地，设备外壳进行有效接地，避免漏电。（4）未经安全教育培训合格不得上岗，非操作者严禁进入危险区域；特种作业必须持特种作业资格证上岗。（5）严格执行操作规程，不得违章指挥和违章作业，对于违章作业的指令施工人员有权拒绝并有责任制止他人违章作业。

6 产生的效益

观光电梯天然基础开挖采用水磨钻施工方法，经综合分析产生了如下效益：（1）克服了因临近周围已建建筑物而无法采用爆破或静爆的技术难点，对项目的推进有益。（2）从经济角度分析，采用水磨钻开挖时因其为单个承台开挖，非整体开挖，开挖完成后为规则的承台形状，稍作修整后即可施工防水，绑扎钢筋，省去了砖胎膜的费用，且水磨钻开挖能有效地控制承台开挖范围，避免因超挖产生二次换填的费用。（3）从工期上分析，采用水磨钻开挖，工期只需2d；而采用机械开挖，因完整岩面无临空面，需进行不断的钻孔凿出临空面，进度慢、效率低，整体工期需7d。因此，采用水磨钻可大幅度节省工期。