论某公路大桥桩基础施工水磨钻技术

2022-07-07卢刚旭

交通科技与管理 2022年13期

卢刚旭

摘要桩基施工在各类工程项目中广泛运用，如高层建筑、公路桥梁等项目。桩基成孔方式有机械成孔和人工成孔，但有一些特殊地段，没有条件架设钻孔设备，或桩基附近为居民聚集地，更不适用爆破成孔，只能采取人工成孔。为解决人工成孔效率低下的问题，文章提出采用水磨钻施工技术。基于此文章论述了水磨钻施工的工艺原理，总结了具体的工艺流程，并提出了质量控制的一些具体措施，旨在为同行提供借鉴。

关键词公路大桥;桩基施工;水磨钻技术;技术要点

中图分类号 TU753.3 文獻标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）13-0090-03

0 引言

某公路大桥横跨山间洼地，位于丘陵及河谷地带，地形蜿蜒起伏，大部分桥桩位于山坡上，山坡坡度超过45°，无条件架设钻孔设备。该公路大桥区位地层由内源沉积岩和覆盖层组成，桥桩附近为居民聚集地，不宜采用爆破施工或机械冲击成孔[1]。结合该项目的地形地貌，并考虑施工区域邻近居民区和公路，因此施工过程中采用人工挖孔的方法，同时配合水磨钻技术。

1 水磨钻法施工的优势

目前大部分工程项目普遍使用冲击钻、旋挖桩、人工爆破等方法进行桩基成孔。施工阶段主要存在的问题包括：

（1）工程项目现场条件不符合，施工成本较高。

（2）作业过程中产生过大的噪声和振动，对周边环境产生不利影响。

（3）因火工品短缺或天气原因而延误工期。

（4）因作业不安全而产生损失等。

水磨钻法施工最显著的优势是成本。当前油料价格、原材料成本上涨，加之政府对火工品的管控愈加严格，需要诸多繁琐的审批程序，使水磨钻技术的优势更加凸显。除了成本优势之外，工期优势是水磨钻法施工的另一大优势。此法很少扰动地层，且无须爆破，可在同一区域内多点作业，全天候循环[2]。由于此法施工难度不高，利于更好地优化成本与工期。在项目施工过程中采用的机械设备较小，不会破坏相邻结构，对周边环境影响不大。

2 水磨施工工艺

2.1 施工工艺流程（见图1）

2.2 定位及平台

桩基定位是一项关键的基础性技术，也是挖孔桩的初始工序[3]。

（1）严格控制桩基定位过程。基于设计图纸精准计算坐标，应用全站仪进行桩基定位。采用“换手测量”的方法进行放样测量，即为了确保测量结果的精准度，确保初始测量偏差控制在一定范围内，应在测量过程中互换前后视。

（2）完成桩基定位工序后，施工作业平台。施工作业平台除了满足施工操作空间，还能够保护井口、挡水、排水及承受施工荷载。桩基作业平台的质量对后续施工顺利进行作用重大，须严格控制作业平台的质量，确保满足安全作业需求。用C15混凝土浇筑平台基面，整个平台呈正方形布局，面积为2.5 m×2.5 m，四周浇筑10 cm厚的C15混凝土进行周边地面的硬化，为有效引排地表水，硬化地面需保持一定的流水坡度。

（3）桩基位置周边须浇筑混凝土锁口，锁口直径为2.2 m，比桩体大20 cm，钢筋混凝土厚40 cm（Ф10@150钢筋网），锁口顶比施工平台高20 cm，起到挡水作用，也能防止杂物坠落，有利于作业安全。

（4）完成施工作业平台工序后，在正式开挖孔桩之前，基于桩位放样点布置护桩，护桩布置成十字形，即垂直从桩位中心处引出4个护桩，埋设在锁口中心位置，用混凝土浇筑埋好的护桩，形成保护层，以免破损。在作业过程中，必须复核护桩的桩基中心及高程，及时纠偏调整，确保护桩不偏离桩心，且具有准确基准高程。

2.3 排水施工措施

为了确保作业安全，必须制定科学的排水方案，及时引排地表水。该大桥邻近铁路沿线，桩基施工中很少有地下水，因此须着重引排地表水。无须在桩基孔内设集水井，但在施工现场需配置抽水机，一旦地下水渗入桩基孔内，能在第一时间进行抽排[4]。

2.4 提升支架及其他设施

孔口操作平台施作完工并验收合格，需在平台上搭设提升结构，包括定型井架、双排防雨支架、防坠器、卷扬机等部件，形成整套挖孔桩提升系统。为防止桩孔口有雨水渗入，可加设彩钢瓦大型防水棚，确保雨天也能正常施工。为保证桩基孔内人员操作安全，通风设施、照明设备、防毒装备等应配备齐全。

挖孔桩提升系统工作流程：桩基底人工出渣→弃渣入桶→电动卷扬机将吊桶输送到地面→弃渣倒入手推车→转运至存渣场集中堆放→弃土场填埋、加强环保绿化。

2.5 井口及护壁

桩孔开挖过程的支护方案为钢筋混凝土护壁，护壁混凝土厚度上、下分别为20 cm、15 cm，节高为90 cm，护壁混凝土强度与桩基桩身混凝土同级。

护壁浇筑模板用钢模板拼装形成，护壁模板可实现循环利用。护壁采用人工浇筑混凝土，用铁扦插捣护壁浇筑边，使混凝土更为密实，自上而下形成圆形支撑。混凝土拆模条件应根据具体气候，时间至少超过24 h，混凝土强度需达到70%及以上。

2.6 强风化岩和土层挖孔方案要点

桩基施工方案为人工挖孔，从上至下逐层开挖，先开挖中间部位，再延伸向周边，孔径以+5 cm左右为宜;开挖至岩层后，使用传统工具无法继续开挖，该项目引入水磨钻技术施工：

（1）雨季开挖桩基时，为确保雨天不影响施工进度，应根据施工现场的具体条件，在桩基洞口搭设防雨棚，用钢管支架搭设，确保在雨天作业时，雨水不会渗入桩基中。

（2）桩基开挖至岩层，开始采用水磨钻技术施工，采用这一施工技术应分节推进，节深0.6 m，通常使用风镐、水磨钻、装渣桶等工具施工。

（3）如遇桩基内积水、渗水，对正常桩基作业产生影响，必须先抽出孔内积水，用水泵抽取;为确保桩基底空气流通，应向孔内输送新鲜空气，采用专用鼓风机自孔底向上吹，实现孔内与地面之间的空气对流。

（4）在岩层不稳定的条件下开挖桩基，应采取护壁支护方法，用混凝土浇筑护壁;混凝土厚度及钢筋设置严格遵照项目施工图纸的要求，同时应考虑水磨钻施作范围会扩大的情况，对桩径进行对应调整，同步采用加厚护壁的方案进行控制[5]。

2.7 坚石、次坚石水磨钻机施工要点

（1）构成开挖岩体临空面：钻孔点布置、内径孔壁基线设计均应遵照设计尺寸布置开挖面，以170 mm直径的钻头进行钻取，钻岩大致0.6 m深，以15°倾角向孔壁往外钻，使桩基岩石钻取后，构成一个临空面。

（2）桩基岩体开挖：将桩基岩体划分为3等份，依托平均划分的基准线，配合水磨钻技术钻取岩芯，构成3个单独的岩体;桩基中端位置的岩体用风镐继续打孔，最后形成6等份。

（3）将钢楔插入至风镐孔，并进行锤击，使岩体裂开：将钢楔打进风镐钻孔之中，并用大锤进行捶打，受冲击力、挤压力持续作用，岩体底部会剪切破裂，从而分解、裂开。

（4）弃渣装入吊桶内，出渣采用电动垂直提升系统，水磨钻施作后的弃渣需依次出渣，从桩孔一侧到另一侧，由电动垂直提升系统实现循环出渣。

（5）调整桩基孔壁及下次循环作业前的准备工作：水磨钻钻取工序施作后，桩基孔壁内部会产生锯齿状形态。以免影响桩径空间，应对周边偏位、错位情况进行准确判断，将桩径内多余的岩体清除;对桩基底部偏位进行监控，并及时调整，完成此步骤后，循环下次作业;水磨钻技术施工效果详见图2。

2.8 成孔质量控制指标

水磨钻法成孔控制指标见表1。

3 水磨钻法施工的安全控制

水磨钻法施工中应注意下列安全事项：防孔内坍塌、防高处坠落物伤人、防机械及触电伤害等。

3.1 安全施工保障措施

首先，加强项目管理人员安全意识，提升安全管理水平，实现齐抓共管安全的工作局面;其次，加强安全教育，结合各施工工序、工种的不同开展安全教育，提升安全教育的针对性、实效性，凸显安全教育效果;第三，相关安全管理人员项目安全风险源辨识不足，导致风险源动态管理不佳。应强化提升项目管理人员的安全理念，树立安全效益的思想，根据项目生产活动实际，动态管理风险源;最后，结合工程项目施工特点，制定完善的安全管理制度，确保生产施工中按章操作，有效规避各项风险。

3.2 作业前控制重点

（1）在施工作业前，要做好现场的安全保护工作，做到文明作业，作业过程严格遵循项目标准，作业人员须持证上岗，做好新员工的培训、考核工作[6]。

（2）进入施工现场时，需正确佩戴安全帽，井外作业人员应在护栏上系好安全带，入井作业人员应在井口牢固处系好安全带，并做好绝缘防护处理。

（3）施工前应先落实各项机械设备的性能状态检查，做好日常保养及维护。

（4）专业电工负责项目现场的所有用电设施，配电箱应装设防水装置并配有门锁。在施工前须认真核查全部电缆线，电缆架空应超过2 m，确保机械、电闸、漏电装置、保险设备等全部安全后才可用电。

（5）提前检测钢丝绳的安全性和牢固性，不得带病害施工;保证提升装置的稳定、牢固，配重应控制在200 kg以内。

（6）在孔口周边挂设安全网，并设置1.2 m防护栏;井口围护应比地面高出30 cm;用防护罩全面覆盖空压机。

（7）入井作业前，由专人检测桩基是否稳定，排除安全隐患，确保护壁无裂缝后开始作业。

（8）将软梯悬挂在孔口位置，供应急使用。

3.3 作业过程中控制重点

（1）作业过程中如遇卡钻，切忌强行启动，须立即切断电源查因。

（2）开孔超过10 m后，须配置通风设备，确保施工安全。