桩基础施工水磨钻法的运用分析

摘要:在公路桥梁、高层建筑等工程建设中桩基础运用十分广泛，桥梁桩基施工在工程建设中既要满足施工条件又要保证施工进度和质量。桩基成孔的方法很多，但有些桩基所处的地形位置无法架设高效的钻孔设备或者附近居住人口密集，也无法用爆破方式。因此本文将分析桩基础施工水磨钻法，通过生产实践运用水磨钻法，能够避免或解决上述问题，提高桩基质量，降低工程施工中的成本，保障工程进度和安全。 关键词:质量；进度；效益；桩基；水磨钻 0引言

某高速大桥大部分的桥桩位于自然坡度大于45°的山坡上，钻孔设备无法架设施工。桥位地处丘陵及河谷地貌，从山间洼地处通过，地形起伏大；桥位区地层由第四系覆盖层和硅质灰岩组成；附近居住人口密集，用爆破方式进行施工的危险系数较大，考虑施工工点紧邻既有公路及房屋、人员、车流量较大，结合实际地层、地下水情况，所以选择人工挖孔、水磨钻配合施工。 1水磨钻法施工的优势

现工程中一般采用的桩基成孔施工方法有:人工挖孔、冲击钻、旋挖桩等，但在采用这些施工方法施工后，经常出现:施工现场场地的限制，采用高成本代价；扩孔、成孔不规则造成质量缺陷或返工；在施工作业过程中产生震动与噪音对周边造成不良影响；天气、火工品供应限制耽误工期；施工过程中安全性不够造成损失等。水磨钻法施工目前多见于铁路既有线或临近既有限条件下的桩基施工。但事实上，在城市市政工程和建筑工程中以及高速公路建设工程，水磨钻法施工同样具有广阔的应用前景和推广价值。水磨钻法施工桩基有其成本优势，随着油料、材料成本的上涨，政府对火工品的控制越来越严格及审批手续越来越繁琐，其成本优势将进一步显现。另水磨钻法有工期优势，由于水磨钻法对地层扰动低，可在同一区域布置更多的作业面，由于不需要爆破，施工可以24小时循环；由于水磨钻法施工难度低，易于组织施工，更适合大规模施工，对工期和成本能进一步优化。由于使用的机械设备小，对周边环影响地，对相邻结构物影响小，对施工通道受限、作业面小、人群密集程度高等紧邻既有桥梁、隧道、楼房等建筑物的工点，水磨钻法对工点有更好的适应性； 2水磨施工工艺 2.1施工工艺流见图1：

图1：水磨施工流程图

2.2井口及护壁

桩基开挖首先要根据设计图纸计算出准确座标，采用全站仪进行精准定位；井口施工作砼护壁时安放模板，必需用桩设计轴线进行控制，确保第一节护壁井圈中心线与设计值的偏差在20mm范围之内，且任意井圈直径的极差不得大于50mm；在地面安放模板，浇筑C20钢筋砼形成井圈，壁厚30cm。上口比周围地面高出20cm，以避免井口进水或杂物坠入井底伤害井下操作人员，坍孔和保证安全。桩孔设混凝土护壁，每节高90cm，护壁上口厚20cm，下口厚15cm,钢筋按设计图纸绑扎，护壁混凝土与桩基混凝土同标号。壁施工采取钢模板拼装而成，拆上节支下节，循环周转使用。模板用固定卡连接，混凝土用吊桶运输人工浇注，浇筑边用铁扦插捣致砼密实，上下设两道支撑成圆形。混凝土应根据气候条件在24h后且强度达到70%后方可拆模。

2.3强风化岩和土层挖孔方案要点

（1）本案例桩基采用人工挖孔的方案，人工开挖自上而下、先中间后周边、逐层推进，挖孔孔径周边线控制在+5cm范围之内，当遇到坚硬土层可采用锤、钎等工具分解破碎，弃土装入吊桶内，垂直运输，在孔上口安装机械式提升装置，用1.0t慢速卷扬机提升(施工前必须试吊，起吊能力达到要求才能进行提升作业，而且提升机开关不能用倒顺开关)，吊至地面上后，用手推车运到孔口1m外，在未影响桩孔施工之前及时对渣土用自卸车批量运出；

（2）当桩基开挖至岩层时，采用传统的工具已无法施工，本工程采用水磨钻施工方案；首先要搭设安装好牢固的竖井提升系统，提升系统由四个主要部件组成，钢管支架、电动卷扬机、滑轮组、吊桶；桩基采用水磨钻破裂出来的石方需装入吊桶，通过电动卷扬机带动滑轮组，将井内弃碴垂直运输至地面，然后集中废弃到弃料场；

（3）桩基开挖在雨季施工时，为了能保证雨天也能进行正常施工，必需在桩基洞口，根据施工操作场地的需要，采用钢管支架搭设防雨棚，以确保天雨时，雨水不会直接流至桩基内；

（4）采用水磨钻施工方案开挖桩基硬质岩石层时，所采用的工具有水磨钻、风镐等，水磨钻法开挖需分节推进，每节深度为0.6m；

（5）桩基施工时，如果遇到桩基内渗水、积水，已影响到正常钻进时，应采用水泵抽出洞内积水；为保证孔内操作工人的安全，需用专用鼓风机向孔底输送新鲜空气，且注意要将空气由孔底向上吹，以便让孔内与地面形成对流；

（6）桩基开挖如处于岩层不稳定状态，应采用混凝土护壁支护的方案；砼护壁除了厚度及钢筋布置需严格按设计计算要求，还应充分考虑到水磨钻开挖需扩大工作面，所以需注意加厚护壁来调整设计桩径； 2.4坚石、次坚石水磨钻机施工要点

（1)钻取开挖面周边岩体形成临空面：沿桩基开挖面设计内径孔壁基线布置钻孔点，钻取直径采用170mm，钻岩深度约0.6m，向孔壁外倾角15°钻取周边岩层；围绕桩基开挖面周边钻取一圈后，桩基中间部位的岩石便形成了一个环绕的临空面；

（2）钻取开挖桩基中间部分岩体：将桩基中间部分岩体平均划分为三个部分，按平均划分时的基准线，采用水磨钻法钻取岩芯，形成三分独立的岩体；桩基中间部分的岩体，进一步采用风镐打孔，最终均分成六等份；

（4）风镐孔内插入钢楔，锤击钢楔，分裂岩体：在风镐钻孔内打入钢楔，用大锤锤击钢楔，岩体底部会在水平冲击力作用下，发生水平剪切破裂而被拉裂而分解；

（5）吊桶装渣，电动垂直提升系统出渣：水磨钻分解的岩体需依次进行出渣，出渣从桩孔的一侧逐步推向另一侧，依次循环出渣；

（6）桩基孔壁修正和另一循环施工前的准备工作：水磨钻施作后，桩基孔壁形成了规则的锯齿状，为确保不侵入设计桩径空间，得精确测量周边偏位和不倒位情况，将侵占桩径的岩体敲掉；监控测量桩基底部偏位情况并修正，同步测量并准确标出下一循环周边钻孔位置，进入再次循环施作；水磨钻施工效果见如图2所示：

图2：水磨钻施工现场效果图

2.5挖孔及泥浆控制指标

清孔后的泥浆指标，限指大直径桩或有特定要求的钻孔桩，砼塔落度180-220mm；挖孔及泥浆的控制指标见表1：

表1：成孔质量控制标准

项目 孔的中心位置（mm）

孔径（mm） 倾斜度（%） 孔深（m）

沉淀厚度（mm）

清孔后泥浆指标

规定值或允许偏差

群桩：100；单排桩：50 不小于设计桩径

钻孔：<1；挖孔：<0.5

摩擦桩：不小于设计规定；端承桩：比设计深度超深不小于0.05； 摩擦桩：符合设计规定；对于直径≤1.5m的桩，≤200；对桩径>1.5m或桩长>40m或土质较差的桩≤300；端承桩：不大于设计规定值；设计未规定时≤50；

相对密度：1.03-1.10； 黏度：17-20pa.s； 含沙率：<2% 胶体率：>98%

检查方法 全站仪 测孔仪 测孔仪 测绳 测绳

比重计 粘度计 砂率计 量筒

3水磨钻法施工注意的安全事项

在水磨钻施工过程中应注意以下危险：高空坠落，落物伤人，.触电伤害，机械伤害，孔内坍塌等。 3.1作业前:

（1)要高度重视施工现场安全生产、文明施工、环境保护等工作，一定要满足达标标准要求；对新进职工，要经考核合格后方可上岗；

（2)进入施工场地必须戴好安全帽(风绳必须系在下颚)，井上人员应把安全带系在护栏上，井下作业人员应把安全带系在井口牢固位置处和穿防滑绝缘鞋；

（3)每次施工前必须对机械设备进行检查、维修并经常保养；

（4)施工场地所有用电设备，由专业电工负责管理，配电箱应有门锁及防水措施，施工所用电缆线必须认真检查，电缆必须架空2.0m以上，临时用电做到一机、一闸、一漏、一保险，确认安全后方可使用；

（5)作业前应检查钢丝绳是否牢固，严禁带病作业；

（6)提升装置的配重不得小于200公斤，保证其整体的稳固性； （7)孔口四周要设1.2m安全防护栏并挂安全网； （8)井口围护应高于地面30cm； （9)空压机四周须设防护罩；

（10)在下孔施工前设专人观察开挖桩基稳定性情况，从护壁有无裂缝等角度进行分析，确保安全后方可下井继续施工；

（11)桩孔洞口应设悬挂软梯，以备意外情况时能发挥作用； 3.2作业过程中:

（1)钻孔时遇卡钻，应即切断电源查清原因，不得强行起动； （2)开挖深度≥10m时，应配有满足安全要求的通风设施；

（3)挖出的土石方不得堆放在孔口四周，机动车辆的通行不得对井壁造成安全影响； （4)弃渣时泥土距桶顶的距离应保持10cm (作业前在距桶顶10cm处把线标示出来)，不能满装满载，并保证挂钩不脱钩；

（5)钻孔时孔口边应有人守护，并随时监控井下作业人员的情况；

（6)每次挖掘不应大于1m，深度大于5m应在孔内人员头顶上方1.5m处设密网保护盖； （7)地下水压大，涌沙严重时，应采取措施堵沙、排水；弃渣时要观测四周有无人员和车辆，确认安全后方可弃渣； 3.3停止作业后:

（1)不作业时应封闭孔口，防止人员坠落。 （2)下班时应关闭现场电气闸刀。 结束语

通过本文介绍，提高水磨钻施工法的优点以及水磨钻施工工艺的了解，为以后充分利用此技术攻坚克难作准备，并争取将此技术更加合理有效的推广到高速公路及相关建设施工项目中。 参考文献

[1]王小岐.临近既有线桥梁桩基础水磨钻施工技术[J].山西建筑.2013(09)；

[2]李大纪,李小云,蓝辉.水磨钻在下赶场沟大桥桩基施工的应用[J].西部交通科技.2011(08)； [3]张勇.锚固桩水磨钻施工工艺及经济分析[J].铁路工程造价管理.2010(02)； [4]张刚.水磨钻人工挖孔施工技术的应用探讨[J].中国高新技术企业.2016(03)； [5]金玉波.阶地地区桥梁桩基水磨钻施工技术[J].四川水泥.2016(04)；

[6]汪拥忠.水磨钻在丘陵陡坡地区高铁路基锚固桩中的应用[J].山东工业技术.2014(20)；