论文部分内容阅读
摘 要：随着城市交通事业的发展，跨线及紧邻修建工程的情況日益增多，紧邻施工对工艺的要求较高，施工技术水平随之提高。一般情况下，采用常规方法便能解决施工中遇到的问题，但特殊情况下，常规施工方法无法解决。在岩层硬度较高的特殊路段且附近有河流、铁路、隧道、桥梁等构造物的桩基施工过程中，采用人工或炸药破除的效率低且对周边的扰动大，在既要确保安全又不影响既有构筑物正常使用的要求下进行桩基施工时，难度极大。我司在进行张社大道K0+410-K0+670段挡墙人工挖孔方桩施工时就遭遇了上述情况，经筛选多种方法后，最终选择了采用水磨钻施工技术解决上述难题，取得了较好效果。
关键词：水磨钻 人工挖孔 方桩施工
1 技术特点
本技术是岩层硬度较高地段施工作业领域中一种有别于常规桩基开挖的方式方法，专门解决在特殊情况下无法使用传统爆破方法以及施工机械受地形影响没有操作面的技术难题。
（1）本技术解决了特定条件下传统爆破方法无法正常施工的问题，保证了施工安全。
（2）本技术相对于传统爆破，工艺操作简单、施工效率更高，有创新。
（3）本技术与传统方法相比，开挖过程中对周围岩层扰动小，设备使用方便、成孔规则，风险较小，对周围环境影响不大。
2 适用范围
该方法适用于硬度较高的岩石地段开挖，尤其是地形复杂、离构筑物近且不具备爆破和大型机械开挖条件的桩基工程施工。
3 工艺原理
水磨钻探开挖法主要是利用直径为150mm的砼取芯机按照设计图纸桩周长取高大概600mm的圆形柱体岩芯，拓展外临空立面，然后使剩下的部分岩芯展开分段，沿分块线取芯拓展成内临空立面。在分段的岩体上钻上小孔一排，然后用钢橛锥入小孔内，通过捶击钢橛，进而挤压岩体，使岩体同时受到竖直方向的拉应力和水平方向上的剪切力作用，当挤压应力超过极限抗拉应力和极限抗剪应力之和时，岩体沿竖直面被拉开并从底边形成剪切破裂。按照分层分块取岩芯、分裂、获得岩块的循环工序操作，最后得到成孔的目标。
该方法利用岩体的抗剪切破坏强度较低的特性，通过凿出临空面，对岩体进行剪切破坏，从而实现桩基开挖，施工过程高效、安全，对周围环境干扰小。
4 工艺流程及操作要点
4.1 工艺流程
施工工艺流程主要为：人工开挖至基岩→施工准备→桩位放样→布置取芯点→钻取柱状岩芯→分裂中部岩芯并出渣→修正成孔→桩基验收。
4.2 操作要点
4.2.1 施工方法
当桩基施工至强-中风化岩体时，采取水磨钻施工法施工。
首先在孔桩台座上布设钢管平台，平台上安置轮滑，与电动葫芦构成升降体系。然后，桩孔作业的石方等弃渣装入吊桶，用电动葫芦提升至地表，用人力推车运到附近存渣场，最后一同汇集外运至堆料场。支架顶采取彩条布设置挡水棚，阻止雨水流入孔内，确保雨天时民工可以持续作业。
水磨钻探作业法是采取水磨钻探、电镐破坏，分节分段作业，每段作业尺度为0.6m。作业过程中，当桩孔内积液较高、干扰到钻孔作业时，用抽水机将孔内积液排出，并采取换气方法，确保孔内施工工人的安全，桩孔内换气采取鼓风机由孔底将孔内气体往上吹，与地表气体相互对流。此外，当施工的岩体不牢固时，布设砼护壁防护，护壁钢材布设、除按设计标准设计厚度外，还必须估计水磨钻施工形成富余的空间以加厚护壁来调节，以确保有足够的设计桩径。主要施工顺序具体如下。
⑴钻取四周岩石：沿桩基孔壁布设58个取芯点（以250cm×180cm桩计算），取芯的直径为15cm，锁口内壁与取芯圆保持相切，钻取外周的58个岩芯，钻出的岩芯高度约60cm，将岩芯外周钻完后，形成环形临空面。
⑵钻取中间岩体： 沿桩内侧开挖岩芯，按五个等分将桩芯等分，以便于岩体分裂。
⑶手电钻打孔：在桩芯上钻眼同时使用手电钻。
⑷分裂中部岩芯：在沿桩芯竖向钻出的孔内插入钢楔，用大锤打击钢楔使岩体取得水平方向的冲力，在冲力下岩体沿竖直方向被拉裂，水平剪切分裂会在底边产生。按照先后顺序破除岩体，保证该桩芯全部被破碎。
⑸出渣：采用人工装渣，电动葫芦出渣，一道单循环施工后，将施工后的岩芯出渣。
⑹修正桩孔及下一循环的开挖：由于取芯后孔壁为锯齿状，为确保桩直径与设计基本相同，须清除孔壁的岩体锯齿。清除后开始下一循环的施工。
4.2.2 注意事项
（1）水磨钻机开钻的地方，应采取措施固定，保证不摇动不抖动。
（2）钻筒必须顺时针方位旋转，钻筒旋转不允许有抖动，如果有抖动应修正钻筒，查验进水管是不是有水。切记不允许缺水。
（3）经常对钻机进行润滑处理，使其保持轻松滑动。
（4）如操作时有不正常现象，应马上断电，查明原由，清除障碍后再进行操作。
5 材料与设备
5.1 材料
主要原料是水。
5.2 设备
主要设备是水磨钻机和大锤。
水磨钻机的主要作用是将岩芯沿设计桩周取出，形成临空面，并将大块岩石进行分块处理。大锤的主要作用是捶击钢楔挤压岩石，使岩石受剪切破坏。
6 质量控制
（1）应用本技术对应的施工规范、标准可参考以下规范和标准执行：
《公路桥涵施工技术规范》 JTG/T F50-2011
《混凝土结构施工质量验收规范》 GB50204-2011
（2）施工项目部应建立质量保证体系，严格执行ISO9001规定。
7 安全措施
（1）本技术执行国家、省、市、公司制定的施工现场及专业工种各种安全技术操作规程。
（2）应用本技术时，须遵循当地监管部门的安全管理规定。
（3）机具设备应由专人严格按照操作规程操作。
（4）作业过程中，每一次作业深度约0.6m，必须按设计标准浇捣砼护壁。
（5）采取的升降架底部平台一定要牢固可靠，平台基座采取钢筋砼浇捣以保证稳定，平台顶面高度高出地表20cm。
（6）升降架的性能应仔细查验，钢丝绳、电动葫芦等应保证充足的安全稳定系数。
8 环保措施
（1）按GB/T24001-2004环境管理体系标准执行。
9 效益分析
采用水磨钻施工技术进行桩基岩层开挖，开挖效率是人工开挖的3～4倍，人工挖孔的效率约为0.3m/d，水磨钻施工的效率可达到1.2m/d，并且可在特殊路段常规爆破开挖方法受限的情况下，解决石方桩基开挖施工问题，能较好地避免对周围建筑物的损伤，还能提高作业人员施工安全性，质量牢靠、操作灵敏、作业过程中几乎没有扬尘，具有良好的环境效益和社会效益。
以吉首市张社大道路基工程为例，该工程挡土墙人工挖孔桩施工过程中方桩紧邻河流，且不具备大型机械施工的作业面，常规爆破石方开挖方法难以保证安全。应用本技术开挖52根方桩，减少了传统炸药的运输不便、避免了繁琐的监管手续，保证了周围水系的安全，降低了资源消耗，对环境保护和节约社会资源的意义较大。
10 工程实例
本技术在吉首市张社大道路基工程K0+410-K0+670段挡土墙人工挖孔桩施工过程中取得了成功。
参考文献
[1] 柴勇.人工挖孔水磨钻在山区高速公路桥梁桩基施工中的应用[J].桥梁与隧道工程，2014（7）：126-131，134.
[2] 刘利军.关于桩基水磨钻施工的应用及探讨[J].交通建设，2017（17）：136-137.
关键词：水磨钻 人工挖孔 方桩施工
1 技术特点
本技术是岩层硬度较高地段施工作业领域中一种有别于常规桩基开挖的方式方法，专门解决在特殊情况下无法使用传统爆破方法以及施工机械受地形影响没有操作面的技术难题。
（1）本技术解决了特定条件下传统爆破方法无法正常施工的问题，保证了施工安全。
（2）本技术相对于传统爆破，工艺操作简单、施工效率更高，有创新。
（3）本技术与传统方法相比，开挖过程中对周围岩层扰动小，设备使用方便、成孔规则，风险较小，对周围环境影响不大。
2 适用范围
该方法适用于硬度较高的岩石地段开挖，尤其是地形复杂、离构筑物近且不具备爆破和大型机械开挖条件的桩基工程施工。
3 工艺原理
水磨钻探开挖法主要是利用直径为150mm的砼取芯机按照设计图纸桩周长取高大概600mm的圆形柱体岩芯，拓展外临空立面，然后使剩下的部分岩芯展开分段，沿分块线取芯拓展成内临空立面。在分段的岩体上钻上小孔一排，然后用钢橛锥入小孔内，通过捶击钢橛，进而挤压岩体，使岩体同时受到竖直方向的拉应力和水平方向上的剪切力作用，当挤压应力超过极限抗拉应力和极限抗剪应力之和时，岩体沿竖直面被拉开并从底边形成剪切破裂。按照分层分块取岩芯、分裂、获得岩块的循环工序操作，最后得到成孔的目标。
该方法利用岩体的抗剪切破坏强度较低的特性，通过凿出临空面，对岩体进行剪切破坏，从而实现桩基开挖，施工过程高效、安全，对周围环境干扰小。
4 工艺流程及操作要点
4.1 工艺流程
施工工艺流程主要为：人工开挖至基岩→施工准备→桩位放样→布置取芯点→钻取柱状岩芯→分裂中部岩芯并出渣→修正成孔→桩基验收。
4.2 操作要点
4.2.1 施工方法
当桩基施工至强-中风化岩体时，采取水磨钻施工法施工。
首先在孔桩台座上布设钢管平台，平台上安置轮滑，与电动葫芦构成升降体系。然后，桩孔作业的石方等弃渣装入吊桶，用电动葫芦提升至地表，用人力推车运到附近存渣场，最后一同汇集外运至堆料场。支架顶采取彩条布设置挡水棚，阻止雨水流入孔内，确保雨天时民工可以持续作业。
水磨钻探作业法是采取水磨钻探、电镐破坏，分节分段作业，每段作业尺度为0.6m。作业过程中，当桩孔内积液较高、干扰到钻孔作业时，用抽水机将孔内积液排出，并采取换气方法，确保孔内施工工人的安全，桩孔内换气采取鼓风机由孔底将孔内气体往上吹，与地表气体相互对流。此外，当施工的岩体不牢固时，布设砼护壁防护，护壁钢材布设、除按设计标准设计厚度外，还必须估计水磨钻施工形成富余的空间以加厚护壁来调节，以确保有足够的设计桩径。主要施工顺序具体如下。
⑴钻取四周岩石：沿桩基孔壁布设58个取芯点（以250cm×180cm桩计算），取芯的直径为15cm，锁口内壁与取芯圆保持相切，钻取外周的58个岩芯，钻出的岩芯高度约60cm，将岩芯外周钻完后，形成环形临空面。
⑵钻取中间岩体： 沿桩内侧开挖岩芯，按五个等分将桩芯等分，以便于岩体分裂。
⑶手电钻打孔：在桩芯上钻眼同时使用手电钻。
⑷分裂中部岩芯：在沿桩芯竖向钻出的孔内插入钢楔，用大锤打击钢楔使岩体取得水平方向的冲力，在冲力下岩体沿竖直方向被拉裂，水平剪切分裂会在底边产生。按照先后顺序破除岩体，保证该桩芯全部被破碎。
⑸出渣：采用人工装渣，电动葫芦出渣，一道单循环施工后，将施工后的岩芯出渣。
⑹修正桩孔及下一循环的开挖：由于取芯后孔壁为锯齿状，为确保桩直径与设计基本相同，须清除孔壁的岩体锯齿。清除后开始下一循环的施工。
4.2.2 注意事项
（1）水磨钻机开钻的地方，应采取措施固定，保证不摇动不抖动。
（2）钻筒必须顺时针方位旋转，钻筒旋转不允许有抖动，如果有抖动应修正钻筒，查验进水管是不是有水。切记不允许缺水。
（3）经常对钻机进行润滑处理，使其保持轻松滑动。
（4）如操作时有不正常现象，应马上断电，查明原由，清除障碍后再进行操作。
5 材料与设备
5.1 材料
主要原料是水。
5.2 设备
主要设备是水磨钻机和大锤。
水磨钻机的主要作用是将岩芯沿设计桩周取出，形成临空面，并将大块岩石进行分块处理。大锤的主要作用是捶击钢楔挤压岩石，使岩石受剪切破坏。
6 质量控制
（1）应用本技术对应的施工规范、标准可参考以下规范和标准执行：
《公路桥涵施工技术规范》 JTG/T F50-2011
《混凝土结构施工质量验收规范》 GB50204-2011
（2）施工项目部应建立质量保证体系，严格执行ISO9001规定。
7 安全措施
（1）本技术执行国家、省、市、公司制定的施工现场及专业工种各种安全技术操作规程。
（2）应用本技术时，须遵循当地监管部门的安全管理规定。
（3）机具设备应由专人严格按照操作规程操作。
（4）作业过程中，每一次作业深度约0.6m，必须按设计标准浇捣砼护壁。
（5）采取的升降架底部平台一定要牢固可靠，平台基座采取钢筋砼浇捣以保证稳定，平台顶面高度高出地表20cm。
（6）升降架的性能应仔细查验，钢丝绳、电动葫芦等应保证充足的安全稳定系数。
8 环保措施
（1）按GB/T24001-2004环境管理体系标准执行。
9 效益分析
采用水磨钻施工技术进行桩基岩层开挖，开挖效率是人工开挖的3～4倍，人工挖孔的效率约为0.3m/d，水磨钻施工的效率可达到1.2m/d，并且可在特殊路段常规爆破开挖方法受限的情况下，解决石方桩基开挖施工问题，能较好地避免对周围建筑物的损伤，还能提高作业人员施工安全性，质量牢靠、操作灵敏、作业过程中几乎没有扬尘，具有良好的环境效益和社会效益。
以吉首市张社大道路基工程为例，该工程挡土墙人工挖孔桩施工过程中方桩紧邻河流，且不具备大型机械施工的作业面，常规爆破石方开挖方法难以保证安全。应用本技术开挖52根方桩，减少了传统炸药的运输不便、避免了繁琐的监管手续，保证了周围水系的安全，降低了资源消耗，对环境保护和节约社会资源的意义较大。
10 工程实例
本技术在吉首市张社大道路基工程K0+410-K0+670段挡土墙人工挖孔桩施工过程中取得了成功。
参考文献
[1] 柴勇.人工挖孔水磨钻在山区高速公路桥梁桩基施工中的应用[J].桥梁与隧道工程，2014（7）：126-131，134.
[2] 刘利军.关于桩基水磨钻施工的应用及探讨[J].交通建设，2017（17）：136-137.