重庆公轨两用斜拉桥岩石地层水钻法大直径人工挖孔灌注桩施工工法

'岩石地层“水钻法”大直径人工挖孔灌注桩施工工法1前言人工挖孔桩技术是一项比较成熟的桩基础施工技术，在我国公共交通和房屋建设领域都得到了广泛的应用，挖孔桩的掘进方式也有多种。我国西南地区山高谷深，交通不便，大型机械设备不容易到达桩位，因此人工挖孔桩应用非常广泛。西南地区岩层上覆土较少，许多土木建设工程的基础直接坐落在山体和岩石上，挖孔桩直接在岩石中掘进施工，经过长期的实践，逐渐摸索出了水钻开孔进行人工挖孔桩施工的方法。重庆市江津区**长江大桥建设期间，在主塔的钻孔桩基础施工中，对水钻开孔人工挖孔桩施工方法进行了优化和总结，形成了一整套的水钻开孔人工挖孔桩施工工法，并在P4主塔基础施工中的得到了成功应用。使用该工法保证了工程质量和安全，节约了成本，加快了施工进度，取得了非常好的施工效果。2工法特点2.1本工法适用性强，对水、电、路的要求较低，能够广泛应用于山区、沟谷等交通条件差的地区。2.2操作简单，不用爆破，在重要建筑附近或施工环境要求较高的地区尤其适用。2.3能够群桩同时掘进施工，互相之间不互相干扰，适用于赶工期的工程。3适用范围本工法适用于偏软岩层中进行掘进的人工挖孔桩施工。4工艺原理通过水钻沿桩径内沿钻若干个孔，孔孔相连，钻孔后取芯，待所有水钻钻孔连成一个环后，桩芯就和桩壁分离了，形成了桩芯的临空面，之后在桩芯上打孔，孔内打入钢钎，使岩石裂开，分解成若干小块，利用卷扬机吊出孔外，全部桩芯运出后，进行下一轮钻孔、取芯、破碎、外运。循环施工直至孔底。随后进行钢筋笼安装和混凝土浇筑。5施工工艺流程及操作要点水钻成孔挖孔桩施工主要包括以下几道工序：施工准备、测量放线、搭设支架、井圈砌筑、水钻开孔取芯、孔芯外运、桩芯打孔破碎、石块外运、下一轮钻孔取芯。施工工艺流程图如框图1示。6 图1：水钻开孔人工挖孔桩施工工艺流程施工准备测量放线搭设支架井圈砌筑水钻开孔取芯孔芯外运桩芯打孔破碎石块外运循环施工至成孔钢筋笼安装混凝土浇筑钻孔设备拼装水钻开孔取芯护壁施工（如果需要）持续排水（如需要）5.1施工准备正式施工前，水源、电源接通，将施工所用的材料、机具运输到位，技术人员熟悉图纸，了解地质情况、挖孔桩的桩径、深度等相关参数，并对操作人员进行技术交底和安全交底，达到开工的条件。5.2测量放线使用全站仪进行测量定位，放出桩芯位置，并根据图纸，放出挖孔桩的圆周线，经监理单位复核后可以开始施工。考虑到施工过程的误差以及开孔之间的残余岩石，一般开挖桩径大于设计桩径10cm左右。5.3搭设支架6 正式施工前，需要搭设施工支架，施工支架采用普通钢管脚手架搭设而成。施工支架高4~6m，作为施工过程中的卷扬机支撑，支架四角落在桩口外围，支架顶部用防雨布覆盖，保证阴雨天气正常施工。支架图纸如图2所示。图2：支架示意图支架搭设完成后，在支架上固定卷扬机和滑轮，接通电源，调试到正常工作状态。5.4井圈砌筑开始开挖前，首先沿桩孔四周砌筑50cm高的井圈，作为桩孔的维护结构，防止开挖过程中杂物或明水进入桩孔，井圈采用浆砌片石或者砖砌，宽度不小于30cm。5.5水钻开孔取芯准备工作全部完成后，开始水钻钻孔取芯，水钻开孔沿桩孔四周进行。5.5.1钻机就位：钻机支架必须安全地固定在孔桩侧壁上，其高差应满足每循环钻进尺寸要求，并随本循环不同位置或下一循环不同高度重新加固。5.5.2钻孔：①钻机取芯套筒的斜率必须保证，取芯套筒直径为150mm，套筒支架外延较之宽出100mm，套筒支架总高度1400mm，则（100+150/2）/1400=1/8，故此应保证套筒向孔桩侧壁外倾角度不小于7.5度，这样在下一循环才可以保证钻机就位后套筒起钻点能够置于设计孔桩边线而不致造成缩孔，此措施将使桩孔呈节段式倒台体，从而增加少量开挖掘进量和桩体混凝土浇注量，但是可以保证成孔截面尺寸。②6 桩体垂直度必须保证，一般采取最少2循环进行一次孔中心、直径等偏心率检查，确保成孔后桩体垂直偏差不超过设计规范要求。③水钻操作过程中必须保证钻头处于冷却水中，同时冷却水流保有一定压力对钻头直接进行冲洗，使之不淤钻、卡钻，能够保持钻头在清洁状态下正常稳定地工作，故此每台钻机配置一台500W水泵对钻头供水。钻孔布置图见图3。5.5.3取芯：孔深60cm，钻到深度后，在钻缝中打入钢钎，折断钻芯，下铁丝套环取出钻芯。5.5.4泥浆及污水排放：经施工现场实际测算，利用水钻掘进时每延米孔桩（按桩径1.5m测算）大约需要2～4立方米江水，保证孔内积水保持至最小量而不致影响掘进操作。其用量与孔截面换算直径的平方值成正比关系，产生的泥浆和污水是自来水使用量的1.3倍，故此钻进期间必须保证水供应及污水抽排至泥浆沉淀池、循环池，并定期集中运弃。图3：水钻开孔布置图（以3m直径桩为例）5.6孔芯外运水钻施工一边进行，一边对取出的钻芯组织外运。钻芯外运采用吊斗，卷扬机吊装吊斗运出。5.7桩芯打孔破碎全部钻孔及取芯施工完成后，对剩余的桩芯进行破碎。桩芯破碎首先使用风钻打孔，钻头直径25mm，打孔距离桩芯边缘50cm左右，孔孔间距也在50cm左右，钻孔完成后使用圆锥状钢钎打入孔中，钢钎直径10~35mm，用铁锤打入风钻孔，桩芯沿钻孔开裂，继续打孔，将桩芯分解成800kg以内的石块。6 5.8石块外运破碎的石块使用卷扬机外运，石块使用钢丝绳捆扎，保证捆扎牢靠，提升至孔顶后，侧向拉出至地面，解开钢丝绳，继续外运下一块石块。石块清运干净后继续下一轮的钻孔取芯，破碎外运施工。为保证井孔内人员的安全，石块外运过程中在操作面上方搭设防砸棚，防砸棚面积小于桩孔面积的一半，既能够使石块顺利外运，要要保证操作人员安全。开挖过程中如果有水渗漏，使用水泵排水，确保人员能够正常作业。夜间停工时，操作工具吊起至水面以上，防止工具泡水。如出现破碎岩层或裂隙，按照设计方案施工混凝土护壁即可。5.9钢筋笼下放与混凝土浇筑钢筋笼下放和混凝土浇筑同常规挖孔桩施工，如果桩孔内渗水较多，可采用混凝土水下灌注的方式，属于常规工艺，本工法不再赘述。6材料与设备序号设备名称规格型号数量备注1水钻直径15cm2~3套2卷扬机1t13风钻25mm钻杆14空压机200L15钢钎直径10~35mm变径16钢管及扣件钢管直径48若干7吊斗18防雨布根据孔径调整9钢爬梯1套用于人员上下7质量控制开挖过程中质量控制主要为两点，一是桩径控制，采用与孔径相同的检控器一边开挖一边检孔，确保孔径符合设计要求；二是桩的垂直度控制，采用垂线法进行挖孔垂直度控制。8安全措施开挖过程中一定做好井孔防护，防止杂物坠入井中伤人；石块外运过程中重点做好卷扬机的检修、钢丝绳的检查，对出现断丝、破股的钢丝绳及时更换；吊运过程中做好防砸设施；操作人员尊章操作，不搞疲劳作业；阴雨天气经常检查用电设备是否漏电，确保施工的安全。9环保措施6 水钻开孔的废浆用水泵排出先经过沉淀处理后再排入河道；开挖出的随时按照工程指定地点统一堆放并外运的设计位置；靠近居民生活区作业时，井孔进行防护，防止噪音扰民。10效益分析由于水钻开孔人工挖孔桩不使用炸药，降低了开挖成本，相对于常规岩层内的人工挖孔桩成本降低30%左右；施工过程中不需要造浆，不需要大型设备，相对机械成孔节约成本20%左右；由于施工过程中没有震动，互相间没有挠动，因此可以多个桩同时施工，节约了工期，降低了管理成本，提高了经济效益。11应用实例重庆市江津区**长江大桥是一座公路轻轨两用斜拉桥，两个主塔承台为3m桩径的桩基础，深34m，由于P4主塔基础落在岩石上，且处于铁路和江水之间，用电、交通组织困难，采用人工挖孔桩作业，每个承台的9根桩均同时施工，最大限度的提高了工期，完成另外**大桥枯水季节主塔出水的目标，和冲击钻孔桩相比，技术经济效益明显，取得了成功的应用。6'