臨近鐵路營(yíng)業(yè)線人工挖孔水磨鉆施工技術(shù)

吳 宏 海

(中國(guó)中鐵四局集團(tuán)有限公司第七分公司，安徽 合肥 230000)

臨近鐵路營(yíng)業(yè)線人工挖孔水磨鉆施工技術(shù)

吳 宏 海

(中國(guó)中鐵四局集團(tuán)有限公司第七分公司，安徽 合肥 230000)

結(jié)合工程實(shí)例，闡述了鐵路側(cè)挖孔樁遇到巖層后采取水磨鉆施工的原理，從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)備工作、水磨鉆施工三方面研究了臨近鐵路營(yíng)業(yè)線人工挖孔水磨鉆的施工技術(shù)，并對(duì)施工中遇到的一些問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，提出了相應(yīng)的處理方案。

水磨鉆施工，巖層，鐵路，營(yíng)業(yè)線

0 引言

近年來(lái)隨著施工技術(shù)的快速發(fā)展和靠近鐵路營(yíng)業(yè)線安全施工的嚴(yán)格要求，人工挖孔樁水磨鉆施工以其干擾小、占地小、無(wú)泥漿排出、可大面積開(kāi)展施工、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)得到了設(shè)計(jì)單位和施工單位的認(rèn)可。特別是在巖層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的樁基施工中，更是具有優(yōu)越性，可以彌補(bǔ)一般鉆孔樁鉆頭沖擊大和炸藥爆破震動(dòng)大的缺點(diǎn)。筆者就某跨鐵路側(cè)樁基人工挖孔談?wù)勊ャ@施工。

1 工程概述及地質(zhì)條件

高速公路跨越鐵路，鐵路處橋梁上部采用50 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，下部橋墩采用雙柱式橋墩，橋墩直徑2.2 m，橋墩高度30.8 m～31.2 m；樁基采用直徑2.4 m鉆孔灌注樁，兩樁距離為7 m。

由圖1可知24號(hào)墩樁基距隔離柵最小凈距0.8 m，其他最小距離分別為1.4 m，2.4 m，2.0 m，樁基均距鐵路路基較近。地表主要為第四系全新統(tǒng)黃土、粉質(zhì)粘土、卵石土，承載力基本容許值(fao)為120 kPa～500 kPa，黃土和粉質(zhì)粘土層厚度一般在2 m～5 m,卵石土厚度為2 m～3 m,下伏基巖為強(qiáng)～中風(fēng)化基巖, 承載力基本容許值(fao)為900 kPa～1 200 kPa。

2 施工方案

2.1 施工原理

水磨鉆主要由水磨鉆機(jī)、水磨鉆筒和專用水泵三部分組成。一般1個(gè)水磨鉆機(jī)配備3個(gè)～5個(gè)水磨鉆筒，1個(gè)水磨鉆筒上有7個(gè)刀頭。水磨鉆筒外徑為16 cm，內(nèi)徑為14 cm，壁厚度為1 cm，高度為60 cm，一個(gè)循環(huán)可鉆50 cm～60 cm。專用水泵的外徑為12 cm，高度為40 cm。非常適合樁基孔底入巖施工。

水磨鉆法主要是通過(guò)水磨鉆機(jī)沿樁徑內(nèi)沿鉆若干個(gè)孔，孔孔相連，鉆孔后取芯，待所有水磨鉆鉆孔連成一個(gè)環(huán)后，樁芯就和樁壁分離了，形成了樁芯的臨空面，然后對(duì)剩余的樁基巖芯部分進(jìn)行分塊，沿圓半徑取芯分塊形成內(nèi)部臨空面。在分塊的巖石上鉆上一排小孔，然后在小孔內(nèi)錐入鋼楔子，捶擊鋼楔擠壓巖石，使巖石同時(shí)受到鉛錘面上的拉力和水平面上的剪切力作用，當(dāng)擠壓力大于極限抗拉力和極限抗剪切力之和時(shí)，巖石沿鉛錘面被拉裂并從底部發(fā)生剪切破裂，分解成若干小塊，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)吊出孔外，取出分裂的巖塊。依次按照分層取芯、破裂、取巖塊的循環(huán)工序作用，最終達(dá)到成孔的目的。無(wú)論從取芯和破碎中間部分，其受力原理只是局部片石受力，對(duì)周圍巖層不產(chǎn)生影響，具體見(jiàn)圖2。

2.2 施工工藝

水磨鉆孔樁的施工工藝順序見(jiàn)圖3。

2.3 施工方法

1)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。擴(kuò)底傾斜角度計(jì)算：水磨鉆機(jī)高1 500 mm，鉆筒外徑為160 mm；電機(jī)或支架超出鉆芯前端80 mm，正常鉆孔時(shí)鉆機(jī)傾斜角度即為(80+160/2)/1 500=0.107，傾斜角度不小于tan(0.107)-1=6.107，才能保證不縮孔。向外擴(kuò)底時(shí)，鉆機(jī)傾斜角度不小于10°就不易固定鉆機(jī)位置，tan10°=0.176，向外擴(kuò)底寬度0.176×1 500-(80+160/2)=104 mm，即每500 mm可向外擴(kuò)100 mm寬。

2)準(zhǔn)備工作。施工前技術(shù)人員對(duì)樁位進(jìn)行放樣定位，并根據(jù)圖紙要求，放出樁位的圓周線，并對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全交底；現(xiàn)場(chǎng)所需物資材料設(shè)備到位，挖孔機(jī)具安裝必須牢固。開(kāi)始鉆孔前，首先沿樁孔四周開(kāi)挖并澆筑鋼筋混凝土鎖口，鎖口高出原地面30 cm，作為樁孔的防護(hù)結(jié)構(gòu)，防止鉆孔過(guò)程中雜物或明水進(jìn)入樁孔。在進(jìn)入巖層之前可以利用鐵鍬等工具人工挖除土層，并及時(shí)澆筑混凝土護(hù)壁，控制開(kāi)挖進(jìn)尺以保證鐵路基礎(chǔ)安全。

3)水磨鉆施工。a.準(zhǔn)備工作全部完成后，開(kāi)始水磨鉆鉆孔取芯。水磨鉆開(kāi)孔沿樁孔四周進(jìn)行，鉆孔直徑16 cm，孔深50 cm左右。鉆孔時(shí)向井孔外側(cè)傾斜3°左右，預(yù)留出鉆具的尺寸，保證循環(huán)施工時(shí)樁徑不變。沿樁基孔壁布置取芯點(diǎn)，取芯圓與鎖口內(nèi)壁相切。依次鉆取外周的巖芯，取出的巖芯高約500 mm，將外周巖芯取完后樁芯體巖外圍便形成一個(gè)環(huán)形臨空面。b.手電鉆打孔。全部鉆孔及取芯施工完成后，用手電鉆在剩余樁芯巖體上鉆眼，再將樁芯巖石分成6等份或8等份，具體等份可根據(jù)樁徑大小調(diào)整，便于破裂即可。c.插入鋼楔、擊打鋼楔分裂巖石。在沿樁基徑向手電鉆鉆出的孔內(nèi)打入鋼楔，用大錘錘擊鋼楔使巖體獲得一個(gè)水平的沖擊力，在水平?jīng)_擊力作用下巖石沿鉛錘面被拉裂，底部會(huì)發(fā)生水平剪切破裂。依次分裂巖體，直至該層樁芯巖體全部被破裂。d.孔芯和石塊外運(yùn)。為了不影響鐵路四周環(huán)境，水磨鉆施工一邊進(jìn)行，一邊對(duì)取出的鉆芯組織外運(yùn)。鉆芯外運(yùn)采用吊斗，卷?yè)P(yáng)機(jī)吊裝吊斗運(yùn)出到指定的棄渣場(chǎng)。破碎的石塊用電錘或風(fēng)鎬進(jìn)行破碎，保證直徑在20 cm以下，使用卷?yè)P(yáng)機(jī)、吊斗外運(yùn)。石塊清運(yùn)干凈后繼續(xù)下一輪的鉆孔取芯，破碎外運(yùn)施工。e.樁孔修正及下一循環(huán)的施工。由于水磨鉆鉆芯后樁基孔壁呈鋸齒狀，為保證有效樁徑與設(shè)計(jì)樁徑一致，要敲掉侵占樁基空間的巖石鋸齒。通過(guò)鎖口護(hù)樁在樁孔內(nèi)標(biāo)出設(shè)計(jì)樁中心，檢查樁基底部偏位情況并及時(shí)糾偏，同時(shí)標(biāo)出下一個(gè)循環(huán)外周水磨鉆鉆孔取芯位置，進(jìn)入下一循環(huán)的鉆孔樁施工。

3 施工中常見(jiàn)危害鐵路營(yíng)業(yè)線正常運(yùn)行問(wèn)題的解決方法

1)孔樁內(nèi)積水、孔樁間互相滲水，都有可能導(dǎo)致塌方，在作業(yè)面，要設(shè)置積水坑，利用已挖好的1個(gè)～2個(gè)深孔樁積水，并用高揚(yáng)程水泵及時(shí)的、不定時(shí)的抽水。 如遇到地下水不大時(shí)，可采用單樁樁內(nèi)抽水，如遇到地下水豐富時(shí)可采用多樁樁內(nèi)同抽水，防止孔壁坍塌，造成對(duì)鐵路基礎(chǔ)的影響。2)如遇到流砂、土泥層和破碎巖層或裂隙時(shí)，可減少開(kāi)挖深度，按設(shè)計(jì)方案施工混凝土護(hù)壁，防止孔壁坍塌，造成對(duì)鐵路基礎(chǔ)的影響。3)由于施工場(chǎng)地的限制，施工道路往往距離邊樁很近，車輛的通行產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)護(hù)壁的安全也會(huì)造成不利的影響。3 m以內(nèi)不得有機(jī)動(dòng)車輛行駛或停放。在下孔施工前、施工中設(shè)專人觀察護(hù)壁有無(wú)裂縫，如有裂縫，則應(yīng)報(bào)告，待查明情況，采取安全防護(hù)措施，確保安全后下方可繼續(xù)施工。4)當(dāng)相距10 m以內(nèi)的鄰樁正在澆灌混凝土或樁孔積水很深時(shí)，都有可能對(duì)正在進(jìn)行的孔內(nèi)出現(xiàn)涌水，對(duì)孔壁構(gòu)成威脅，因此應(yīng)暫停施工，并隨時(shí)加強(qiáng)對(duì)孔壁涌水情況的觀察，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)采取處理措施。對(duì)同排2根樁基的應(yīng)進(jìn)行追根施工，對(duì)同排2根以上樁基的可采取跳槽法施工。

總之，水磨鉆施工從其施工的原理和工藝可以看出，主要是利用片石局部受力的方法來(lái)達(dá)到鉆孔的目的，對(duì)周圍的結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生任何干擾，因此在臨近營(yíng)業(yè)線施工中可以發(fā)揮其很大優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然在施工前要做好地質(zhì)勘探以便提前做好應(yīng)對(duì)各種突發(fā)問(wèn)題準(zhǔn)備，施工中孔內(nèi)孔外防護(hù)工作也很重要。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本工程的施工，筆者認(rèn)為水磨鉆施工在特殊情況下優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，解決了目前很多臨近營(yíng)業(yè)線橋梁樁基施工，受侵線條件制約一般不能采用鉆機(jī)成孔，而采用人工挖孔成孔在巖層要進(jìn)行爆破作業(yè)，影響鐵路行車安全的難題。水磨鉆設(shè)備小、可以在孔內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了樁基巖層小型機(jī)械開(kāi)挖，保證了臨近鐵路線樁基施工安全需要。

The water drilling construction technology of artificial dig-hole near the railway running line

WU Hong-hai

(The7thBranch,ChinaRailwayFourthGroupLimitedCompany,Hefei230000,China)

Combining with the engineering examples, this paper elaborated the used water drilling construction principle of railway side digging pile encountered rock layers, researched the water drilling construction technology of artificial dig-hole near the railway running line from technical standards, preparation work, water drilling construction three aspects, and summarized some problems encountered in construction, put forward corresponding solutions.

water drilling construction, rock layer, railway, running line

1009-6825(2014)11-0207-02

2014-02-08

吳宏海(1979- )，男，工程師

U215

A