水磨鉆成孔技術(shù)在公路橋梁樁基施工中的應(yīng)用

張磊

摘 要：樁基施工是公路橋梁施工質(zhì)量管理的關(guān)鍵，為了保證施工質(zhì)量符合要求，技術(shù)選擇和優(yōu)化成為了項目施工關(guān)注的熱點(diǎn)內(nèi)容。水磨鉆成孔技術(shù)是一種樁基成孔施工的常用技術(shù)，應(yīng)用優(yōu)勢明顯，可以適應(yīng)各種不同的施工環(huán)境，滿足多樣化施工需求。基于此，分析水磨鉆成孔技術(shù)應(yīng)用原理、應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用要點(diǎn)，以期可以為樁基施工提供參考意見。

關(guān)鍵詞：水磨鉆成孔；公路橋梁；樁基施工

中圖分類號：U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2024）02-0040-03

0引言

由于不同地域的環(huán)境存在顯著差異，部分公路橋梁施工環(huán)境復(fù)雜，樁基礎(chǔ)施工活動中存在沉降、坍塌等風(fēng)險，給施工活動帶來了一定安全隱患。

成孔技術(shù)類型多樣，是橋梁樁基質(zhì)量的主要影響因素之一。在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下，水磨鉆成孔技術(shù)作為樁基施工的常用成孔方法成孔穩(wěn)定性強(qiáng)，操作更為簡單、方便，改變了以往人工挖孔模式，不會給原有巖體結(jié)構(gòu)以及建筑物造成干擾。水磨鉆成孔技術(shù)主要是利用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔取芯，優(yōu)化了破裂分塊、渣土清理流程，促進(jìn)了施工效率提高，為施工進(jìn)度管控提供了有效的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 水磨鉆成孔技術(shù)應(yīng)用原理

水磨鉆包括專用水泵、水磨鉆筒和水磨鉆機(jī)多個結(jié)構(gòu)所組成，其中水磨鉆包括3～5個鉆筒，一個鉆筒上安裝了7個刀頭。在鉆孔作業(yè)中水磨鉆鉆孔會呈現(xiàn)為圓環(huán)狀，對樁芯、樁壁進(jìn)行了分離，對巖芯進(jìn)行分塊處理，鉆出小孔。在小孔內(nèi)放入鋼楔子，可以對巖石部分進(jìn)行持續(xù)錘擊，直到巖石拉裂，形成破裂小塊巖石，利用提升系統(tǒng)可以及時將小塊巖石運(yùn)出。在施工時，通過不斷循環(huán)上述工序的方式完成鉆孔作業(yè)，在鉆孔結(jié)束后安裝鋼筋籠并進(jìn)行混凝土灌注，施工結(jié)束。

2 水磨鉆成孔技術(shù)應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 優(yōu)點(diǎn)

水磨鉆孔技術(shù)具有適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)勢，即使在巖層質(zhì)地堅硬、山區(qū)陡坡等區(qū)域也可開展施工作業(yè)，有利于提升鉆進(jìn)效率，避免偏孔問題出現(xiàn)。在硬質(zhì)巖層施工中常規(guī)鉆機(jī)每天鉆進(jìn)深度為60 cm，水磨鉆相比常規(guī)鉆機(jī)而言工作效率提升1倍，即每天鉆進(jìn)深度為120 cm，可以滿足硬質(zhì)巖層施工鉆進(jìn)需求。

水磨鉆設(shè)備體積較小，運(yùn)輸方便，具有靈活性的優(yōu)勢，不需要占據(jù)過多的操作空間，相比于大型鉆機(jī)設(shè)備而言更加容易操作。施工時不會出現(xiàn)過大噪聲，也不會導(dǎo)致泥漿迸濺，符合綠色環(huán)保施工要求，減輕了施工污染。水磨鉆不會給周圍其他巖層結(jié)構(gòu)造成擾動，施工標(biāo)準(zhǔn)化水平高，在鉆孔作業(yè)結(jié)束后，圍巖結(jié)構(gòu)仍然處于完整狀態(tài)，混凝土灌注量也較少。

2.2 缺點(diǎn)

水磨鉆施工具有一定的安全隱患，屬于一種人工鉆孔技術(shù)，需要相關(guān)人員前往井下進(jìn)行施工作業(yè)，要求技術(shù)人員具備專業(yè)的安全意識和技術(shù)能力，且在作業(yè)中容易出現(xiàn)觸電或者窒息等安全問題。技術(shù)人員需要嚴(yán)格遵守操作規(guī)范和要求，井上人員需要加強(qiáng)用電安全管理，協(xié)助技術(shù)人員做好安全防護(hù)。

水磨鉆施工時造價水平相對較高，和沖擊鉆鉆孔作業(yè)模式相比造價水平提升幅度較大，特別是水磨鉆應(yīng)用在地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜區(qū)域時，進(jìn)一步增加了造價成本。

水磨鉆施工流程較為復(fù)雜，施工工序較多，并且在施工中需要不斷重復(fù)每個工序，對工序質(zhì)量要求較高，容易給施工進(jìn)度和質(zhì)量帶來影響。因此應(yīng)當(dāng)重視加強(qiáng)工序循環(huán)質(zhì)量管理，確保每個循環(huán)可以有效推進(jìn)。

3 水磨鉆成孔技術(shù)在公路橋梁樁基施工中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 測量放樣

利用挖掘機(jī)對施工場地進(jìn)行整理，將施工區(qū)域內(nèi)存在的雜物進(jìn)行清除，保證施工場地處于平整潔凈狀態(tài)。對排水坡度和施工便道進(jìn)行質(zhì)量評估，要求排水坡度符合施工要求，施工便道處于暢通狀態(tài)。根據(jù)施工設(shè)計圖紙對樁基中心點(diǎn)進(jìn)行明確，進(jìn)行測量放樣工作，要求測量放樣誤差控制在合理范圍內(nèi)。在鉆孔開挖前將樁中心區(qū)域作為起點(diǎn)，按照從中心向周圍的原則將護(hù)樁引出，在其附近使用混凝土進(jìn)行保護(hù)。

3.2 鎖口施工

明確樁中心區(qū)域后按照中心十字的標(biāo)準(zhǔn)放線，在樁徑的基礎(chǔ)上增加60 cm明確鎖口，利用混凝土在鎖口處進(jìn)行澆筑，使其成矩形狀。澆筑高度應(yīng)當(dāng)超出地面，超出幅度約30 cm即可。澆筑作業(yè)結(jié)束后，對附近的場地環(huán)境進(jìn)行平整處理，利用7.5號水泥砂漿抹面，抹面厚度為1 cm。鎖口施工作業(yè)結(jié)束調(diào)整高程，一直到達(dá)井臺上方，將其作為樁底高程的控制基礎(chǔ)。

對施工區(qū)域的地質(zhì)狀況進(jìn)行細(xì)致勘查，了解水文地質(zhì)條件，測量地下水的實(shí)際位置，分析是否存在河谷侵蝕面過大的問題。重點(diǎn)對孔內(nèi)的水進(jìn)行及時抽出，在每個孔洞放置大功率抽水泵，以確保將滲出的水快速抽出。

3.3 支架安裝、護(hù)壁施工

在井臺上方搭設(shè)鋼管防雨支架，完成卷揚(yáng)機(jī)以及滑輪提升系統(tǒng)的安裝，測試滑輪提升系統(tǒng)是否可以正常運(yùn)行，確保在后續(xù)施工中可以有序推進(jìn)施工進(jìn)度。在支架頂端位置搭設(shè)防水棚，避免在下雨時有雨水進(jìn)入到鉆孔內(nèi)部。在鉆孔開挖的過程中，進(jìn)行護(hù)壁施工，將C30 現(xiàn)澆混凝土作為護(hù)壁施工的主要材料。混凝土厚度參數(shù)的設(shè)定需要根據(jù)地質(zhì)條件以及施工設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

澆筑混凝土?xí)r，需要對坍落度進(jìn)行控制，要求其處于8～10 cm，使用吊頂對混凝土進(jìn)行不斷運(yùn)輸，及時利用鋼釬對混凝土進(jìn)行振搗。混凝土澆筑結(jié)束后需要對其強(qiáng)度進(jìn)行檢測，強(qiáng)度必須要超過2. 5MPa才可以進(jìn)行拆模。根據(jù)0.05 m 以上的長度以內(nèi)八字形式對護(hù)壁材料實(shí)施精準(zhǔn)搭接，護(hù)壁模板由8塊模板共同連接所形成，對鋼模板的形狀和質(zhì)量進(jìn)行檢測。為了提升護(hù)壁施工質(zhì)量，在其模板內(nèi)部安裝Φ8@150鋼筋網(wǎng)片，并做好設(shè)計長度預(yù)留（至少為8 cm），確保下段護(hù)壁模板可以進(jìn)行有效連接[1]。

3.4 卷揚(yáng)機(jī)配合料筒出渣

在開挖鉆進(jìn)作業(yè)中，利用吊桶裝卸土石方以及鉆進(jìn)時產(chǎn)生的棄渣，通過電動卷揚(yáng)機(jī)將吊桶吊出孔內(nèi)，將其放在臨時存放區(qū)域即可。在卷揚(yáng)機(jī)使用過程中，需要對其配重進(jìn)行合理調(diào)整，測定料筒可以承載的最大質(zhì)量數(shù)值，檢測卷揚(yáng)機(jī)抗傾覆性能以及鋼絲繩破斷拉力值，保證施工安全性，防止出現(xiàn)突然掉落的問題。

在進(jìn)行出渣作業(yè)時，要求對提升速度進(jìn)行調(diào)整，盡可能放慢速度，避免在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)鋼絲繩不斷搖晃的現(xiàn)象。裝料量應(yīng)當(dāng)在料筒平面以下，不能為了一次性裝載過多土料而忽略裝料量。在起吊設(shè)備上安裝限位器以及防脫保險銷，加強(qiáng)安全防護(hù)，防止中途掉落。卷揚(yáng)機(jī)兩側(cè)均需要保持在平衡狀態(tài)，對起重架安裝的牢固性進(jìn)行檢測。

3.5 樁孔開挖要點(diǎn)

在開挖環(huán)節(jié)中，水磨鉆機(jī)要始終保持套筒向孔樁外壁側(cè)傾斜的狀態(tài)。操作時，套筒的起點(diǎn)處于設(shè)計孔樁邊線的下方位置，防止出現(xiàn)縮孔的問題，提升成孔質(zhì)量水平，確保截面尺寸的準(zhǔn)確度。

樁孔開挖選擇分節(jié)段式開挖模式，根據(jù)不同的巖層結(jié)構(gòu)選擇相應(yīng)的開挖模式，土層開挖時施工人員利用尖鎬、鐵鍬等工具進(jìn)行開挖作業(yè)。在遇到中-強(qiáng)風(fēng)化層硬巖結(jié)構(gòu)則使用風(fēng)鎬、水磨鉆進(jìn)行開挖作業(yè)。樁孔開挖深度低于1 m，根據(jù)施工要求完成鋼筋綁扎作業(yè)，為第一節(jié)護(hù)壁進(jìn)行模板安裝。按照樁孔的中心位置對模板參數(shù)和位置實(shí)施校正，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的牢固程度，支護(hù)結(jié)構(gòu)搭設(shè)結(jié)束后進(jìn)行混凝土澆筑，對護(hù)壁進(jìn)行持續(xù)振搗。在施工時，觀察第一節(jié)護(hù)壁軸線的位置情況，要求其偏差范圍在20 mm以內(nèi)。在地下施工作業(yè)時，根據(jù)階段以節(jié)段循環(huán)順序?qū)嵤┦┕ぃ沂┕ど疃仍?.5～0.6 m。

開挖樁孔深度設(shè)定為0.6 m，孔徑為16 cm。在使用鉆孔進(jìn)行施工作業(yè)時，要求鉆機(jī)始終貼著孔壁的內(nèi)部邊線操作。當(dāng)鉆機(jī)將巖芯取出之后，巖石壁和巖石間構(gòu)成臨空面，選擇其他鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)（要求鉆進(jìn)直徑為3 cm），繼續(xù)持續(xù)向下進(jìn)行鉆進(jìn)，到達(dá)30 cm深度時利用撬棍及時取出巖芯。及時對孔內(nèi)存在的雜物進(jìn)行清理，避免大量雜物堆積影響樁基成孔質(zhì)量，在實(shí)際施工中需要根據(jù)施工流程對孔內(nèi)進(jìn)行有效清理。

如果在鉆孔作業(yè)中，發(fā)現(xiàn)裂隙滲水或者存在較為嚴(yán)重的積水問題，應(yīng)當(dāng)通過抽水泵將積水從鉆孔內(nèi)部抽出。在鉆孔深度已經(jīng)到達(dá)5 m后，利用空壓機(jī)進(jìn)行高壓通風(fēng)，從鉆孔底部開始向鉆孔內(nèi)部吹風(fēng)，防止施工作業(yè)人員在孔底出現(xiàn)窒息的問題[2]。

3.6 終孔檢查

鉆孔開挖深度和設(shè)計高程相一致時，需要針對鉆孔的各項參數(shù)進(jìn)行自主檢查，包括樁徑、高程數(shù)據(jù)以及垂直度，確保在施工過程中沒有出現(xiàn)過大的誤差。達(dá)到開挖要求后，對鉆孔內(nèi)部沉渣進(jìn)行及時清理，確保鉆孔內(nèi)部積水完全被抽出，再向監(jiān)理工程師發(fā)出報驗申請。

在驗收合格后，吊裝檢孔器，要求該裝置的中心位置和鉆孔中心相對應(yīng)，檢孔器主要由鋼筋制作而成，高度為8 m，外徑為2.2 m。成孔質(zhì)量合格的標(biāo)準(zhǔn)為傾斜度低于0.5%，樁孔中心偏差幅度控制在50 mm以內(nèi)。

3.7 鋼筋籠安裝技術(shù)要點(diǎn)

3.7.1 鋼筋存放

鋼筋質(zhì)量和鋼筋籠施工質(zhì)量之間聯(lián)系緊密。在橋梁樁基施工過程中，需要對鋼筋類型進(jìn)行明確分析，對鋼筋質(zhì)量進(jìn)行檢查驗收，確保鋼筋性能符合施工要求。根據(jù)鋼筋種類、鋼筋等級、規(guī)格型號以及鋼筋生產(chǎn)廠家，采取分批次驗收模式，對不同鋼筋進(jìn)行標(biāo)識，放置在合適的區(qū)域進(jìn)行存放。

鋼筋在存放時，需要使用墊木進(jìn)行加高處理，要求鋼筋和地面之間的距離至少為50 cm。鋼筋使用前，要清理其外部存在的油污以及銹皮，保證鋼筋不存在其他的污染問題。也需要調(diào)整盤狀存儲鋼筋和出現(xiàn)彎曲問題的鋼筋，使其保持完全順直狀態(tài)，提升鋼筋平滑性。

3.7.2 套筒連接

以鋼筋籠設(shè)計長度為基礎(chǔ)實(shí)施鋼筋下料，相同截面接頭數(shù)應(yīng)當(dāng)占主筋總數(shù)50%，接頭以及鋼筋受力彎曲點(diǎn)之間的距離按照鋼筋直徑進(jìn)行計算，至少為直徑的10倍。計算鋼筋外部混凝土保護(hù)層的厚度參數(shù)，要求連接套橫向間距超過25 mm。

對鋼筋絲頭加工時，使用水溶性溶液進(jìn)行切削，調(diào)整加工環(huán)境溫度，按15%～20%的比例適當(dāng)加入一定量亞硝酸鈉。根據(jù)套筒長度進(jìn)行鋼筋絲頭長度計算，即1/2套筒長度。將鋼筋擰緊后，要求外部露出的直螺紋接頭絲扣數(shù)量需要控制在2個螺距以下，且鋼筋端頭需要位于連接頭中心區(qū)域，偏差應(yīng)當(dāng)小于1個螺距。

對鋼筋進(jìn)行順直調(diào)整后準(zhǔn)備下料，此時要求鋼筋斷面以及軸線二者互相垂直。鋼筋套絲使用鋼筋螺紋套絲機(jī)加工。如果鋼筋絲頭屬于加鎖母型，應(yīng)當(dāng)根據(jù)套筒的順序依次將其擰入，一直到標(biāo)準(zhǔn)絲頭一側(cè)。套筒端不能有完整的外露絲扣，如果有該問題出現(xiàn)應(yīng)當(dāng)做好標(biāo)記，對絲頭長度實(shí)施監(jiān)測[3]。

3.7.3 加強(qiáng)圈焊接

加強(qiáng)圈焊接的過程中，選擇雙面搭接焊技術(shù)，利用點(diǎn)焊模式完成焊接作業(yè)。在焊接過程中，需要對焊縫進(jìn)行檢查，保證其處于平整飽滿的狀態(tài)，避免焊縫不平整導(dǎo)致后期使用性能不佳。焊接時，需要觀察是否有燒筋、氣泡以及咬筋等表現(xiàn)，如果發(fā)現(xiàn)問題立即進(jìn)行處理。

3.7.4 檢測管、鋼筋骨架安裝

在檢測管安裝時，樁基需要安裝7根檢測管，其中4根要求樁徑超過 Φ1.5 m，其余3根需要控制在 Φ1.5以下。檢測管每節(jié)段的長度均設(shè)定為8 m，在節(jié)段與節(jié)段之間需要及時利用套管進(jìn)行連接。鋼筋籠使用平板車進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)處理，使用25 t汽車起重機(jī)進(jìn)行吊裝，按照不同的節(jié)段分別將鋼筋籠放到孔洞內(nèi)。在鋼筋骨架上下分別設(shè)置吊點(diǎn)，上部和下部吊點(diǎn)分別利用主吊、復(fù)吊進(jìn)行起吊。

3.8 混凝土灌注施工技術(shù)要點(diǎn)

在樁基混凝土灌注時，要確保鉆孔內(nèi)部不存在滲水以及積水問題，并對料斗位置進(jìn)行固定。由專門的技術(shù)人員進(jìn)入鉆孔內(nèi)，將鋼串筒懸掛在料斗的底口位置，按照鉆孔的深度設(shè)定懸掛數(shù)量，要求最后一節(jié)和鉆孔底部距離超過2 m。

使用運(yùn)輸車進(jìn)行混凝土輸送。孔內(nèi)和孔外施工人員需要同時配合，當(dāng)混凝土的液面上升30 cm之后，需要先停止供應(yīng)混凝土料，保證混凝土得到充分振搗之后，再次進(jìn)行施工。根據(jù)混凝土液面的升高情況逐節(jié)拆除鋼串筒。

水下混凝土灌注需要對導(dǎo)管進(jìn)行編號，要求導(dǎo)管的位置處于鉆孔中心處之后，再向下進(jìn)行混凝土灌注。在首盤灌注結(jié)束后，導(dǎo)管埋深需要超過1 m，灌注時利用細(xì)鋼線測線、平底錐形測錘檢測混凝土面高程。

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)挖孔技術(shù)主要通過爆破成渣的手段進(jìn)行施工，在施工中需要大量炸藥。爆破會給周圍巖體以及建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)帶來明顯影響，施工穩(wěn)定性不足，容易出現(xiàn)風(fēng)險事故。水磨鉆成孔技術(shù)的應(yīng)用解決了公路橋梁樁基施工難題，優(yōu)化了現(xiàn)有施工流程，滿足了成孔技術(shù)需求，避免了地質(zhì)環(huán)境給施工活動帶來的限制和影響，適合對振動干擾影響要求較高的施工項目中應(yīng)用。

在水磨鉆成孔施工中，需要關(guān)注每個循環(huán)的鉆進(jìn)量，加強(qiáng)成孔傾斜管理，當(dāng)鉆進(jìn)到中風(fēng)化層前需要做好護(hù)壁施工。在施工時，對鉆孔質(zhì)量水平進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，避免由于成孔偏移而出現(xiàn)垂直度偏差。隨著鉆孔深度不斷增加，應(yīng)當(dāng)及時給予適當(dāng)?shù)陌踩Ｗo(hù)措施，并策劃應(yīng)急預(yù)案，對孔內(nèi)排水、通風(fēng)、照明等問題進(jìn)行處理，強(qiáng)化施工安全性。

參考文獻(xiàn)

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[3] 劉妍.高速公路橋梁樁基施工中人工挖孔水磨鉆技術(shù)的應(yīng)用[J].運(yùn)輸經(jīng)理世界，2021（23）：120-122.