周　澍， 郭　攀

(1.湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 吉首　416000；　2.鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院， 河南 鄭州　450001)

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臨近既有結(jié)構(gòu)的基樁施工措施分析

周澍1， 郭攀2

(1.湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 吉首416000；2.鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院， 河南 鄭州450001)

摘要：臨近既有結(jié)構(gòu)的基樁施工時(shí)，必須保證既有結(jié)構(gòu)的安全，故其施工措施需要特別重視。以永吉高速公路臨近既有運(yùn)營(yíng)高速公路的樁基礎(chǔ)施工為例，對(duì)臨近既有橋梁的基樁施工措施進(jìn)行分析。通過方案比選，對(duì)水磨鉆法施工技術(shù)措施進(jìn)行研究、總結(jié)。實(shí)踐表明，該施工措施不僅確保了既有橋梁基樁的安全，而且加快了施工進(jìn)度，達(dá)到了預(yù)期的效果，可為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：既有結(jié)構(gòu)； 橋梁樁基； 措施分析； 水磨鉆法

1工程概況

永吉高速石家寨互通加寬橋位于湖南省吉首市寨陽鄉(xiāng)境內(nèi)，其中石家寨左線1#加寬橋與既有石家寨高架橋相接；上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力后張法砼4×40 m的T梁，先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)。橋跨處于變寬段，凈寬變化范圍為3.9～9.3 m，全橋平面位于R=800 m的圓曲線上。1#墩為D 1.8 m獨(dú)柱墩，與既有橋梁墩柱凈距2.86 m，圓柱高3.57 m。2#墩為D 1.8 m+D 2.0 m獨(dú)柱墩，與既有橋梁墩柱凈距3.49 m，圓柱高27.05 m。3#墩和4#墩均為雙柱墩，承臺(tái)配樁基，墩柱直徑為D 1.8 m+D 2.0 m+D 2.2 m，與既有橋梁墩柱凈距2.0 m?；鶚毒鶠榍稁r樁。橋位示意如圖1所示。

圖1　新建樁基礎(chǔ)地貌、位置圖示意圖

2施工方案的選擇

根據(jù)上述的工程概況可知，永吉高速樁基施工主要存在以下兩個(gè)特點(diǎn)與難點(diǎn)：

1) 新建橋梁樁基位于陡峭山坡和原高速公路棄渣場(chǎng)上，施工現(xiàn)場(chǎng)受地形限制，大型設(shè)備無法運(yùn)至墩位，無法布設(shè)泥漿池等設(shè)施。

2) 新建橋梁樁基緊鄰既有線路，樁基施工過程中不能有較大振動(dòng)而影響既有橋梁結(jié)構(gòu)。

目前，常見的樁基成孔方法有沖擊鉆成孔、旋轉(zhuǎn)鉆成孔、爆破成孔、靜態(tài)爆破成孔、人工風(fēng)鎬開挖成孔等。其中沖擊鉆、旋轉(zhuǎn)鉆成孔方法因需大型設(shè)備，爆破成孔振動(dòng)大，影響既有橋梁結(jié)構(gòu)安全，靜態(tài)爆破施工成本高，人工風(fēng)鎬開挖成孔雖然從工藝上滿足要求，但由于效率低、施工環(huán)境惡劣也不適宜，而水磨鉆成孔進(jìn)度較快，產(chǎn)生擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，避免了爆破施工，減少了安全隱患，最適宜緊鄰既有運(yùn)營(yíng)高速公路樁基施工。

3水磨鉆施工技術(shù)

水磨鉆施工原理：采用鉆孔取芯機(jī)在樁孔周邊開挖線鉆孔取芯，使樁孔圓周形成空心槽，再以劈裂機(jī)劈裂中部巖體，以水平?jīng)_擊力使巖石沿劈裂面拉裂，底部發(fā)生水平剪切破裂，以電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)出渣。過程中必須保證鉆頭處于冷卻水中．同時(shí)冷卻水流保有一定壓力對(duì)鉆頭直接進(jìn)行沖洗，使之不淤鉆、卡鉆，因此該工藝俗稱“水鉆法”。

3.1施工設(shè)備

1) 取芯機(jī)：HZ15-A型，鉆孔直徑160 mm，最大鉆孔深600 mm，功率為2.5 kW。水磨鉆主要有水磨鉆機(jī)、水磨鉆筒和專用水泵三部分組成。如圖2所示。一般一個(gè)水磨鉆機(jī)配備2～3水磨鉆筒，一個(gè)水磨鉆筒上有8個(gè)刀頭。水磨鉆筒外徑為16 cm，內(nèi)徑為14 cm，壁厚度為1.2 cm，高度為62 cm，一個(gè)循環(huán)可鉆60 cm。專用水泵外徑為12 cm，高度為40 cm，非常適用于樁基孔底入巖施工，水磨鉆構(gòu)造圖見圖2。

2) 水泵：Q(D)X1.5-25-0.55 J，流量1.5 m3/h，揚(yáng)程25 m，功率0.5 kW。

3) 卷揚(yáng)機(jī)：Y132S-4，鋼絲繩額定拉力10 kN，功率5.5 kW。

4) 通風(fēng)機(jī)：功率1 500 W。

圖2　水磨鉆結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.2施工方法

水磨鉆進(jìn)行樁基施工，其鋼筋、混凝土等施工工藝與傳統(tǒng)施工工藝相同，此處不再贅述，本文著重介紹成孔工藝，如圖3所示。

圖3　水磨鉆施工工藝流程

1) 粗放緊鄰既有線墩臺(tái)位置點(diǎn)及原地面高程，根據(jù)位置點(diǎn)規(guī)劃施工道路、平整緊鄰既有線的墩臺(tái)施工場(chǎng)地，施工場(chǎng)地平面高程以設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高為準(zhǔn)。

2) 精準(zhǔn)測(cè)量放樣，全站儀放出緊鄰既有線樁基礎(chǔ)的中心點(diǎn)并用水泥釘和紅油漆標(biāo)記，為保證下挖樁基礎(chǔ)的垂直度，需根據(jù)中心點(diǎn)外引護(hù)樁。

3) 根據(jù)放樣點(diǎn)開挖緊鄰既有線樁基，用常規(guī)施工樁基礎(chǔ)土層及松軟石層，初始進(jìn)入風(fēng)化巖層再將鉆機(jī)就位，固定鉆機(jī)位置，保證套筒向孔樁側(cè)壁外傾一定角度，為了在下循環(huán)施工可以保證鉆機(jī)就位后套筒起鉆點(diǎn)能置于設(shè)計(jì)孔樁邊線面不致造成縮孔，此措施將使樁孔呈節(jié)段倒合體，保證成孔截面尺寸。

4) 水磨鉆取芯，調(diào)整水磨鉆設(shè)備，使設(shè)備傾斜角度不小于15°，采用直徑為160 mm的混凝土取芯機(jī)沿樁基設(shè)計(jì)樁徑圓周取出高約為50 cm的圓柱體巖芯，形成一個(gè)圓周臨空面，再采用鉆芯機(jī)在剩余的巖石層鉆孔，然后沿易劈面巖石層按間距50 cm布置孔間距，孔深為60 cm，沿難劈面巖石層按間距30 cm布置孔間距，孔深為40 cm。然后用液壓劈裂機(jī)劈裂中部巖體，以水平?jīng)_擊力使巖石沿錘面拉裂，底部發(fā)生水平剪切破裂。鉆孔取芯及成孔圖見圖4。布孔需保證孔距、孔深鉆鑿排孔平行，其能避免造成劈裂面凹凸不平，保證巖石層在液壓劈裂機(jī)的劈裂下迅速開裂。

圖4　鉆孔取芯成孔圖

5) 劈裂巖石成小型塊狀裝桶采用電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)出渣，桶內(nèi)裝渣高度宜比桶低10 cm。

6) 緊鄰既有線的水磨鉆樁基護(hù)壁的施工時(shí)，在既有線樁基礎(chǔ)底部上8.3 m和低于既有樁基礎(chǔ)底標(biāo)高區(qū)域均需澆筑厚度50 cm的加厚護(hù)壁并同時(shí)在護(hù)壁內(nèi)按間距15 cm布置Φ12 mm和Φ16 mm的鋼筋，每節(jié)護(hù)壁鋼筋需伸入下節(jié)護(hù)壁內(nèi)5 cm，其他節(jié)段只需按常規(guī)挖孔施工護(hù)壁。加厚護(hù)壁有效保證了既有運(yùn)營(yíng)橋梁安全和孔內(nèi)施工的安全，并解決了受地勢(shì)高差不均而產(chǎn)生的巨大側(cè)壓力對(duì)既有和新建樁基的質(zhì)量問題。

7) 水磨鉆施工樁基時(shí)需每施工一節(jié)段測(cè)試一次孔內(nèi)水位變化情況并檢查水磨鉆機(jī)底端的刀頭磨損情況。對(duì)于水位變化較大時(shí)需分析原因并進(jìn)行抽水再進(jìn)行下挖；對(duì)于刀頭磨損較大需立即更換刀頭并保證8個(gè)刀頭底部齊整。

8) 樁基礎(chǔ)水磨鉆施工一般2根樁基配置1臺(tái)水磨鉆機(jī)，3個(gè)水磨鉆筒、1臺(tái)劈裂機(jī)、2臺(tái)電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)、渣桶以及2個(gè)水磨鉆鉆機(jī)操作工、2個(gè)卷揚(yáng)機(jī)起重工。

3.3水磨鉆施工控制要點(diǎn)

1) 施工前要認(rèn)真分析挖孔樁處地質(zhì)鉆探資料，查明樁基礎(chǔ)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、基巖風(fēng)化層厚度、破碎程度、軟弱夾層情況和地下水的狀態(tài)，對(duì)施工中常遇到的問題應(yīng)采取相應(yīng)的解決辦法，并針對(duì)可能出現(xiàn)的問題編制可行的應(yīng)急處理措施。

2) 在施工過程中一般會(huì)遇到裂隙發(fā)育、具有一定滲水的地層，要首先制定防滲措施，然后再進(jìn)行具體操作。若施工過程中遇到裂隙輕微、滲水量小的地層應(yīng)在已成形的孔壁上，以充填、滲透和擠密的形式把灌漿材料充填到縫隙中，壓力灌漿材料可選擇粉煤灰、早強(qiáng)型水泥混凝土、石灰粘土混合料等；若在施工過程中遇到裂隙發(fā)育、滲水量大的地層，應(yīng)先擴(kuò)孔后再立鋼模板，然后再澆筑孔壁混凝土。當(dāng)相鄰樁孔在澆灌混凝土?xí)r，未成孔的樁基礎(chǔ)要停止掘進(jìn)，確保施工質(zhì)量和施工安全。

3) 在水磨鉆鉆進(jìn)時(shí)需連續(xù)不間斷地關(guān)注水磨鉆施工進(jìn)度及擴(kuò)孔系數(shù)的合理匹配。在施工目標(biāo)保持不變，且具備同樣的水磨鉆設(shè)備及施工條件的情況下，減少鉆機(jī)的工作總量，可以加快施工進(jìn)度，但不一定就能減小擴(kuò)孔系數(shù)，所以掌握好兩者間的合理匹配顯得尤為關(guān)鍵；為了保證孔位位置準(zhǔn)確，每下挖500 mm進(jìn)行樁孔周壁的清理，校核樁孔的直徑和垂直度。

4施工成果及對(duì)比分析

緊鄰既有運(yùn)營(yíng)高速公路橋梁樁基(圓孔樁基)開挖施工工藝在經(jīng)過組織專家論證后開始引入水磨鉆施工技術(shù)。項(xiàng)目部順利完成了緊鄰既有運(yùn)營(yíng)高速公路橋梁樁基礎(chǔ)水磨鉆的施工。在施工過程中未出現(xiàn)塌孔，無安全事故，有效的保證了在建緊鄰既有運(yùn)營(yíng)高速公路橋梁樁基礎(chǔ)的施工安全和既有高速公路的運(yùn)營(yíng)安全，收到了預(yù)期的效果。

通過現(xiàn)場(chǎng)施工控制，水磨鉆挖孔技術(shù)與常規(guī)挖孔技術(shù)具有以下幾個(gè)方面的可對(duì)比性(見表1)。

表1 弱風(fēng)化灰?guī)r下水磨鉆挖孔技術(shù)與常規(guī)挖孔技術(shù)對(duì)比分析表序號(hào)對(duì)比項(xiàng)目施工技術(shù)種類水磨鉆技術(shù)常規(guī)不爆破挖孔技術(shù)備注1進(jìn)度0.30m/d0.1m/d常規(guī)爆破挖孔技術(shù)0.6m/d2投入挖孔設(shè)備水磨鉆+劈裂機(jī)風(fēng)鎬+空壓機(jī)3擴(kuò)孔系數(shù)1.20,成孔規(guī)則平均1.35,成孔不規(guī)則4周圍環(huán)境限制無限制受臨近既有線公路或居民區(qū)限制常規(guī)爆破挖孔有飛石出現(xiàn)5噪音微小較大6震動(dòng)微弱較大7其他孔壁滲水量較小不受材料限制孔壁滲水量較大受材料限制

1) 兩種施工技術(shù)在總體施工進(jìn)度上相差較大，常規(guī)挖孔施工附帶的問題較多，比如在施工過程中造成的震動(dòng)和噪音，這是臨近既有線施工所不允許的。

2) 水磨鉆施工成孔質(zhì)量易于控制，不存在欠挖現(xiàn)象，但由于沿護(hù)壁弧線方向施工，為確保施工效率，作業(yè)時(shí)需進(jìn)行超挖，超挖部分需在澆筑節(jié)段混凝土護(hù)壁，相對(duì)常規(guī)挖孔技術(shù)水磨鉆施工技術(shù)能有效控制超灌混凝土量。

3) 橋址兩邊有既有運(yùn)營(yíng)公路橋梁，常規(guī)挖孔、沖擊鉆、旋挖鉆施工均會(huì)產(chǎn)生較大噪音和震動(dòng)，對(duì)環(huán)境、既有運(yùn)營(yíng)公路及附近居民會(huì)產(chǎn)生非常大的影響。采用水磨鉆挖孔施工技術(shù)后，確保了既有運(yùn)營(yíng)公路運(yùn)營(yíng)安全，且保證了緊鄰既有線橋梁樁基礎(chǔ)施工的順利完成。同時(shí)，由于不存在爆破安全隱患，施工安全性提高了。

5水磨鉆施工技術(shù)的優(yōu)越性

從實(shí)施效果中可以看出，水磨鉆施工技術(shù)具有如下優(yōu)越性：

1) 低噪音，擾動(dòng)小。水磨鉆施工作業(yè)發(fā)出的聲音基本上來源于鉆取巖體時(shí)設(shè)備與巖體的磨切，而其響聲有限，對(duì)附近居民的生活不會(huì)構(gòu)成太大影響。

2) 不破壞巖體，增加了安全保證。水磨鉆施工技術(shù)基本上不會(huì)對(duì)巖體造成擾動(dòng)、破壞，增加了安全保證。

3) 施工進(jìn)度較快，不受材料供應(yīng)及環(huán)境的影響。水磨鉆施工無需使用任何材料，且不受天氣及周圍環(huán)境影響，確保了施工進(jìn)度。

4) 成孔質(zhì)量好，擴(kuò)孔系數(shù)可控。水磨鉆施工成孔規(guī)則，超挖欠挖控制良好，所以可大大降低混凝土的超灌幾率，減小了損失。

6結(jié)束語

從永吉高速石家寨互通左線1#加寬橋基樁施工措施來看，水磨鉆孔樁具有機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)單，施工操作方便，占用場(chǎng)地小，無泥漿排出，施工質(zhì)量可靠，可全面展開施工，縮短工期，造價(jià)低，與其他成孔方式相比，避免了爆破施工，特別適用于臨近既有線的樁基施工，可以安全、優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保地完成施工任務(wù)，對(duì)受既有結(jié)構(gòu)限制的山區(qū)高速公路施工具有一定的借鑒意義。

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中圖分類號(hào)：U 445.55

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-844X(2016)01-0109-04