游征宇、吳澤海

（江西省嘉和工程咨詢監(jiān)理有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

橋梁樁基工程對質(zhì)量穩(wěn)定性要求高，特別是在一些特殊地質(zhì)條件下，基礎施工時很容易出現(xiàn)樁基下沉、坍塌等問題，因此在橋梁樁基施工時應當重視成孔技術的選擇。水磨鉆成孔技術是當前橋梁樁基成孔的關鍵技術，具備成孔穩(wěn)定性強、操作方便等優(yōu)勢，得到廣泛應用，對提升橋梁項目整體建設效果有重要作用。

1 水磨鉆成孔技術

水磨鉆主要是由鉆機設備與水泵以及鉆筒組合而成，每一部分都會影響系統(tǒng)運行。一般情況下，每個水磨搭配3～5 個水磨鉆筒，其中一個鉆筒中包含7個鉆頭。在水磨鉆現(xiàn)場作業(yè)的階段，通過鉆機沿著標注的位置鉆入多個孔，將相鄰孔連接，組合成為閉合的環(huán)形結(jié)構，形成樁芯的臨空面，可以使樁芯與樁壁分離。對巖芯部分分塊，需要在巖芯上鉆出一排孔，插入鋼釬，經(jīng)過錘擊打入結(jié)構，使巖石表面開裂，達到剪切破裂的效果，形成多個小塊。發(fā)揮提升系統(tǒng)的作用，將分解后的巖塊直接吊出孔洞，為后續(xù)的施工順利實施奠定基礎。在現(xiàn)場施工中，用分層的方式處理各個結(jié)構，不斷深入施工，形成施工孔，然后開展鋼筋籠安裝以及混凝土灌注施工工序[1]。

2 工程概況

2.1 項目資料

某橋梁公路線路總長度為170km，其中包含一座大型橋梁。設計方案為（87+158+87）m 變截面現(xiàn)澆連續(xù)剛構箱梁+3×30mPC 連續(xù)T 梁，有2 聯(lián)長度是434.5m，在橋梁的走向上設置為曲線的形式，T 梁采取折線的方式，應用懸臂展開內(nèi)外側(cè)曲線的調(diào)節(jié)，使用徑向方式設置。按照現(xiàn)場的施工需要，根據(jù)橋梁結(jié)構的布置分別在1 號、2 號主墩采取雙支薄壁墩方式，高度按照要求設置為19.315m 及17.785m；3 號使用空心薄壁墩的結(jié)構形式，墩高18.469m。除了上述幾種形式外，還有圓柱墩、灌注樁等結(jié)構，可以滿足道路交通的需要。

2.2 橋梁基礎總體施工方案

在此次橋梁項目的施工中，有3 個墩體布置在河流內(nèi)，為1、2、3 號墩。其中1、3 號墩布置在河岸位置上，施工在枯水期，采取筑島方式作業(yè)，明挖基坑方式施工；2 號墩設置在河流中心，由于當?shù)赜幸蛔娬舅畮欤允┕るy度較高，常見有水存在，需要建設一條鋼棧橋?qū)? 號墩和2 號墩連接起來，構筑施工作業(yè)平臺。經(jīng)過分析現(xiàn)場的情況，發(fā)現(xiàn)1 號墩的施工復雜性高，坡度大、傾斜明顯，加上現(xiàn)場作業(yè)空間比較小，受到地面結(jié)構硬度較大的影響，傳統(tǒng)的鉆機作業(yè)方式難以滿足施工要求。

3 1 號墩施工方法選擇

3.1 橋墩設計情況

橋梁1 號墩包含6 根直徑2.2m 的鉆孔灌注樁，樁頂標高86.5m，承臺尺寸（11.1×12.7×4.5）m，相關參數(shù)見表1。

3.2 地形地貌情況

1 號墩現(xiàn)場施工地形環(huán)境比較差，墩位地面坡度在40°左右，該項目的基坑開挖施工比較大。經(jīng)過現(xiàn)場技術人員的綜合分析，對比同類型的工程項目，最終對承臺標高的設計方案做出如下調(diào)整：承臺結(jié)構從原設計底標高82.5m 調(diào)整為86.5m，即提升4m；承臺頂部標高為91m，樁體結(jié)構的長度增加4m，底部標高不作任何調(diào)整，有助于施工的順利進行，還能防止雨季洪水沖擊；在承臺底部的懸空結(jié)構部位，應用素混凝土填充處理，結(jié)構達到密實、穩(wěn)定的標準。

3.3 水文地質(zhì)情況

分析地質(zhì)勘察報告結(jié)果，得出如圖1 所示的結(jié)果。該橋梁1 號墩的地質(zhì)表層為碎塊狀強風化變粒巖，裂隙有一定的發(fā)育，結(jié)構層厚度為1.7m 左右，向下到樁體結(jié)構標高上，層厚在22m 左右，全部是微風化變粒巖，以塊狀形式為主，并且結(jié)構強度較高，單軸抗壓強度為68.5MPa，最高達126.1MPa。這種地質(zhì)條件硬度較高，其巖面保持30°夾角。因為該橋墩布置在河岸邊，并且有較大的坡度存在，表面覆蓋層厚度小。在現(xiàn)場存在裂隙發(fā)育比較明顯的情況，以塊狀形式為主，巖芯基本完整，所以并未產(chǎn)生較多的裂隙水而影響工程施工。該地下巖層完整度高，整體性較好，所以滲水量很小。

圖1 1 號墩所處地質(zhì)縱斷面圖

3.4 鉆孔灌注樁的適應性分析

在1 號墩的位置上，經(jīng)過勘探后發(fā)現(xiàn)，地層巖石結(jié)構強度超過100MPa 的結(jié)構深度在15m 左右，并且以陡坡硬斜巖的形式為主，鉆進難度比較高。該位置的巖層傾角在30°左右，傳統(tǒng)的沖擊鉆、旋轉(zhuǎn)鉆不能開展工作，也難以達到垂直度的標準，要加強現(xiàn)場質(zhì)量管控。

3.5 水磨鉆技術優(yōu)勢分析

其一，在以往的施工中，傾斜巖石的鉆進施工難度高，容易產(chǎn)生偏孔的情況。如果應用水磨鉆成孔的方式，通過鉆孔取芯的作業(yè)方法，可以避免上述問題，對于提升工程質(zhì)量有積極作用。其二，在硬質(zhì)巖地質(zhì)條件下，一般需要常規(guī)鉆機24h 連續(xù)施工才能鉆進深度50～60cm，對于1000MPa 的巖石結(jié)構，鉆入深度僅有20～30cm。選用水磨鉆循環(huán)施工方式，12～14h 的鉆進深度就可以達到50～60cm，施工效率明顯提升，現(xiàn)場施工工期也會大幅縮短。其三，1 號墩建設在坡度較大的岸邊，現(xiàn)場施工空間比較小，大型鉆機難以快速運輸?shù)轿唬ャ@體積小，不需要大型設備搬運即可進行施工[2]。其四，水磨鉆現(xiàn)場施工的噪聲比較小，工程效益明顯。其五，水磨鉆穩(wěn)定性強，現(xiàn)場施工振動比較小，且不會對現(xiàn)有的建筑物結(jié)構造成過大的影響。該橋梁項目施工現(xiàn)場原有一座橋梁，已經(jīng)判定為危橋，新建設的橋梁與舊橋的距離為200m 左右。如果選用人工挖孔樁爆破的施工方式，會對舊橋造成較大的影響，所以不宜使用。水磨鉆現(xiàn)場施工不需要爆破作業(yè)，防止對其他建筑物結(jié)構造成不利影響。其六，成孔質(zhì)量水平較高，不會對圍巖產(chǎn)生過大的擾動，盡可能保持圍巖結(jié)構的完整性。成孔具備較好的規(guī)則性，超欠挖得以有效控制，混凝土的使用量也能得到有效控制。

3.6 施工方法選定

經(jīng)過對以上情況展開分析，在該橋梁項目中，水磨鉆成孔方案更加適用，所以最終工程單位選擇該工藝進行建設施工。

3.7 工序流程

水磨鉆施工階段的重要工序流程是：鉆孔—劈裂巖芯—解散巖芯—出碴—檢孔—護壁—拆模等，完成上述工序后進入下一個循環(huán)，如圖2 所示[3]。

圖2 水磨鉆樁基施工工序流程圖

4 水磨鉆成孔方案現(xiàn)場實施

4.1 筑島

該工程項目施工需要在枯水期內(nèi)進行，水位在87.0m 高程下開展，承臺靠岸一側(cè)邊坡根據(jù)1∶0.75 的坡率放坡開挖，再進行表面混凝土噴射防護施工。因為承臺處于硬巖結(jié)構內(nèi)，懸空結(jié)構應用素混凝土填充。筑島臨水邊坡根據(jù)1∶1 的坡率現(xiàn)場施工，對于水中坡腳，則應用拋石籠護腳，達到穩(wěn)定性標準。筑島平臺填筑到90.0m 高程，根據(jù)要求壓實施工，加強承臺尺寸控制，同時還要落實現(xiàn)場質(zhì)量管控措施，保證各個結(jié)構部分的性能合格。

4.2 水磨鉆成孔施工

4.2.1 樁位放樣

在現(xiàn)場施工開始前，進行測量網(wǎng)的設置，嚴格按照設計方案要求測量放線，確定樁位，提高施工現(xiàn)場的精確性水平，將木樁或者鋼釬打入地下樁孔中心，且位置偏差不超過50mm。

4.2.2 鎖口施工

鉆孔作業(yè)實施前，進行井圈鎖口的澆筑施工，并且在外部澆筑一個絞盤的支撐平臺，為整個結(jié)構的施工提供基礎。井圈鎖口使用C20 混凝土施工，厚度在30cm 以上，頂面超出基準面30cm 左右，并且中心線與軸線偏差在20mm 以內(nèi)。

4.2.3 護壁施工

開挖施工到中風化層之前，進行護壁施工極為重要，并在現(xiàn)場設置內(nèi)齒型護壁的方式，厚度在150mm左右位移。具體應滿足以下要求：現(xiàn)場施工每鉆進1m 的深度就要立即安裝鋼筋籠，澆筑混凝土；選擇C25 混凝土材料為宜，坍落度在8～10cm 之間，通過吊桶方式運輸混凝土；澆筑后，立即插入鋼釬進行振搗處理，達到密實度要求，在結(jié)構強度合格后再拆模。

4.2.4 水磨鉆開挖

經(jīng)過測量放樣確定現(xiàn)場尺寸后，再進行鉆機的固定，使套筒向孔樁側(cè)外傾一定的角度，在下一循環(huán)，保證鉆孔套筒的起點位置在設計孔樁邊線面，不會發(fā)生縮孔的問題，使得樁孔以節(jié)段存在，截面尺寸符合標準要求，不會影響工程質(zhì)量[4]。

4.2.5 卷揚機配合料筒出碴

在出碴施工中，通過卷揚機聯(lián)合料筒的方式進行。將鉆進之后獲取的巖芯，分塊后直接裝入料筒，通過電動卷揚機提升到地面，然后倒入推車，運輸?shù)脚R時存料場，以滿足現(xiàn)場施工的要求。為了保證現(xiàn)場起重施工的安全性，鋼絲繩在吊裝階段沒有發(fā)生斷裂、卷揚機不會出現(xiàn)傾覆等問題，要根據(jù)現(xiàn)場應用的鋼絲繩直徑、料筒最大裝載質(zhì)量、卷揚機配重等參數(shù)，合理地確定鋼絲繩的破斷拉力以及卷揚機的抗傾覆能力，達到系統(tǒng)運行的安全性標準。對出碴提升的環(huán)節(jié)嚴格控制，具體應落實下述措施：

第一，材料裝載完成后，不能超出料桶頂面；第二，起重機提升料桶的環(huán)節(jié)，保持緩慢、平穩(wěn)，防止出現(xiàn)擺動劇烈的情況；第三，在起重設備內(nèi)，必須設置限位器、防脫保險裝置；第四，通過土包配重的方式施工，保證卷揚機的兩側(cè)達到平衡狀態(tài)，整個機架結(jié)構達到平穩(wěn)、牢固的要求，以免引發(fā)安全事故。

5 水磨鉆的缺點及應對措施

其一，水磨鉆作業(yè)的危險性較高。在水磨鉆施工環(huán)節(jié)，應用人工挖孔樁的方法建設施工。該環(huán)節(jié)施工都是在井下空間進行，如果現(xiàn)場管理不到位，容易發(fā)生墜物、打擊、觸電、窒息等情況，威脅施工人員的生命安全。因此，應落實施工人員的安全知識培訓，加強現(xiàn)場的電力設施配置，提升現(xiàn)場施工的安全性，預防安全事故。其二，水磨鉆設備成本較高。以該工程項目為例，樁體直徑為2.2m，在硬巖地質(zhì)條件下，進行成本分析。應用水磨鉆的方式施工，每米成本在5000 元左右，沖擊鉆成本只有1800 元左右。該橋梁項目施工難度較高，沖擊鉆施工速度非常緩慢，相對來說保證工期、質(zhì)量，解決現(xiàn)場施工問題更加重要。其三，水磨鉆現(xiàn)場施工復雜性高、工序多。在水磨鉆施工現(xiàn)場，通過人工鉆孔作業(yè)，嚴格按照工藝方案的要求，規(guī)避質(zhì)量問題。因此，在現(xiàn)場施工中，應加強施工現(xiàn)場管理，落實技術交底措施，確保工程的質(zhì)量和進度。

6 結(jié)論

對于陡坡硬斜巖的地質(zhì)條件來說，以往施工的主要方法是沖擊鉆成孔，但是其鉆進難度高，偏孔、現(xiàn)場空間有限等問題比較常見?？紤]到工程的具體情況，選擇水磨鉆施工方式，成孔質(zhì)量大幅提高，解決成孔環(huán)節(jié)存在的問題，通過工程案例，總結(jié)出如下經(jīng)驗：

其一，水磨鉆現(xiàn)場施工有很多優(yōu)勢，其作業(yè)面廣、施工靈活度高、噪聲小、振動小，應用在多種工程條件下都能滿足施工要求，可以預防發(fā)生嚴重的工程事故或者安全問題。

其二，在現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)，加強每循環(huán)鉆孔的控制，預防出現(xiàn)孔傾斜、底部鋸齒等問題。

其三，在鉆到中風化巖層之前，落實護壁施工。

其四，在鉆孔作業(yè)階段，加強現(xiàn)場施工監(jiān)測，隨時進行糾偏處理，確保垂直度符合要求。

其五，現(xiàn)場施工應充分考慮到孔內(nèi)排水、井口防護、通風照明等問題，并發(fā)布相關的應急預案，切實提升工程的安全性。

其六，在鉆孔深度不斷增大的情況下，必須及時設置配套安全設施，落實安全技術參數(shù)管控，提高項目施工的安全水平。