山区砾岩地质紧邻既有物桥梁桩基水磨钻施工技术

新改扩建的桥梁工程在山区也出现紧邻既有 建筑、在高压线下等各种复杂的地理环境，同时可能伴随砾岩等整体性强、坚硬程度高的地质条件，给施工带来了极大的挑战。目前，桩基成孔有许多方式，优缺点和适用性明显，合理选择施工方法对复杂环境下安全高效施工尤其重要。

1施工难点及方案选择

1.1成孔方式

山区公路桥梁桩基紧邻房屋及高压线等既有建筑物 施工过程中，如何降低施工对民房的干扰并保证安全施工是施工难点之一。同时，由于山区砾岩属于较坚硬岩体，硬度高，也给施工带来了一定的挑战。

常见的桩基成孔方式有旋挖钻、冲击钻、正反 循环钻、人工挖孔等，其中，人工挖孔又分为爆破法和水磨钻法。

山区原地面地势起伏较大，修建便道及较大作业平台困难且不经济，不宜采用大型成孔机械，因此 冲击钻及正反循环钻不适用，同时由于砾岩岩体坚硬，采用旋挖钻效率较低，故只能选择人工挖孔的方式。从施工安全的角度分析，在建筑物及高压线附近常规情况不允许爆破作业，而爆破法的人工挖孔桩需要每循环爆破，存在安全风险。水磨钻施工噪声小，无爆破风险，对周边影响小。因此，山区紧邻既有物采用水磨钻施工，表层强风化碎石土采用人工配合风镐开挖更合理。

1.2井口设计

山区原地面陡峭不平，需设计一个牢固可靠的 水磨钻施工平台，方便出渣，具备防雨、防止地表水流入，同时能够提升施工效率。

原地面平整后，在桩基外围采用宽30cm C20 混凝土作为锁扣，将其高出地面30cm兼作挡水作用。桩基顶部为强风化的碎石土，综合施工条件和成本因素，采用人工配合风镐开挖。开挖过程中需有效控制桩孔尺寸与开挖深度，每次开挖深度不宜超过1.0m，并在开挖结束后立即浇筑10~15cm厚的C30混凝土护壁。

开挖1m后，在每个锁扣上方搭建48扣件式 钢管架体，安装滑轮、卷扬机等提渣系统。支架一侧需预留操作平台空间，并用5cm厚木板铺满。卷扬机绳索固定在孔口上方。如图1所示，下雨天可在顶部挂设防雨布。人员采用2根22圆钢爬梯上下往返，并设置应急软爬梯。

图1锁扣支架设计示意

1.3护壁方式

应合理设置护壁，保障施工安全，避免浪费材料并降低功效。 孔口段为强风化碎石土，属于易坍塌地段，应根据计算设置钢筋混凝土护壁，通常护壁厚度设置10~20cm，内配8间距20cm的钢筋网片。开挖至中风化砾岩后，采用水磨钻环砌岩体，因环砌面光滑稳定，应观察现场岩石整体性，经过安全计算，围岩稳定，可不设置钢筋混凝土护壁，依靠围岩自稳定性，若计算不通过则相应设置护壁。

2实例及技术要点

2.1工程概况

京秦高速项目仁字峪大桥5~16号桥墩上方有35kV高压线斜交而过，北巨家峪大桥0~2号桥台 桩基距离民房较近，属于邻近高压线及民房等既有物施工，不允许采用爆破作业，适合采用水磨钻成孔的施工方法。

两个桥位区均属于砾岩类丘陵区，地形起伏较大， 地层主要为侏罗系后城组强–中风化凝灰质砾岩，局部表层覆盖薄层第四系上更新统红坡积碎石，地下水以基岩裂隙水为主，中风化凝灰质砾岩裂隙率小，岩体的含水量少，桩基深度范围内未建地下水，工程地质条件复杂（图2）。

图2工程地层结构示意

2.2施工准备

施工前，首先应修建施工便道，平整场地， 保证机械、设备、材料能够顺利进入；其次，应安装配电设施，接通水电。场地平整范围需满足人工挖孔及水磨钻设备进场施工。整平标高应高于桩顶标高20?cm。场地平台坡度为1∶0.75，为避免破碎后的松散碎石对坡下及桩口产生影响，需喷锚保护，以防滚动。整平后场地需要进行围护，并提前设置好锁扣。

2.3施工放样

根据提供的桩位点坐标，用全站仪测出桩孔中心点，撒白灰线画出孔口护圈内径圆，并设立明显标志，方便检查。护桩必须埋牢，不影响施工。

2.4表层碎石土施工

桩基础顶部的砾石土层应采用风镐人工开挖。 每次开挖深度不宜超过1.0?m，并在开挖结束后立即浇筑10~15?cm厚的C30混凝土护壁。桩基外围浇筑宽30?cm C20混凝土作为锁扣，高出地面30?cm兼作挡水。锁扣硬化宽度不小于60?cm，高出整平面为300?mm。

孔口位置两侧均预埋各两个22圆形钢梯，一侧供人员上下使用，另一侧用于固定风管和水管。碎石土层钻孔后，搭设垂直运输架，安装垂直运输设备及附属设施。

2.5下层水磨钻施工

水磨钻成孔工艺流程如图3所示。

图3水磨钻施工步骤

（1）咬合取芯形成临空面：水磨钻取心直径160?mm，每个芯圆心间距150?mm，每层岩层钻进650?mm。沿设计桩径的圆周以环形进行全断面咬合，取出内部岩芯，使桩孔中的硬桩芯与岩体完全分离，形成岩柱块，并产生临空面。

（2）钻取中部岩柱：水磨钻机全断面咬合岩芯闭合后，用手电钻沿桩半径钻，一排孔眼桩芯柱分成6等份，每个部分的体积大致相同，为后续破碎分裂岩柱做准备。

（3）中部岩柱破碎：将钢楔插入钻孔中，手动 使用大锤锤击钢楔在岩体上凿击。凿击过程中桩芯受到水平冲击，沿铅锤面开裂，桩芯底部受到水平剪切破坏产生断裂。桩芯依次按层分解，直至所有桩芯断裂。

（4）出芯渣：每层岩体咬合取芯作业完成后，从钻机中取出岩芯，大块的岩芯需要破碎分解，分解过后的碎石放入渣桶内经由单轨吊车卸渣。

（5）桩孔修正及以下n个循环作业层：钻孔作业 结束后，为了使钻孔桩直径与设计直径一致，需要对钻孔桩内部岩壁上未钻出的锯齿状岩石人工凿除。

凿除后应检查桩基底部轴线偏位，并及时修孔纠偏。标记出下一循环的外壁取芯点，进入下一个循环的 岩层中进入开挖桩施工，然后依次循环n次，直至达到设计开挖桩的桩长。

（6）成孔检查与验收：钻孔至设计标高后， 做好孔底处理，迅速将孔底石渣及松渣清理干净，“确保孔底平整，孔底无积水，孔径、孔深、垂直度均须满足设计要求后立即进行下道工序施工。

（7）钢筋笼及混凝土灌注按照常规施工方式进行。

3施工效果及优点分析

本工程因地制宜采用水磨钻施工，施工结束后 水磨钻成孔较规则，超挖欠挖控制良好，扩孔系数小，可大幅降低混凝土的超灌概率，同时下层坚硬岩层采用无护壁的钻孔方式，不仅保障了施工进度，还较好地控制了成本，无需大型器械，设备占地面积小，节约了施工场地。同时，水磨钻施工无需使用任何材料，受周围环境影响较小，最大程度减少了外界对施工过程的干扰，保证施工进度。水磨钻施工作业对周围扰动小，相比于传统的爆破、冲击钻成功方式，仅有设备切削岩体发出的声响，对周围振动小，噪声少，无粉尘污染，如图4所示。

图4水磨钻成孔

4结论

（1）山区公路桥梁桩基采用水磨钻成孔的方式，可有效解决在邻近高压线以及房屋等既有物带来的 无法爆破和大型机械设备施工困难的难题。

（2）山区砾岩地质根据地质性质的不同，表层碎石土采用人工风镐挖孔并设置护壁，下层坚硬砾岩采用水磨钻成孔，合理采用无护壁形式，可显著提升施工效率。

（3）水磨钻具有设备小且轻、无需爆破无需”泥浆池场地、操作简便、噪声小、无粉尘污染，对“孔壁扰动小，施工质量安全可靠等优点，尤其对硬岩”桩基施工效率高，可以在山区高速公路桥梁桩基面临复杂条件时进行推广与应用。