临近既有线桥梁桩基础水磨钻施工技术

摘要：爆破一直以来都是解决挖孔桩石方开挖的方法，但是在施工过程中常常会受到多方面的约束：临近既有线施工常会因为等待停点爆破时间耽误工期，而且为因为振动对周围环境（住房、学校）产生影响遭遇阻工，同时还会因为破坏孔桩的护壁给后继工序带来安全隐患。新建渝利铁路两昌河特大桥临近既有渝怀铁路，其线间距为6m～11m，通过采用水磨钻成孔施工技术，最小程度地减少了对外界的干扰、环保节能、安全、高效，顺利完成了两昌河特大桥的桩基础施工，确保了既有渝怀铁路运营安全，降低了施工难度，节约了成本，取得了良好的经济效益和社会效益。

关键词：桩基础；水磨钻；施工技术

1. 工程概况

新建渝利铁路两昌河特大桥，位于重庆市江北区铁山坪街道两昌河附近，临近既有运营渝怀铁路（线间距为6m～11m），跨越两昌河、栋梁河，周围是居民区和学校、企业，施工场地狭窄，施工条件极为复杂。两昌河特大桥主跨采用三联（32+64+32m）刚构连续梁。全桥地势起伏较大，最高墩高为60m。桥梁基础采用桩基础，桩长基本在15m以内，地质为泥岩、泥岩夹砂岩、砂岩。设计要求该桥桩基础成孔禁止采用爆破开挖，确保既有线运营安全。

2． 水磨钻适用范围

水磨钻成孔施工技术适用于临近既有线及民房、企业附近桥梁桩基础施工或受地域影响及外部条件干扰地段路基支挡结构桩基础施工

3． 水磨钻成孔施工

两昌河特大桥紧临既有渝怀线，桩基础施工时既有桥墩影响较大，安全风险较高，基础施工是该桥施工的关键环节，同时受长江蓄水（高程175m）影响，部分主边墩必须在蓄水高度到来之前完成承台施工，水磨钻成孔施工是保证承台按时施工完成的前提条件。

3．1 工艺原理

水磨钻成孔是利用钻机套筒周边的金刚刀片在钻机的转动下切削岩体，并把岩体切入套筒内，待钻入一定深度后提出钻机，敲断并清除被切的圆柱体岩石；取出岩芯后，中间岩石与周围岩壁形成了临空面，再用小钻机或钢钎胀裂中间岩石，吊运出渣；然后再放下小磨钻机，如此反复进行操作，沿桩截面连续钻进便可达到对岩体进行钻芯和剥离的目的，孔内出碴利用卷扬机及桩顶简易支架吊运。

3．2 施工工艺流程

3．3 施工工艺及操作要点

3．3．1 施工准备

将场地平整、清表到承台底标高；对施工图纸进行审查，在钻孔施工前做好技术交底等技术准备工作；测量技术人员根据审查后的施工图进行桩位放样。

3．3．2 施工放样

钻机开钻前应准确放出桩位十字线及桩周边位置线并作出牢固点位。以利于施工中能够随时对桩基的成形尺寸进行检查、纠正，同时要保护好点位。

3．3．3 桩位锁口施工

施工放样完成后施工锁口，要根据不同桩径进行设置，锁口内直径要求比桩径大10cm，锁口厚度不小于40cm，采用混凝土立模浇筑，锁口顶面应高出地面30cm，锁口平面位置应圆滑平顺，以便测量人员对其中心定位及标高监控，尺寸误差不大于5cm。

3．3．4 水磨钻取芯

在墩位外合适的位置布置一个小蓄水池或蓄水设施，采用Φ15mm水管与水磨钻机连接。根据施工技术交底放出桩孔中心及边线，水磨钻机就位后沿孔壁中线钻孔，钻机套筒周边的刀片在钻机的转动下切削岩体，并把岩体切入套筒内，待钻入一定的深度后（一般为45m―55m）,提出钻机，敲断并清除被切的圆柱体岩石，取出岩芯后，中间岩石与周边岩壁形成了临空面。桩沿周边线钻孔取芯直径为0.15m，每个循环或孔深度为0.50m，每两个桩孔设置1台钻机。水磨钻钻孔布置见示意图1

图1 水磨钻钻孔布置

水磨钻一般在软岩里每进尺3-4m，其套筒下部的合金刀片会磨碎殆尽，如果继续施工，会降低效率。正常情况下，将套筒拆卸取出，重新在套筒周边加焊合金刀片，焊接工艺主要采用全固态感应加热设备，钢气焊溶剂、钎料（溶焊温度940-960℃，抗拉强度50-53kg/mm2，剪切强度32.2kg/ mm2）等设备材料。具体为将套筒竖立固定后处在全固态感应设备接口部位，启动开关温度升止1200℃左右，这时套筒端原来焊接的合金刀片底部的钎料熔化，将磨损掉的合金刀片残余取掉，再分别在套筒端部及新的合金刀片上涂刷钢气焊溶剂，将小片钎料放在套筒涂刷部位的上面，然后合金刀片用钳子夹起放在钎料上方压紧，开启全固态感应加热设备开关，温度在1200℃左右钎料熔化与合金刀片焊接成功。最后调整套筒位置，焊接另一个合金刀片，全部焊接完成后，重新与水磨钻连接继续使用。

3．3．5 出芯碴

每次出芯碴前必须检查吊机、钢丝绳、出碴设备，如发现问题，必须更换。渣桶直径不得大于桩径一半，高度不得大于1m，并配有桶盖。渣桶采用三或四点起吊，耳环应焊接牢固，吊钩有防滑保险，与钢丝绳绑扎牢固，经试验检测后才能使用；渣桶内渣石放于底部，口沿须留有20cm高度，防止渣土漏出，运输时，先启动高度约0.5～1.0m时，停顿，用人工稳当后再进行运输。出的桩碴要及时外运，孔口四周2m范围内不得堆放杂物。

3．3．6 人工破碎孔内岩石

钻机取出岩芯后，中间岩石与桩周围岩壁形成了临空面，然后人工用小型钻机或钢钎胀裂中间岩石，进行岩石解体。

3．3．7 出孔碴

孔内出碴利用卷扬机及桩顶简易支架吊运出来，方法同上，出碴设备、吊机等在使用过程中经常检查，保持良好的工作状态。

3．3．8 成孔

连续钻进直至设计深度，孔底必须达到平整，无松渣、沉淀或扰动过的软层，然后联系设计部门地质专业工程师进行验孔，地质确认，符合设计要求后，进行下道工序。

4．材料与设备

4．1 材料

水磨钻成孔采用的主要材料见表1

表1 主要施工材料表

4．2 水磨钻成孔采用的主要设备见表2

表2 主要施工设备

5．经济分析

采用水磨钻成孔，劳动效率高，对周围环境影响小，有着良好的经济和社会效益。

在地处市区、临近既有铁路、靠近民房企业、跨越通航河流、施工场地狭窄的情况下，使用该方法施工，确保了安全，解决了因爆破施工带来的炮损赔付及产生的安全隐患，亦解决了场地受限制的问题，保证桥墩全部桩基同时开工，减少了占地，提高了安全保证系数。以两昌河特大桥桩基础施工为例，单根桩15m成孔工期常规爆破开挖需30天，水磨钻开挖需22天；单根桩成孔材料：爆破开挖每米桩长按照6kg炸药考虑，水磨钻成孔每米用电量50度；单桩费用对比分析见表3。

费用比较表3

对比项目 爆破开挖 水磨钻成孔 备注

工费 2×80×30d=4800元 2×80×22=3520元

材料费 6×15×12=1080元 50×15×1=750元

合计 5880元 4270元 每根桩节省1610元

6．结束语

通过两昌河特大桥桩基础水磨钻成孔的应用，临近河的主、边墩桩基础全部在长江蓄水之前提前完成施工，其余墩位桩基础在保证既有线运营安全的情况下均已完成。水磨钻成孔桩基孔壁圆顺光滑美观，孔位垂直精确，桩基混凝土施工损耗量小，节约成本。同时确保既有线运营安全，对附近村民、民房、企业建筑房屋基本无干扰。能够有效地解决不能爆破施工的问题。随着国家铁路建设力度的加大，改建既有线和增建第二线铁路会日益增多。为以后类似施工环境下桩基础成孔施工提供了经验。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。