水钻法在郑家湾大桥桩基施工中的应用

苏 万 喜

（葛洲坝集团第一工程有限公司 湖北 宜昌 ４４３００１）

摘 要：通过某高速公路的施工实例，较全面地介绍了桥梁桩基水钻法施工工艺，也为其它类似工程项目提供了技术参考。

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关键词 ：水钻法；郑家湾大桥；桩基施工

中图分类号：TU74 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．02．０41

收稿日期：２０１4－１2－19

１ 概述

郑家湾大桥（Ｋ６３＋１９１．００～Ｋ６３＋６５１．００）上跨深Ｕ型沟，最大桥高５８m。桥位处两岸地势陡峭，中间平坦开阔，桥下有机耕道分布，加以改造可作为施工便道。桥区场地地层单一，下伏粉砂质泥岩及细砂岩，无不利岩体结构面。

Ｋ６３＋４２０郑家湾大桥跨径组合型式为１５×３０ｍ简支预应力Ｔ梁，每跨３０ｍ预应力Ｔ梁为１０片，共有Ｔ梁１５０片；全桥共设３联，在两端桥台及５、１０号墩顶处设置伸缩缝；下部结构基础除遂宁侧右幅桥台为扩大基础及其它桥台为Ｄ＝１．３ｍ圆形桩基础外，其它均为方桩基础，圆形桩基础Ｄ＝１．３ｍ数量为１３根１５３ｍ，方桩为３８根６７６ｍ，全桥桩基础按嵌岩桩设计，方桩要求桩基嵌入弱风化层深度≥３倍桩基纵桥向尺寸，且不小于８．５ｍ，施工时可根据开挖后的实际地质情况酌情调整桩长；圆形桩基础嵌入弱风化层深度≥３倍桩径，施工时可根据开挖后的实际地质情况酌情调整桩长。桩基终孔之前，按照相关规范规程，需在桩底取３组试样，并检测天然单轴极限抗压强度，设计要求其平均值不小于５．７ＭＰａ。本文叙述为方形桩基础的开挖施工技术。

２ 施工方案选择

根据四川省交通厅公路勘测设计研究院的地勘报告、设计文件和现场实际情况分析，桩孔位置多为较硬和坚硬的泥岩，由于郑家湾大桥所处位置居民房屋较为集中，爆破施工不太可取，为确保施工进度，于是采用“水钻法”施工。即采用钻孔取芯机在按设计图纸放样后的桩孔周边开挖线钻孔取芯，目的是使桩孔圆周形成空心槽，随后在桩孔中心采用手风钻打孔将块体解小，菜用１０ｔ自制卷扬机将解小后的岩石提升至地面孔外。钻孔取芯机在运行中钻头须保证冷却水冷却，冷却水流得有一定压力，使钻头在钻进过程中不淤钻、卡钻。

３ 水钻法挖孔桩桩基施工工艺流程

水钻法桥梁方桩施工流程为：场地平整→测量放样→卷扬机安装→风、水、点灯设施→水钻沿桩孔周边钻孔→手风钻钻孔→桩身出渣→桩孔周壁清理→测量校核桩孔→施工自检→成孔验收→下设钢筋笼→灌注桩身混凝土。

４ 水钻法施工方法简述

４．１ 施工准备

将桩基施工部位进行平整场地，使其成为一个平台，清除附近杂物浮土，铲除松软的土，并夯实桩周边外１．５~２m处开挖小型截水沟，避免因下雨将已经开挖的基坑注水。在孔口用砖块砌成围圈，对孔口进行围护，围护高度超过地面２０～３０ｃｍ，防止土、石、杂物滚入孔内伤人。施工平台整理时，避免破坏斜坡原土体的稳定，对斜坡上本身不稳定的土石必须清除，必要时适当加以防护。对于位于地面横坡较陡处桥墩，须避免便道施工对原坡面的破坏而诱发桥墩所在边坡的不稳定。

４．２ 施工放样

①建立桥梁独立控制网，监理工程师批准后启用。②严格执行图纸审核制度，对钻孔桩设计坐标、高程进行复核计算，审核无误后在监理工程师旁站监督下进行测量放样。③桩位放样后将控制点进行外引，圆形桩采形十字交叉拉线的方法进行外引，需设四个木桩；方桩采用边线外引的方法将控制点引出，需设八个木桩。控制木桩应设在不易被破坏和践踏到的位置，且外露部分不易超过１０ｃｍ，并在桩顶钉入小铁钉标定位置，如条件许可用混凝土进行保护。

４．３ 桩基土方开挖

从施工安全角度考虑，仅在自然光线可见时进行桩基施工开挖，桩基井口用７０ｍｍ×７０ｍｍ×４ｍｍ的角钢做成梯形立方体骨架覆盖，并用电控卷扬机提升。当渗水量较大时，在桩基孔内布置集水坑，采用高扬程的潜水泵将水排出。

挖孔桩施工挖土次序为先土方后石方、先中间后周边。弃土由人工从上到下逐段用锹、镐进行，遇坚硬土层用锤、钎破碎。同一段内挖土顺序为先中间后周边。弃土装入吊桶或箩筐内，垂直运输则利用在孔口搭设的钢支架及电控卷扬机。弃土吊至地面后，堆放在指定地点，不得堆放在孔口四周。

４．４ 水钻法开挖弱风化层

当挖至弱风化层石方时，孔内岩石开挖采用取芯钻机在事先测量放样好的桩基周边位置逐个钻孔，钻孔直径１２０ｍｍ，钻孔与钻孔之间搭接２０ｍｍ，每个循环钻进５０ｃｍ，钻孔完成后随即提取芯样，使桩孔周边成空心槽，根据多孔施工后经验值发现，取芯水钻每钻一孔用时５～１０ｍｉｎ。桩孔周边形成空心槽后，在桩孔中心采用手风钻钻孔，采用静态爆破方法施爆。在每个桩位孔口安装１台自制１０ｔ卷扬机，提升孔内装入料斗的石碴， 并把弃碴堆放至指定弃渣场。

４．５ 护壁

人工挖孔桩护壁，采用外齿型现浇砼护壁。护壁混凝土采用与桩基同标号Ｉ级配混凝土。护壁上下节间搭接５０～７５ｍｍ，护壁内径Ｄ为设计桩基直径，护壁厚度在０～１２ｍ为１０ｃｍ，１０～２０ｍ深度为１５ｃｍ，２０ｍ以下护壁厚度为２０ｃｍ。挖孔过程中，随时检查孔的尺寸与平面位置，误差不得大于５０ｍｍ，倾斜度不超过０．５％。在挖孔过程中，根据实际地质条件，每挖０．４～１ｍ深采用与桩基同标号Ｉ级配混凝土进行支护，挖掘与支护同步进行。

４．６ 泥浆及污水排放

由于郑家湾大桥地处深沟，挖孔桩内挖至弱风化层只需排而无需供。经施工现场施工后的实际测算，利用水钻掘进时每延米孔桩（按桩径３ｍ×３ｍ测算）大约需要４～８ｍ３水，产生的泥浆和污水是使用水量的１．３倍，即５．２～１０．４ｍ３，故此钻进期间于桩基内设置水泵进行污水抽排至泥浆沉淀池，并定期集中运弃。

５ 水钻法施工注意事项

５．１ 取芯套筒的垂直度控制

为确保桩孔成孔质量同时确保施工安全，须采取措施保证钻机取芯套筒的斜率, 只有确保了取芯套筒的斜率，方可在下一循环施工才可以保证钻机就位后套筒起钻点能够置于设计孔桩边线而不致造成桩孔缩孔，达不到设计要求。水钻法施工桩孔截面将呈锯齿形，在增加少量开挖掘进量和桩体混凝土浇注量的同时保证成孔截面尺寸。

５．２ 钻头冷却

操作过程中须保证钻头始终处于冷却水中，同时利用水对钻头直接进行冲洗，保证钻头正常稳定地工作，故此每台钻机配置一台１ ０００Ｗ水泵对钻头供水冷却。

５．３ 裂隙发育、渗水量大的地层防渗处理

若施工中遇到裂隙轻微、渗水量小的地层，应在已成型的桩孔孔壁上，采用一定压力的灌浆形式充填、渗透和挤密孔隙，压力灌浆材料可选择粉煤灰、早强型水泥混凝土、石灰粘土混合料等；若裂隙发育、渗水量大的地层，应先扩孔后立钢模板，再浇筑水下混凝土。

６ 水钻法挖孔桩桩基施工安全注意事项

（１）开工前对作业队实施安全技术交底，规定每个桩孔由一个固定的小组负责施工，桩孔孔下作业不得超过３人，应正确佩戴安全帽、穿雨衣、雨裤及长筒雨靴。每工作２h，井下人员和地面人员更换一次。施工时井下、井上均应有人操作，并明确井下操作人员应负的安全责任，桩孔上、下之间有良好的联络信号。地面人员应注意孔下发出的联络信号，反应灵敏快捷。

（2）日常安全检查过程中经常检查支架、滑轮、绳索是否牢固。吊斗要挂牢，在井内垂直运输时， 应采取相应的安全技术措施， 确保井下操作人员的安全，开挖过程中并在井底设置安全区，以防物体堕落伤人。渣料应卸在孔口２ｍ以外，并及时清除场外。

（３）施工临时用电， 抽水、照明、通风等所配电气设备应“一机、一箱、一闸、一漏”，供电线路要用三芯电缆，电线要架空。并经常检查电线和漏电保护器是否完好。

（４）从孔中抽水时排水口应距孔口５ｍ以外，并保证施工现场排水畅通。

（５）应随时保持井内有足够的新鲜空气，采取鼓风机不断向井内送风，施工人员应经常检查孔洞内的CO2含量。CO2浓度如超过３％，应增设通风设备，确保人身安全。

（６）施工人员上下桩孔严禁通过卷扬机运送，施工作业停止时，要盖好孔口，并设立明显警戒标志。

７ 施工效果分析

通过内遂高速公路第七标段方桩桩孔施工，水钻法挖孔桩的优点是施工机具设备少且简单，成孔后可直观通过桩孔截面检查孔内土质状况，桩基施工质量有可靠保证。郑家湾大桥工程共３８根人工挖孔方桩，采用工程水钻钻孔取芯与松动爆破相结合的施工方法，自２００９年１２月１６日开工，到２０１０年２月１６日基桩全部顺利结束。虽然桩孔所处地带地质复杂、材料运输道路差、工期紧张，但由于项目部在开工前制定了切实可行、因地制宜的施工技术方案，最终安全、优质、高效地完成了郑家湾大桥桩孔施工任务。

（责任编辑 何 丽）