超大直径岩石桩水钻取芯成孔的施工技术.pdf

超大直径岩石桩水钻取芯成孔的施工技术 肖宁 （江苏省有色金属华东地质勘查局 8 0 7 队， 江苏南京 2 1 0 0 4 1 ） 摘要：在超大直径嵌岩桩基施工中，经常用到的是人工 挖孔、 水钻法施工的方法， 取得了巨大的成功， 为在地形条件 差、 岩石坚硬的地区施工大桩基提供了很好的技术参考。 本文 主要就其中的水钻取芯成孔施工技术进行了介绍，以期为广 大同行提供借鉴和参考意义， 不足之处， 还望指正。 关键词：水钻法；桩基；挖孔桩 前言 所谓水钻法， 即采用钻孔取芯机 （水磨钻机） 在需要开挖 的岩面上钻孔取芯， 通过钻孔取芯机沿管径外沿钻若干个孔， 孔孔相连， 待所有钻孔连成一个环后， 岩芯便与岩壁分离， 形 成一圆外周临空面， 然后对剩余的岩芯部分进行打孔， 孔内打 入钢楔， 捶击钢楔挤压岩石， 使岩石同时受到铅锤面上的剪切 力和水平面上的拉力作用，当挤压力大于极限抗拉力和极限 抗剪切力之和时，岩石沿水平面被拉裂并从底部发生剪切破 裂， 最后将破裂分离的岩块利用机具运出。 1 水钻法” 在超大直径嵌岩桩基施工中的必要性 土层、 砂卵石采用短镐、 锄头类工具挖掘， 遇坚硬状障碍 物或岩层时， 改为风镐掘进。弃土采用吊桶装载， 用人力绞架 垂直提升到井口， 弃土于离井口 1 . 5米以外或指定地点。桩 井开挖进入持力层，如遇坚硬的中风化灰岩或中风化石英砂 岩, 用风镐极难掘进， 常规施工采用松动爆破。但在城市建筑 物桩基施工中，爆破施工受到周围构筑物限制无法进行爆破 作业， 采用风镐施工满足不了工期要求， 现在城市建筑物桩基 进入较硬岩层持力层施工中运用较多的就是利用工程水钻施 工。 2 水钻法人工挖孔施工原理 岩石有三大特性：一是岩石在大于其极限抗拉力的作用 下会发生拉裂破坏； 二是抗压能力强， 而抗剪切能力和抗拉很 低；三是岩石在大于其极限抗剪切力的作用下会产生剪切损 害。 水钻法施工挖孔桩很好地利用了岩石的这三大力学特性。 水钻法主要沿桩基础是通过直径为 1 5 0 m m 的混凝土取芯机设 计圆周取出高约 5 0 0 m m 的圆柱体岩芯， 出现一圈外周临空面， 接着对余下的桩基岩芯部分实施分块，沿圆半径取芯分块产 生内部临空面。 钻一排小孔在分块的岩石上， 接着捶击钢楔挤 压岩石， 在小孔内锥入钢楔子， 使岩石同时受到水平面上的剪 切力和铅锤面上的拉力作用，当挤压力大于极限抗剪切力以 及极限抗拉力之和时，岩石沿铅锤面被拉裂并从底部出现剪 切破裂， 将分裂的岩块取出。 依次根据分层取芯、 破裂、 取岩块 的反复工序作业， 最终实现成孔的目的。 3 水钻法施工挖孔桩的工艺流程 3 . 1 工艺流程 施工准备、 桩位复核、 锁口施工、 孔底岩面平整、 吊放钻 机、 搭设支撑架体、 钻机定位、 架设水电线路升水钻钻孔、 污水 排放、 出渣及清底、 进行下一循环、 成孔。 3 . 2 主要施工方法 3 . 2 . 1 施工准备 挖孔桩施工前可先进行承台基坑开挖，开挖深度至承台 底标高。这样即可做到场地平整， 为后续工作创造有利条件， 又可减少挖孔数量， 加快施工进度， 同时也避免了桩头预留长 度不准确而出现的问题。 3 . 2 . 2 测量放线 使用全站仪进行测量定位， 放出桩芯位置， 并根据图纸， 放出挖孔桩的圆周线， 经监理复核后可以开始施工。 考虑到施 工过程的误差以及开孔之间的残余岩石，一般开挖桩径大于 设计桩径 1 0 c m 左右。 3 . 2 . 3 水钻钻孔。 准备工作就绪后， 开始通水通电进行水钻钻芯。 开始前要 保证钻机平稳和支撑架牢固，然后慢慢旋转调力杆给套筒一 定压力， 随后通过配备的 0 . 5 K W 水泵通水， 保证对套筒连续提 供冷却水， 钻机套筒人岩部分必须处于水中， 并使水流对套筒 有一定压力， 以冲洗钻头， 避免产生淤钻或卡钻， 保证钻筒正 常稳定工作。 为确保相邻钻孔相通，相邻钻孔间的重叠范围应不小于 5 O m m 。 钻进施工过程中， 每钻一个孔的时间约为 1 0 1 5 分钟， 当钻至设计深度后， 调节手动调位器缓慢提起钻筒， 随后切断 电源， 依此完成在桩孔内全部钻孔， 此时基岩上形成了一个完 全孤立的圆柱形石柱。 桩孔的孔径、 孔深及垂直度需满足设计要求， 一般 2 个循 环进行一次钻孔中心、 直径等检查， 确保成孔质量。 3 . 2 . 4泥浆及污水排放 经施工现场实际测算， 通过水钻掘进时每延米孔桩 （按桩 径 1 . 5 m 测算） 大约需要 2 4 m 3自来水， 确保孔内积水保持至 最小量而不致对掘进操作造成影响。其孔截面和用量换算直 径的平方值成正比关系，产生的污水和泥浆是自来水使用量 的 1 . 3 倍，所以钻进期间需要确保水供应及污水抽排至循环 池、 泥浆沉淀池， 并定期集中运弃。 3 . 2 . 5孔检查与验收 检查内容包括： 孔径、 孔深、 倾斜度， 孔底沉渣是否清理干 净。对孔口的孔径先检查， 接着使用钢尺、 垂线检查孔深和倾 斜度， 规定孔深和孔径不小于设计值， 倾斜度比 0 . 5 % 小。 4 水钻法施工注意事项 4 . 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。 4 . 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 0 0 0 W 水泵对钻头供水冷却。 4 . 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。 当相邻桩孔在浇灌混凝土时，原则 上要停止掘进，确保施工质量和施工安全。 5 结语 水钻法施工挖孔桩主要优点一是施工机具少，成孔速度 快； 二是全部桩孔可同时施工， 缩短了施工周期； 三是成孔后 可直接观察桩孔内的地质情况， 桩身质量可靠； 同时水钻法人 工挖孔桩施工也解决了在居民密集区及临近既有线地区爆破 挖孔桩难以实施的问题，为同类