水磨钻在临近既有线桩基施工的应用.doc

水磨钻在临近既有线桩基施工的应用Application of Water Drilling in pile foundation construction near the existing lines摘要: 临近既有线施工因为其安全要求高、施工难度大、责任追究严厉等因素，向来列为项目的重难点工程；特别是地质条件差，距离铁路轨道很近的桥梁基础施工更是需要严密的施工组织方案和精挑细选的施工技术。人工挖孔桩水磨钻施工技术在临近既有线施工中发挥到了极致，有效地保证了既有线的正常运行和基础的正常施工。本文以成渝客运专线小安溪大桥15#墩桩基础施工为例，对既有线旁很近距离桥梁桩基础施工技术进行研究。Abstract:For the construction of nearby the existing lines has high safety requirements, difficulty construction, severe responsibility factors and so on.The project has been listed as difficulty engineering. Especially when there has poor geological conditions, the construction organization scheme of bridge which near the railway needs more strect and the selecte of construction technology more carefully. Artificial dig-hole pile drilling construction technique in existing lines construction has developed acme. Effectively ensure the normal running of the existing lines and the normal construction of basis. This paper takes the 1 # pier pile foundation construction of the Xiangtanzi bridge that on the Chengyu passenger special line for example. Research on the technology of existing lines close the bridge pile foundation construction is conducted.关键词：既有线 挖孔桩 水磨钻Keywords：existing lines dig-hole pile Water drill引言 近年来随着我国交通建设规模的扩大,在道路建设中与各种线路和沿线重要设施不可避免的发生交叉和紧邻的现象.特别是与铁路既有线交叉和相邻时,既要满足施工条件,又要保证铁路的正常运行; 所以各铁路局把既有线安全施工作为工作的重中之重,对既有线安全施工制定了大量的规章制度,配备大量的人力物力进行监控,对施工单位的既有线施工带来极大的挑战.水磨钻挖孔桩技术在紧邻既有线,严禁爆破施工的条件下,因其施工引起的安全隐患小,特殊地质条件下,投入低,进度快,完全满足既有线施工的需要,在川渝地区被广泛使用.1 工程概况成渝客运专线小安溪特大桥位于重庆市永川区双石镇大涧口村管理范围内，其中15#、16#、17#墩处于成渝铁路、军用专线铁路和地方运煤专线之间；上跨连续梁设计参数为32*48*32m，各墩距离既有线均在20米范围内；其中15#墩承台边沿距离成渝线钢轨仅2.0米，对应既有成渝铁路里程为K327+784，与既有铁路交角为33度，原地面高出既有线5m，成渝铁路存在列车运行密度大，行车速度高等情况，在施工过程中既要保证既有线铁路和公路的行车安全，又要保证施工期间工作面土体的稳定性，选择合理桩基施工方式，即成为该工程的重点和难点工作之一。小安溪双线特大桥15#16#墩与既有成渝铁路位置关系见(图1)。图1 平面位置图2 地质概况丘坡上覆土层较薄，基岩部分裸露，测区上覆第四系全新统人工填土（Q4ml）碎石土，冲洪积（Q4al+pl）软土、松软土、粉质黏土、卵石土，坡洪积（Q4dl+pl）松软土，坡残积（Q4dl+el）粉质黏土等；下伏基岩为侏罗系中统下沙溪庙组（J2xs）泥岩夹砂岩、中统新田沟组（J2x）泥岩夹砂岩、中下统自流井组（J1-2z）泥岩夹砂岩及灰岩。15#墩具体勘探资料 (表1)：表1 15#墩具体勘探资料岩性代号岩土名称时代成因潮湿及风化程度天然密度(g/cm3)极限抗压强度Rb(MPa)基本承载力0(kPa)人工填土（碎石土）Q4ml稍密2.00/150软土 淤泥质土Q4al+pl软塑1.70/60松软土Q4al+pl软塑1.80/100粉质黏土Q4al+pl硬塑1.90/150卵石土Q4al+pl稍密2.05/280松软土Q4dl+pl软塑1.90/100粉质黏土Q4dl+el硬塑1.90/180泥岩夹砂岩J2xsW42.00/200W32.10/300W22.474.3400泥岩夹砂岩J2xW22.464.0400泥岩夹砂岩及灰岩J1-2zW22.504.04003 桩基设计参数3.1桩基设计长度为29m（挖孔桩长度32m），孔径1.25m。3.2孔间距纵向3.2m，横向4.5m。3.3按照柱桩设计，桩底标高满足设计要求外，还应保证桩底最小嵌岩深度不小于设计桩长，设计为人工挖孔桩。4 施工方案的选择小安溪特大桥15#墩在采用人工挖孔桩施工过程中，顶部为松软土，4m15m段岩石为硬度较低的泥岩夹砂岩，采用常规人工挖孔桩，其施工原理：由人工从自上而下逐层用铲、锹进行，遇坚硬土层及部分岩石用锤、风镐、挖土次序为先挖中间部分后挖周边、允许尺寸误差5cm，扩底部分采取先挖桩身圆桩体，再按护头尺寸从上到下凿岩成扩底形，弃土及石碴装入吊桶内用绞架吊至地面上后，用手推车运出。15m32m段岩石逐渐转变为泥岩夹砂岩及灰岩，颜色变为青灰色，微弱风化岩石，（见图2）采用锤、风镐开挖速度较慢，平均每天掘进12.5cm，无法满足满足施工要求：如采用爆破施工，按照成都铁路局营业线施工安全管理细则成铁运【2008】780号文件规定距离铁路路堤坡脚、路堑坡顶、设备或设施外缘，向外延伸20 米范围内采用非爆破施工。图2 14.124.8m勘探样品采用“水磨钻”施工，其施工原理为：采用钻孔取芯机在桩孔周边开挖线钻孔取 使桩孔圆周形成空心槽，再以二锤捶击钢楔分裂中部岩体，以水平冲击力使岩石沿锤面拉裂，底部发生水平剪切破裂，以电动卷扬机出渣。过程中必须保证钻头处于冷却水中同时冷却水流保有一定压力对钻头直接进行冲洗，使之不淤钻、卡钻因此该工艺俗称“水钻法。该施工技术具有进度较快每天平均1.0m、投入少、产生扰动和震动小等优点, 避免了爆破施工，减少了安全隐患。5 水磨钻施工技术5.1 施工机械取芯机： HZ15-A型，钻孔直径150，钻孔深500600，功率为2.5KW。水泵：Q（D）X1.5-25-0.55J，流量1.5m3/h，扬程25米，功率0.5KW。卷扬机：Y132S-4，钢丝绳额定拉力10KN，功率5.5KW。通风机：功率1500W5.2施工工艺（见图3）图3 施工流程图5.3施工方法5.3.1测量放样后钻机就位，固定钻机位置，保证套筒向孔桩侧壁外倾一定角度，这样在下循环才可以保证钻机就位后套筒起钻点能置于设计孔桩边线面不致造成缩孔，此措施将使桩孔呈节段倒合体，保证成孔截面尺寸。5.3.2扩底倾斜角度计算：水钻机高1500，钻芯直径为150；电机或支架超出钻芯前端80，正常钻孔时钻机倾斜角度即为（80+150/2）/1500=0.103，倾斜角度tan(0.103)-1=5.88，才能保证不缩孔。向外扩底时，钻机倾斜角度10度就不易固定钻机位置，tan10=0.176，向外扩底宽度0.1761500-（80+150/2）=109mm，即每500可向外扩100宽。（见图4）图4 成孔效果图5.3.3柱体岩芯与护壁内壁相切，将岩芯取完后桩基外围便形成一个环形临空面；再以二锤捶击钢楔分裂中部岩体，以水平冲击力使岩石沿锤面拉裂，底部发生水平剪切破裂，以电动卷扬机出渣。见(图5)图4 出渣效果图5.4施工注意事项5.4.1施工前要认真分析挖孔桩处地质钻探资料，查明地层岩性、地质构造、基岩风化层厚度、破碎程度、软弱夹层情况和地下水的状态，对施工中常遇到的问题应采取相应的解决办法并针对可能出现的问题执行可行的应急处理措施5.4.2遇到裂隙发育、渗水量大的地层，要首先定出防渗措施，然后再进行具体操作。若裂隙轻微、渗水量小的地层应在已成形的孔壁上，以充填、渗透和挤密的形式把灌浆材料充填到缝隙中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。5.4.3要注意施工进度及扩孔系数的合理匹配。在施工目的保持不变, 且具备同样的水磨钻设备及施工条件的情况下, 减少钻机的工作总量, 可以加快施工进度, 但不一定就能减小扩孔系数, 所以掌握好两者间的合理匹配显得尤为关键；为了保证孔位位置准确每下挖500mm进行桩孔周壁的清理，校核桩孔的直径和垂直度。6 应用成果及对比分析 小安溪特大桥15#墩桩基( 圆孔桩基) 开挖施工在常规人工挖孔桩施工受阻而停工一个月之后, 开始引入水磨钻施工技术。项目部顺利完成了剩余204 m的圆孔桩基挖孔施工。施工过程中未出现塌孔, 无较大安全事故, 有效的保证了成渝铁路和旁边公路的安全运行，收到了预期的效果。6.1对比分析通过现场施工控制, 发现水磨钻挖孔技术与常规挖孔技术具有以下几个方面的可对比性(见表2)。表2 弱风化基岩下水磨钻挖孔技术与常规挖孔技术对比分析表序号对比项目施工技术种类水磨钻技术常规挖孔技术（不含爆破）备注1单价600元/m800元/m常规挖孔技术软弱基岩450元/m2进度1m/d0.15m/d常规技术采用软弱基岩1.5m/d3投入挖孔机具水磨钻风镐+空压机4扩孔系数1.05，成孔规则1.25，成孔不规则5震动无较大常规技术采用爆破施工时更大有飞石6噪音微小较大7周围环境限制无限制临近既有线和居民区无法使用8其它孔壁渗水量较小，不受材料限制孔壁渗水量较大，受材料限制6.1.1 由分析可知, 两种施工技术在总体施工进度上相差较大, 常规挖孔施工施工附带的问题较多, 比如在施工过程造成的震动和噪音, 这是临近既有线施工所不允许的，6.1.2实施上, 水磨钻施工不存在欠挖现象, 但由于沿护壁弧线方向施工, 为确保施工效率, 作业时需进行部分超挖。相对常规挖孔技术水磨钻施工技术能减少超灌混凝土, 明显降低施工成本。6.1.3桥址两边有铁路和公路, 常规施工会产生较大噪音和震动, 对环境及附近居民产生非常大的影响, 特别是在人群密集区的作业, 常导致阻工甚至纠纷。采用水磨钻施工技术后, 阻工现象逐渐减少, 才能顺利完成作业。同时, 由于不存在爆破安全隐患, 施工安全性提高了。6.1.4成本支出，项目部在进行成本比较时发现水磨钻单价明显低于同条件下非爆破开挖技术。7 水磨钻施工技术的优越性从实施效果中可以看出, 水磨钻施工技术具有如下优越性:7.1 低噪音, 扰动小。水磨钻施工作业发出的声音基本上来源于钻取岩体时设备与岩体的磨切,响度有限, 对附近居民的生活不会构成太大影响。7.2 不破坏岩体, 增加了安全保证。水磨钻施工技术基本上不会对岩体造成扰动、破坏, 增加了安全保证。7.3 进度较快, 不受材料供应及环境的影响。水磨钻施工无需使用任何材料, 且不受到天气及周围环境影响, 确保了施工进度。7.4 成孔质量好, 扩孔系数小。水磨钻施工成孔规则, 超挖欠挖控制良好, 所以可大大降低混凝土的超灌几率, 减小了损失。8 结束语经小安溪特大桥临近既有线桩基施工采用水磨钻挖孔桩施工技术，认为水磨钻孔桩具有机具设备简单，施工操作方便，占用场地小，无泥浆排出，施工质量可靠，可全面展开施工，缩短工期，造价低，与人工挖相比避免了爆破施工，不