建筑行业复杂地质条件下水磨钻桩基成孔施工工法

复杂地质条件下水磨钻桩基成孔施工工法1.前言随着大跨度桥梁技术的发展和勘探技术、施工技术的进步，大孔径桩基础近几年得到了广泛应用。大直径桩基作为巨大竖向荷载结构的基础形式，在结构受力和经济等方面均比较合理。道庆洲大桥南接线由于临近江边、G316国道及吴钢地下通道，地质条件较为复杂，存在高强度岩层、近垂向裂隙发育以及渗水等情况。爆破一直以来都是解决孔桩石方常用的方法，但是在施工过程中常常会受到多方面的约束，经常会因为等待爆破材料耽误时间，而且为因为振动对周围环境产生影响遭遇阻工，同时还会因为炸坏护壁给后继工序带来安全隐患。如何保证施工安全、施工质量以及省工省时成为了关键。2.工法特点2.0.1本工法施工方便，适应性强，施工安全质量易保证。2.0.2本工法施工成孔速度快、成孔率高、节约成本、缩短工期且绿色环保。2.0.3本工法针对高强度区域采用钻孔等分碎块，加快施工进度，成孔精度高。2.0.4本工法针对砖渣提升定制了一种提升架，保证施工安全。2.0.5本工法相对爆破法对岩体的破坏程度较小，而且不受既有线要点及周围环境的影响，复杂地形条件下（临近既有线及房屋企业附近），安全性更高。3.适用范围本工法适用于石方地段桥梁挖孔桩及临近既有线桥及民房企业附近桥梁桩基础成孔施工。4.工艺原理复杂地质条件下人工挖孔桩施工采用水磨钻的形式。采用Ф16型水磨钻，由上到下，分节开挖。为解决高强度岩层钻进效率低的问题，本工法采用的水磨钻利用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，待钻入一定深度后提出套筒，敲断并清除筒内岩石；沿桩半径钻取岩芯，将桩芯岩体等分成三等份，破坏整体坚硬的岩层，再利用风镐在桩芯岩体上半径上钻眼，将桩岩体进一步等分，吊运出碴，提高钻进效率；钻进深度或根据岩石的强度进行调整。人工下去清理出碴，孔内出碴利用卷扬机及桩顶简易支架吊运出来。其次，为了解决漏水影响施工的问题，采取护筒跟进措施，确保安全，防止渗漏。最后，针对砖渣提升可能存在的安全问题，采用一种定制的提升架以便于安全高效提升砖渣。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程图5.1.1施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1施工准备1.为了确保施工安全顺利，工区、工程部、物资部、试验室、质量部及其他相关部门必须各司其职，加强配合，提前准备。2.施工前，物资材料及时进场，进行技术交底，讲解复杂地质条件下人工挖孔桩施工工艺流程及注意事项。3.施工前平整桩孔周围场地，用切割机沿截水沟两侧切割，截水沟内并设置集水坑，桩孔施工范围外设置沉淀池，截水沟通过水泵抽入沉淀池，经过处理后，排放到市政污水管道。4.施工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。5.施工前还应考虑到天气的影响，大风、大雨严禁施工。6.桩基护壁所用的原材料检测结果必须符合设计和规范要求。严格按试验室确定的配合比施工。5.2.2排水设施施工地表排水：施工前平整桩孔周围场地，用切割机沿截水沟两侧切割，然后采用炮机凿至沟底，截水沟尺寸为20×20cm，截水沟内并设置集水坑，集水坑直径为60cm，深度为40cm，桩孔施工范围外设置沉淀池，沉淀池的容量约为16m³，截水沟通过水泵抽入沉淀池，经过处理后，排放到市政污水管道，降排水布置示意图见图5-2。桩内排水：在孔桩施工中如遇不良地质、出现渗水且水量较小时，一般采用潜水泵边抽水边施工，如水量较大时，则可采用孔内边缘开挖集水井或渗水池的方法，实现孔内降水。截水沟截水沟16m³沉淀池集水坑图5.2.2降排水布置示意图5.2.3桩口开挖、锁口施工开挖第一节桩孔土石方：采用挖机或手持风镐进行局部平整，安装桩口施工平台，开挖桩孔要从上到下逐层进行，先挖中间部分的土方，然后扩及周边，有效地控制开挖桩孔的截面尺寸，石方采用风镐或水磨钻开挖，第一节开挖深度为1.8m。对于孔内的粘土、淤泥，可用铁铲、锄头便可开挖。孔内挖土采用分段开挖方式，对于粘土层，一般0.8m～1.0m为一个施工段；对于淤泥层，一般0.4m～0.5m为一个施工段；开挖完毕后，需及时浇筑25cm厚的C30混凝土护壁，孔口高度高于地面30cm，以防止土、石、杂物滚入孔内伤人。锁口护壁施工：锁口圈高出原地面30cm，厚度15cm-30cm，锁口内直径要求比桩径大10cm，锁口平面位置应圆滑平顺，以便测量组对其中心定位及标高监控，尺寸误差不大于5cm；防止施工过程中杂物落入孔中伤人及桩口坍塌，护壁形式采用薄壁式锁口护壁，作为施工用的衬体，以增加抗塌孔能力。图5.2.3锁口施工示意图5.2.4安装活动提升架锁口浇筑完成达到承载条件后立即搭设提升架，提升架采用钢管扣件式，其上覆盖彩条布，保证阴雨天施工作业；提升架周围用钢管设置围挡，并在钢管上安装密目网作为安全防护；桩孔内碴土采用电动卷扬机提升设备进行吊运，电动卷扬机采取搭设钢管架进行固定。提升架材料采用型钢钢架，搭设高度2.0m。提升架的每个基座下植入4根Φ20钢筋用于固定，要求牢固稳定，架体采用斜杆支撑加固。提升架钢管涂刷红油漆，并满挂安全防护网，桩成孔验收合格后进行提升架拆除，并转入下一批桩施工。图5.2.4提升架侧视图提升架俯视图5.2.5安装卷扬机、吊桶、活动盖板、爬梯等设施在提升架上安装滑轮组和穿卷扬机的钢丝绳，选择适当位置安装卷扬机，远离孔边不小于2.5m；吊桶采用直径40cm皮吊桶，并利用14号铁丝加固，安装在桩孔中心位置，桩孔口安装水平推移的活动安全盖板并用铁丝绑扎牢固，当桩孔内有人挖土时，要掩好安全盖板，在孔底上部安装半圆型盖板，防止杂物掉入砸人，设置在距离施工面2m高度处；上下步梯采用Φ14的钢筋焊接而成，踏步的横向钢筋间距为30cm，步梯上段设置U形挂钩，施工时步梯与锁口固定牢固。图5.2.5挡板结构示意图爬梯结构示意图5.2.6护壁混凝土施工开挖至中风化、微风化花岗岩前，一般土层段自稳性较差，开挖后必须进行混凝土护壁施工。护壁采用C30混凝土现浇，厚度150mm，护壁的结构形式设为内八字搭接，搭接长度不小于50mm。护壁模板采用定型钢模板，模板由四块组成，模板间用螺栓连接。护壁内设置φ8@200的钢筋网片，并预留钢筋与下一段护壁相接，伸入长度不小于设计要求的长度。上下节护壁的搭接长度不得小于80mm。模板上口留出高度为100mm的砼浇筑口，接口处要捣固密实，拆模后用砼或砌砖堵严，水泥砂浆抹平。图5.2.6护壁模板结构、挖孔桩护壁施工示意图5.2.7水磨钻循环钻孔人工挖孔桩分节开挖、分节支护，南接线主线桥水磨钻施工桩基共有29根，桩径2.5m，均为大直径钻孔灌注桩。单根设计桩长最短为15m，最长为25.5m。所处位置的地质状况由上往下分别为：1-3填石、2-2-1粉砂、6-3残积黏性土、7-1-4全风化花岗岩、7-1-3b碎块状强风化花岗岩、7-1-1微风化花岗岩。1、工艺原理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水管与水磨钻连接；依据图纸放出的桩孔中心及边线，首先用空压机带风镐敲碎桩位处上层岩石，为水磨钻提供一个平整工作面。水磨钻法主要采用直径为160mm的混凝土取芯机沿桩基础设计圆周取出高约600mm的圆柱体岩芯，形成一圆外周临空面，然后对剩余的桩基岩芯部分进行分块，沿圆半径取芯分块形成内部临空面，每个桩孔内设置1台钻机。在分块的岩石上钻上一排小孔，然后在小孔内推入钢楔子，锤击钢楔挤压岩石，使岩石同时受到铅锤面上的拉力和水平面上的剪切力作用，当挤压力大于极限抗拉力和极限剪切力之和时，岩石沿铅锤面被拉裂并从底部发生剪切破裂，取出分裂的岩块，实际施工时为了达到快速施工的效果，可以利用风镐快速分割及破碎桩内岩体。依次按照分层取芯、破裂、取岩块的循环工序作用，最终达到成孔的目的。图5.2.7水磨钻钻孔孔洞平面布置（1/3、1/4）示意图2、钻取四周岩石（D=2.5m）沿桩基孔壁布置53个取芯点，取芯直径为16cm，取芯圆与锁口护壁内壁相切，为了降低岩土的整体性，水磨钻两孔洞间有约20mm的重叠区域。依次钻取外圆的53个岩芯，取出的岩芯高约60cm左右，将外圆岩芯取完后桩芯体岩外围便形成一个环形临空面。3、分割岩体用手电钻/水磨钻在桩芯岩体上钻眼，在沿桩基径向钻出的孔内打入刚楔，用大锤锤击刚楔使岩体获得一个较大的冲击力，在冲击力作用下岩石沿铅锤面被拉裂，底部会发生水平剪切破裂，将桩岩石分成三等份（或四等份，实际分割大小，根据现场岩石强度而定），每份占桩芯岩体的1/3（1/4），以便于岩体破裂。取芯机取芯分割完后，再利用风镐在桩芯岩体上半径上钻眼，将桩岩体进一步等分成六份（八份）。施工过程中，要加大对桩孔的平面位置及垂直度的检测次数，如若超出偏差范围时，应立即校正，桩孔允许偏差如下表所示。序号项目允许偏差检验方法1孔位中心50mm测量检查2倾斜度0.5％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。5.2.8护筒跟进当桩孔内由于裂隙或断层而导致桩周有渗水现象时，采用下放钢护筒措施用于隔水，将渗水引流至桩底，每个孔内放一台大功率水泵，将渗水及时抽出。同时也可用于定位和阻挡井上土石及其它物体滚入井下伤人。便于渗水地段的施工，保障施工安全。5.2.9渣土吊运每次出碴前必须检查吊机、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，用小推车运至孔口5m以外存放，然后统一弃土。吊桶运输用钢丝绳直径不小于10mm，每日开工前各班组要对轱辘绞绳、轱辘轴及制动装置、防坠器进行检查，磨损超过标准要求的必须更换，挂钩必须有防脱钩装置。孔内出碴利用卷扬机及桩顶简易支架吊运出来。钻孔机械、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。起吊过程中在桩内设置可移动防坠网对桩底工人进行安全防护。图5.2.9渣土吊运及安全防护5.2.10桩孔检查、清底验收连续钻进直至设计深度，孔底必须达到平整，无松渣、淤泥、沉淀或扰动过的软层，然后联系设计、地质专业工程师、监理工程师进行桩位地质确认，做好施工原始记录，对桩直径、标高、桩位、垂直度全面检查合格后，进行下道工序。5.2.11钢筋笼吊装定位钻孔达到设计标高后，对孔位、孔径、孔深、孔形和孔底地质情况等进行检查，孔位偏差均未大于5cm，倾斜度不大于5‰。下放钢筋笼。钢筋笼吊装时，先由平板车运输至现场，在安装钢筋笼时采用三点起吊。第一吊点设在骨架的下部；第二吊点设在骨架长度的中点到三分之一点之间；第三吊点设在钢筋骨架最上端的定位处。应采取措施对起吊点处予以加强，以保证钢筋笼在起吊时稳固不变形。吊放钢筋笼入孔时应对准孔径，保持垂直，轻放、慢放入孔，安设钢筋笼保护层采用同标号砼导向轮，导向轮的厚度为砼保护层厚度。钢筋笼入孔后应徐徐下放，避免左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理，严禁高提猛落和强制下放。5.2.12导管安装导管采用专用的螺旋丝扣导管，导管之间设置水密封圈，接头为快速螺纹接头，导管制作要坚固、内壁光滑、顺直、无局部凹凸，对于旧导管在试压前应通过称重的方式判定导管壁厚是否满足使用要求。导管安装时应逐节量取导管实际长度并按序编号，做好记录以便混凝土灌注过程中控制埋管深度。并应注意橡皮圈是否安置和检查每个导管两头丝扣有无破丝等现象，以免灌注过程中出现导管进水等现象。5.2.13混凝土浇筑若孔内处于渗漏水严重状态时，灌注前应将孔内水注满，灌注混凝土前需对混凝土输送管路及容器洒水润湿，然后在填充导管内安装隔水设施，待储料斗储满混凝土后，开始灌注水下混凝土。灌注开始后，应连续有节奏地灌注混凝土，并尽可能缩短拆除导管的间隔时间；灌注时桩顶部标高较设计值预加0.5-1m，在孔内混凝土面测3个点，根据现场实施情况适当调整。孔内处于无水干燥状态时，混凝土灌注采用罐车或汽车泵放料至窜筒，分层浇筑混凝土，人工下放振捣棒分层振捣，持续浇筑完成。当采用插入式振动器的位移间距应不超过振动器作用半径的1.5倍，与桩孔壁保持100mm的距离，且插入下层混凝土中的深度宜为50～100mm。混凝土的浇筑宜连续进行，因故中断间歇时间应小于前层混凝土的初凝时间或能重塑时间。6材料与设备6.1主要材料表6.1.1主要材料一览表序号名称施工要求数量备注1混凝土≥C35满足施工需求2钢筋HRB400满足施工需求3声测管φ57*3.5/φ64*3.5满足施工需求4工字钢40A满足施工需求5导向架按要求定制满足施工需求6导管273×10mm满足施工需求6.2主要机具设备表6.2.1主要机具设备一览表序号机具设备名称数量用途备注1水磨钻机满足施工需求钻孔2空气压缩机满足施工需求送风、风镐3风镐满足施工需求破岩4潜水泵满足施工需求抽水5卷扬机(含提土设备)满足施工需求出碴6手推车满足施工需求运碴7铁锹满足施工需求出碴8定型钢模满足施工需求护壁9振捣棒满足施工需求护壁砼10装载机满足施工需求运碴1125T汽车吊满足施工需求吊钢筋笼12混凝土运输车满足施工需求砼运输13导管满足施工需求砼灌注14料斗满足施工需求砼灌注15镦粗机满足施工需求钢筋笼加工16绞丝机满足施工需求钢筋笼加工17钢筋切断机满足施工需求钢筋笼加工18钢筋弯曲机满足施工需求钢筋笼加工19切割机满足施工需求钢筋笼加工20电焊机满足施工需求钢筋笼加工21混凝土搅拌机满足施工需求护壁砼拌合7质量控制7.1原材料质量控制7.1.1进场材料必须要有出厂合格证和试验报告。7.1.2材质必须符合国家有关规定。7.1.3进场材料必须经复试合格后方可使用。7.1.4导向架的尺寸及规格严格按照方案实施。7.1.5水下混凝土强度等级不小于C35。7.2施工过程检查控制7.2.1质量应遵照国家标准《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2017)、《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-2016）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）及他有关规范规定。7.2.2施工过程应遵照《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008）、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）。7.2.3桩基施工根据测量放样严格进行孔位调整，经自检合格，要求业主相关人员及监理检测合格后方可进入下道工序施工。7.2.4水磨钻桩基质量标准见下表。项目允许偏差质量检验1.挖孔在终孔并对孔底进行处理后，应进行孔位、孔深、倾斜度及孔底处理情况等进行检验；2.孔径、孔形和倾斜度宜采用专用仪器测定，当缺乏专用仪器时，可采用外径为钻孔桩钢筋笼直径加100cm（不得大于钻头直径），长度4～6倍外径的钢筋检孔器吊入钻孔内检测。孔的中心位置（mm）群桩：100；单排桩：50孔径（mm）不小于设计桩径倾斜度（%）挖孔：<0.5孔深（m）支承桩：比设计深度超深不小于0.05沉淀厚度（mm）支承桩：不大于设计规定；设计未规定；沉淀厚度≤50mm7.2.5桩基进行超声波检测需达到Ⅰ类桩。8安全措施8.0.1认真贯彻执行《建筑施工现场安全防护基本标准》，《建设工程施工现场供用电安全规范》等安全技术规程以及地区有关劳动保护及安全生产的各项政策、法令。8.0.2桩基施工前，应进行安全施工交底。8.0.3上下孔必须通过爬梯不得乘坐吊桶。在施工期间，要求施工班组例行每天的班前自检外（主要检查漏电保护器是否失灵，摇架架体与绳索、保险钩、制动开关是否破损或失控，电机工作是否正常，爬梯的焊接是否有脱焊等）。8.0.4井下作业人员不得超过2人，作业时应戴安全帽、手套，有水时穿雨衣、雨裤及长筒雨靴。孔内必须配备对讲机，保证孔下作业人员和孔上人员信号联络。孔口周围地面不得摆放铁锤、锄头、石头和铁棒等附落伤人的物品。8.0.5施工现场内要有明显的安全标志，安全标语牌，夜间在主要交通要道有充足的照明，直接用于操作的照明灯采用36V低压防爆工作灯。8.0.6所有进行现场人员必须正确使用安全帽、安全带、安全防护用品。8.0.7所有人员实行配胸卡上岗制度，并严格执行各自的专业安全技术操作规程，严禁非专业人员无证上岗，严禁违章指挥，违章操作。对各种机具设备、用具定专人应经常检查、维修、保养，使机械设备能正常操作使月．消除事故隐患。8.0.8材料存储由专人负责，严禁烟火并挂有醒目的警告标志和防火措施，施工现场必须准备好灭火器材，杜绝火灾事故的发生。8.0.9实行安全生产责任制，明确各级人员的安全责任。坚持开展安全例会。增强安全意识。把“安全生产，警钟长鸣”常记心中。8.0.10开工前应检测孔桩下有无危害气体和不安全因素，.配备专门送风设备，并用空气检测仪等设备进行检测，当钻孔深度达到10米以上时应随时通风保持孔内空气流通。8.0.11对于施工渣土运输钢丝绳、滑轮安装稳固，起吊所有钢丝绳不小于φ10mm，张拉力不小于10KN，使用前进行张拉试验，每次使用时涂层润滑油，减少钢丝与滑轮的摩擦，钢丝绳应经常进行张拉试验，不合格马上更换。钢丝绳如有脱毛及滑丝现象应马上更换；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。8.0.12挖出的土石方应及时外运。孔口四周2m范围内不得堆放杂物。为防止地面人员和物体落入桩孔内，孔口四周（除井口出土位置）必须设置护栏和安全网。孔口配合人员应集中精力，密切监视孔内情况，积极配合孔内人员进行工作，施工时不离岗位。在孔内上下递送工具物品时，严禁抛掷；严防孔口杂物落入桩孔。9环保措施9.0.1认真贯彻执行《建设项目环境保护管理条例》等相关环保技术规程以及地区有关环境保护的各项政策、法令。9.0.2钢筋加工操作人员，每天必须做到工完场清，保持加工场所的清洁、整齐，所有废钢筋必须按要求堆放在指定位置，严禁乱丢乱扔。9.0.3施工机械的废油要存放在废油桶内，集中处理，严禁随意排放。9.0.4严禁燃烧木方、废安全网等物品。9.0.5施工现场