浅谈水磨钻人工挖孔桩的应用

杨 涛

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 施工原理

水磨钻主要由水磨钻机、水磨钻筒和专用水泵三部分组成。一般一个水磨钻机配备3～5个水磨钻筒，一个水磨钻筒上有7个刀头。水磨钻筒外径为16 cm，内径为14 cm，壁厚度为1 cm，高度为60 cm，一个循环可钻50～60 cm。专用水泵外径为12 cm，高度为40 cm。

水磨钻法主要是通过水磨钻机沿桩径内沿钻若干个孔，孔孔相连，钻孔后取芯，待所有水磨钻钻孔连成一个环后，桩芯就和桩壁分离了，形成桩芯的临空面。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。在分块的岩石上钻上一排小孔，在小孔内锥入钢楔子，捶击钢楔挤压岩石，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抗剪切力之和时，岩石沿铅锤面被拉裂并从底部发生剪切破裂，分解成若干小块，利用卷扬机吊出孔外，取出分裂的岩块。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。随后进行钢筋笼安装和混凝土浇筑。

2 施工方法

2.1 施工准备

正式施工前，把水源、电源接通，将施工所用的材料、机具运输到位，技术人员熟悉图纸，了解地质情况、桩径、深度等相关参数，并对操作人员进行技术交底和安全交底，达到开工的条件。

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，放出桩孔的圆周线，经监理单位覆核后可以开始施工。考虑到施工过程的误差以及开孔之间的残余岩石，一般钻孔桩径大于设计桩径10 cm左右。

2.3 搭设支架

正式施工前，需要搭设施工支架，施工支架采用普通钢管脚手架搭设而成。施工支架高4～6 m，作为施工过程中的卷扬机支撑，支架四角落在桩口外围，支架顶部用防雨布覆盖，保证阴雨天气正常施工。支架搭设完成后，在支架上固定卷扬机和滑轮，接通电源，调试到正常工作状态。

2.4 锁口浇筑

在进入岩层之前可以利用铁锹等工具人工挖除土层，并及时浇筑混凝土护壁，控制开挖进尺以保证安全。

2.5 水磨钻开孔取芯

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，这样在下一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。

2.5.1 扩底倾斜角度计算

水磨钻机高1 500 mm，钻筒外径为160 mm；电机或支架超出钻芯前端80 mm，正常钻孔时钻机倾斜角度即为(80+160/2)/1500=0.107，倾斜角度≥tan(0.107)-1=6.107°，才能保证不缩孔。向外扩底时，钻机倾斜角度≥10°就不易固定钻机位置，tan10°=0.176，向外扩底宽度0.176×1 500-(80+160/2)=104 mm，即每500 mm可向外扩100 mm宽。

2.5.2 钻孔取芯

准备工作全部完成后，开始水磨钻钻孔取芯。水磨钻开孔沿桩孔四周进行，钻孔直径16 cm，孔深50～60 cm。钻孔时向井孔外侧倾斜3度左右，预留出钻具的尺寸。保证循环施工时桩径不变。沿桩基孔壁布置取芯点，取芯圆与锁口内壁相切。依次钻取外周的岩芯，取出的岩芯高约500 mm，将外周岩芯取完后桩芯体岩外围便形成一个环形临空面。

2.6 孔芯外运

水磨钻施工一边进行，一边对取出的钻芯组织外运。钻芯外运采用吊斗，卷扬机吊装吊斗运出。

2.7 桩芯破碎

全部钻孔及取芯施工完成后，对剩余的桩芯进行破碎。沿桩半径钻取岩芯，直径为125 cm的桩基将桩芯岩体等分成三等份，每份占桩芯岩体的1/3，以便于岩体破裂。用手电钻在桩芯岩体上钻孔，并将桩芯岩石分成六等份。在沿桩基径向手电钻钻出的孔内打入钢楔，用大锤锤击钢楔使岩体获得一个水平的冲击力，在水平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。依次分裂岩体，直至该层桩芯岩体全部破裂。

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2.8 块石外运

破碎的石块用电锤或风镐进行破碎，保证直径在20 cm以下，使用卷扬机、吊斗外运。石块清运干净后继续下一轮的钻孔取芯，破碎外运施工。

为保证井孔内人员的安全，石块外运过程中在操作面上方搭设防砸棚，防砸棚面积小于桩孔面积的一半，这样，既能使石块顺利外运，又能保证操作人员安全。

钻孔过程中如果有水渗漏，要使用水泵排水，确保人员能够正常作业。夜间停工时，操作工具吊起至水面以上，防止工具泡水。如出现破碎岩层或裂隙，用施工混凝土护壁即可。

2.9 检查验收

终孔前把孔底清理干净，要求孔底无积渣，基底修整平整。然后测出桩的中心点，量好各个断面的具体尺寸，并做好记录。自检合格后通知监理工程师，配好仪器设备，对孔位、孔深、孔径，竖直度、孔内积渣等进行检查，做好检查记录，核对地质资料，签认检查记录，符合要求后方可进行下道工序施工，否则，按监理工程师要求整改。

2.10 钢筋笼加工及安装

(1)根据钢筋笼的设计直径、间距、长度和数量计算主筋分段长度和箍筋下料长度。将所需钢筋调直后，按计算长度切割备用。钢筋下料时设计好下料尺寸，确保在钢筋笼制作过程中接头错开1.5米以上，从而保证在同一断面上钢筋接头面积小于或等于整个断面钢筋总面积的50%，保证整个钢筋笼长度。

钢筋采用绑扎搭接，搭接长度不小于40 d。在主筋外侧设加劲箍筋，间隔2.0 m。在钢筋笼外侧或内侧沿轴线方向安设临时支柱。

(2)在钢筋笼四周用垫块作为保护层厚度衬块，其沿桩长的间距不超过2 m，横向圆周不得少于4处。确保钢筋笼保护层厚度；超声波探测管采用金属管，内径不小于90 mm，壁厚3.0 mm。探测管每根孔桩设四根，均布于桩身周边，绑扎在钢筋笼的内侧，探测管下端用钢板焊接封闭以防漏水，上端加盖，管内无异物，连接处应光滑过渡，不漏水。管口应高出桩顶30 cm以上，且各探测管管口高度一致。

(3)钢筋笼绑扎好一节时，用施工吊车吊入孔内，在加强筋位置用钢管将钢筋笼支撑在护圈上，进行下节钢筋笼绑扎，直到钢筋笼安装完成，便按测量人员给定的控制点恢复桩基中心，(挂细线找出中心)笼体中心与桩基中心重合时才能固定，其允许偏差2 cm。之后，安装钢筋笼保护层垫块。在钢筋笼的接长、安放过程中，始终保持骨架垂直；钢筋笼接长采用搭接发接头用加强筋或“U”型卡加固，每节接长保证顺直度满足要求，接头牢固可靠。钢筋笼接好后严格检查接头质量，合格后方可下放,并边下沉边割掉笼内十字撑。钢筋笼吊装前需要进行加固，加固方式采用加强筋，每个2 m加强设置。

2.11 钢筋骨架的存放、运输与现场吊装

钢筋骨架临时存放的场地必须保证平整、干燥。存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高的方木，以免受潮或沾上泥土。每个钢筋笼制作好后要挂上标志牌，便于使用时按桩号装车运出。

钢筋骨架在转运至墩位的过程中必须保证骨架不变形。采用汽车运输时要保证在每个加强筋处设支承点，各支承点高度须相等。

钢筋笼入孔时，由25t吊车吊装。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上三分之一点之间；第三吊点在骨架最上端的定位处。操作时，要采取措施对起吊点予以加强，以保证钢筋笼在起吊时不致变形。

吊放钢筋笼入孔时应对准孔径，保持垂直，轻放、慢放入孔，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。

骨架最上端的定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，为防止钢筋笼掉笼或在灌注过程中浮笼，钢筋笼的定位采用φ20 mm钢筋悬挂在钢护筒上，同时使用2根φ100 mm钢管对称压住钢筋笼(其下端卡住钢筋笼顶部的加强箍筋，其上端焊接在钢护筒上)。钢筋笼的中心要与设计桩的中心位置对正，反复核对无误后再焊接于钢护筒上，完成钢筋笼的安装。

2.12 混凝土浇筑

混凝土浇筑时应使用串桶，从桩的一侧下料，人工摊铺并振捣；在有地下水时可用导管进行水下混凝土浇筑。

钢筋笼内侧装有超声波管道及界面取芯管，以便于日后检测桩深的需要，因此，管口应做好封闭工作，以防混凝土浇筑时流入管道，混凝土浇筑完毕后水平距离不应超过管道口。

3 结 语

采用水磨钻施工弱风化岩石的人工挖孔桩，能够以较短的工期、较好的效果、较低的成本完成施工任务，是解决复杂地质条件下人工挖孔桩的有效施工方法，具有重要的应用价值和推广前景。水磨钻施工具有成孔规则、进尺快、不爆破，对孔壁拢动小的优点。水磨钻孔桩具有设备简单，施工操作方便，占用场地小，无泥浆排出，施工质量可靠等特点。