中交第一公路工程局有限公司
摘要：随着我国高速公路建设高速发展，山区高度公路的建设也越来越多，山区公路具有桥隧比例大的特点。由于山区桥梁地处位置特殊，且山区岩石多，地形陡，施工空间小，所以桥梁桩基施工是山区高速公路施工的重难点。本文根据宝汉11标项目实际施工情况浅析山区高速桥公路梁桩基水磨钻施工方法。
关键词：山区地形；桩基；水磨钻；施工方法
1、工程概况
陕西定汉线坪坎至汉中（石门）高速公路PH-11合同段位于陕西省汉中市留坝县马道镇境内，合同段起点桩号为K170+932，止于K176+582.6，路线全长5.673km。其中桥梁14座，大桥3374.7m/11座（以右幅计），中桥98.7m/2座（以右幅计），K174+000施工便桥145.1m/1座。桥梁桩基共619根，为嵌岩桩，最小桩径1.4m，最大桩径2.4m。
2、工程特点
2.1气象、水文特点
秦岭为陕西省南北气候的自然分界线，也是我国南北方的分界线。秦岭以南，太阳辐射较小，气温较高，降水较多，气候湿润；秦岭以北则相反。秦岭山地，相对高差大，气候垂直分异明显。
秦岭以南属北亚热带湿润气候区。一月平均气温多在0℃-2℃，七月气温20℃-26.4℃。年极端最高气温35℃-39℃。区内雨量充沛，大部分地区年平均降水量在700-1500mm以上，多年最大降雨量1974.6mm（1983年），年内降雨分配不均，夏秋雨季降水占全年的80%，12月至元月最少，降水不足15mm。7-9月降水比较集中，多阴雨天气，降雨量占全年的60%左右。
2.2 施工场地特点
本标段桥梁位置地形复杂，8次跨越G316国道及褒河，大部分桩基在河道及山坡位置，部分桩基临国道和天然气管道。由于地形复杂，给施工带来一定困难。
2.3 施工地质特点
项目区属于南秦岭地层分区留坝–白河小区，根据勘察的钻孔揭示及工程地质调查结果，勘察区内出露的地层为志留系和泥盆系，其中志留系出露在留坝以南，青桥铺以北地区。沿线出露的地层为长片麻段、片岩段、大理岩段和岩浆岩，其中岩浆岩主要为印支期花岗岩，属于坚硬岩。
3、常用桩基施工方案介绍
3.1 冲击钻施工介绍
3.1.1冲击钻工作原理
冲击反循环破碎入岩工艺的破碎机理是利用冲击钻头对岩石进行较高频率的冲击,使岩石产生破碎，然后利用反循环排渣方式及时将破碎岩屑第一时间排出孔外。
3.1.2施工特点
其特点是：可利用地质部门常规地质钻机，可用于各种地质条件、各种孔径和深度桩基施工，护壁，效果好，成孔质量可靠；机具设备简单，操作方便，费用较低，但成孔速度慢，效率低，用水量大，泥浆排放量大，污染环境，扩孔率较难控制。
3.1.3适用范围
适用于地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、黏性土、砂土、卵、砾石层、漂石、块石、基岩等土层应用。
3.2 旋挖钻施工介绍
3.2.1旋挖钻工艺原理
旋挖钻机采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺，是一种无冲洗介质循环的钻进方法，为保证钻进时孔壁稳定，孔内应注满优质泥浆。旋挖钻机工作时能原地作整体回转运动。旋挖钻机钻孔取土时，依靠钻杆和钻头自重切入土层，斜向斗齿在钻斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻取土；遇硬土 时，自重力不足以使斗齿切入土层，此时可通过加压油缸对钻杆加压，强行将斗齿切入土中，完成钻孔取土。钻斗内装满土后，由起重机提升钻杆及钻斗至地面，打开钻斗底门，钻斗内的土依靠自重自动排出。钻杆下放关好斗门，再回转到孔内进行下一斗的挖掘。
3.2.2施工特点
旋挖钻施工自动化程度高、成孔速度快、质量高。旋挖钻机行走机动、灵活，终孔后能快速的移位或至下一桩位施工。该钻机为全液压驱动，电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降，快速卸土，以缩短钻孔辅助作业的时间，提高钻进效率。环保特点突出，施工现场干净。
3.2.3适用范围
旋挖钻机一般适用粘土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层，借钻具自重和钻机加压力，耙齿切入土层，在回转力矩的作用下钻斗同时回转配合不同钻具，适应于干式（短螺旋）、湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业。对于具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆的钻机，可以适应微风化岩层的施工。
3.3人工挖孔施工介绍
3.3.1人工挖孔特点
人工挖孔具有施工简便，对施工设备要求较低，施工成本低，单个或多个桩基可同时开工，互不影响，可同时全面铺开，施工速度快等优点。同时具有桩端受力明确，持力层易于控制，基础沉降小的特点。
其缺点是挖孔中劳动强度较大，作业环境差，易造成人员安全事故；单桩施工速度较慢，成桩周期较长，施工现场污染严重，遇到地下水丰富或有流沙地质施工困难，成桩质量不可靠。
3.3.2适用范围
人工挖孔桩适用于桩直径800mm以上，无地下水或地下水较少的粘土、粉质粘土，含少量砂、砂卵石、砾石的粘土采用。对有流沙，地下水位较高，涌水量大的冲积地带及近代沉积的含水量高的淤泥、淤泥质土层不宜使用。桩孔深度不宜超过40m，人工挖孔桩深度一般6～20m左右。
3.4水磨钻施工介绍
水磨钻施工具有成孔规则、进尺快、不爆破，对孔壁扰动小的优点，并能够有效阻孔壁渗水。重量轻、质量可靠、操作灵活、维护简便、无粉尘作业、效率高、孔壁光滑、尺寸精确的特点，尤其对一般钻井设备无法展开的小空间、和硬度较大的岩石有针对性的良好效果。
4、水磨钻桩基在本标段的使用情况
4.1 水磨钻适用性
通过对以上几种桩基成孔方法的介绍，宝汉11标项目桩基地处山体边坡和邻国道位置，施工空间小，采用旋挖钻和冲击钻没有施工平台，对于硬质岩石地质，人工挖孔施工速度慢，使用水磨钻最为合适；其次部分桩基临天然气管道很近，不宜采用爆破；综上分析，本项目采用水磨钻对特殊山区地形进行桩基施工最为合适。
4.2水磨钻改进
针对本项目施工，为提高水磨钻施工效率，保证成桩质量，项目技术人员不断思考创新，对水磨钻施工设备进行完善。为水磨钻增加一套定位反力装置，确保水磨钻施工过程的定位准确，同时保证水磨钻施工钻在硬质岩层钻进时的反力加压。进过改进，使得水磨钻施工成孔质量得到提升，同时提高钻进效率。
4.2.1定位反力架介绍
定位反力装置包括支腿、定位架及反力支撑杆组成，定位架根据施工的桩径将双槽钢设置成与桩基同心圆，水磨钻顶竖杆沿定位同心圆圈轨道行走。反力支撑架为4根可伸缩支撑杆，由双向螺杆控制，杆端设置垫板，通过伸缩支撑杆，使垫板与桩基壁接触，通过螺杆加压，使垫板与桩壁之间产生摩擦力，从而起到反力架作用。
注：1——反力架垫板，2——定位架，3——支撑竖杆，4——支撑垫板，5——双向螺旋套筒，6——反力螺杆。
4.2.2定位反力工作原理
反力架装置由反力架垫板1、双向螺旋套筒5、反力螺杆6组成，待反力架放到桩基钻进位置时，通过调整双向螺旋套筒使反力螺杆伸长，使反力架垫板与桩基壁接触并加压，通过反力架垫板与桩基壁支架的摩擦力作为水磨钻施工反力对水磨钻进行加压施工。
定位架装置由定位架2、支撑竖杆3、支撑垫板4组成，定位架支撑杆作用在桩基底部，定位架2为与桩基同心的双槽钢轨道圆槽，水磨钻定位杆在双槽钢轨道槽内运转，确保成孔圆顺。
4.2.3水磨钻施工效果
（1）施工效率方面
通过使用水磨钻施工，很好的解决了本项目特殊山区地形桩基施工难题。通过对水磨钻装备的改进，增加定位反力架，施工由原来的4小时完成一环钻孔施工缩短到2小时左右，施工效率提高1倍，为桩基施工节约时间，为后续工作提供良好基础，节约工程工期。
（2）施工质量方面
施工成孔质量得到很到提高经检测，使用改进后较改进前水磨钻施工的桩孔，其孔径控制更为到位，直径偏差更小，桩基排位情况得到很到改善，同时保证了桩孔倾斜度在规定范围内，为后续钢筋笼下放及浇筑混凝土提供了便利。
5、结论
在山区特殊地形桥梁桩基施工时，需要对桩基所处位置的水文、地质、地形及其他方面影响因素进行分析，做综合考虑后选择合适的桩基施工工艺。本项目根据实际施工特点，采用水磨钻施工，并有针对性的对水磨钻采取改进措施，保证了项目特殊山区地形桩基施工进度的同时保证了施工质量，缩短了工期，提高效益。其改进创新为桩基施工提供了新的优化思路，对类似山区地形桩基施工方法的选用分析具有一定指导意义。
参考文献:
[1]田克平.《JTG/T F50-2011 公路桥涵施工技术规范》
[2]宝汉11标项目桥梁施工设计图纸
论文作者:唐广文,宋强
论文发表刊物:《基层建设》2015年28期供稿
论文发表时间:2016/4/5
标签：桩基论文; 水磨论文; 垫板论文; 钻机论文; 秦岭论文; 钻孔论文; 山区论文; 《基层建设》2015年28期供稿论文;