水钻挖孔桩施工方法 【技术领域】
本发明涉及一种桥梁桩基挖孔施工方法， 属于桥梁桩基施工领域。背景技术 桥梁基础普遍采用桩基型式。桩基可以将桥梁的上部结构重量及荷载， 传至持力 层， 确保桥梁的正常运转。桩基施工通常采用机械挖孔、 人工挖孔等施工方式。针对所处位 置的地质条件、 施工环境不同， 所采用的桩孔挖孔方式也不相同。对于施工作业面坡面陡 峭、 场地狭小、 大型钻机没有施工场地的区域， 不宜采用机械钻孔桩， 只能采用人工挖孔桩。
传统人工挖孔桩施工方式主要有 ： 1、 人工使用镐、 锄、 风镐等机械进行施工。该方 法在遇到坚硬岩层和障碍物时， 对施工进度影响较大， 而且风镐由于噪音较大， 对周边环境 有很大影响 ； 2、 人工爆破施工。该方法会扰动周围岩层， 而且受周边环境制约较大， 无法在 人口密集居住区或周边建筑物较多区域进行施工。
发明内容
本发明的目的在于针对目前人工挖孔工艺存在的缺陷， 提供一种施工效率高、 对 周围岩层扰动小、 施工噪音小的人工挖孔桩施工方法。
本发明的技术方案如下 ：
水钻挖孔桩施工方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ：
(1) 桩孔测量放样 ： 标出桩孔准确位置， 按照桩位挖除覆盖层至岩石露出， 标出设 计桩中心 ；
(2) 布置水钻取芯点 ： 环绕所标出的桩孔的内壁布置水钻取芯点， 取芯点布置个 数＝ π×( 桩孔直径 - 水钻直径 )/ 水钻直径 ；
(3) 钻取柱体岩芯 ： 在每个取芯点用水钻向下钻取一定高度的柱体岩芯， 水钻运 转过程中通过冷却水流对水钻钻头进行冷却 ； 将钻取的岩芯完全取出， 使桩孔中间形成一 个与桩孔内壁完全分开的桩基岩芯 ；
(4) 桩基岩芯布点打孔 ： 用电钻在所述桩基岩芯上钻至少三个小孔 ；
(5) 分裂桩基岩芯 ： 在所述小孔内打入钢楔， 用大锤捶击钢楔， 使桩基岩芯完全破 裂；
(6) 出渣 ： 将水钻钻取的柱体岩芯、 破裂的桩基岩芯运出桩孔 ；
(7) 桩孔修正 ： 敲掉桩孔内壁上的尖锐岩石凸起， 并再次标出设计桩中心 ；
(8) 循环作业至成孔 ： 重复上述步骤 (2) 至步骤 (7)， 依次按照布置取芯点、 钻取 柱体岩芯、 桩基岩芯打孔布点、 分裂桩基岩芯、 出渣、 桩孔修正的工序循环作业， 直至桩孔成 孔。
进一步， 本发明具体实施过程还可包括以下技术特征 ：
所述步骤 (3) 中， 水钻向下钻取柱体岩芯时， 水钻套筒应向桩孔壁外倾斜一定角 度， 该角度大于 5°小于 10°。所述步骤 (3) 中， 水钻运转过程中， 通过水泵或水箱提供冷却水流保持对水钻钻 头进行冷却。
所述步骤 (3) 中， 水钻钻取的柱体岩芯高度为 500 ～ 600mm。
所述步骤 (4) 中， 在所述桩基岩芯上钻的小孔， 深度为 50-70mm， 各小孔沿桩基岩 芯直径等距分布。
所述步骤 (6) 中， 在桩孔上方设置支架， 支架上设置滑轮， 利用卷扬机通过滑轮牵 引绳索和出渣吊篮将水钻钻取的柱体岩芯、 破裂的桩基岩芯运出桩孔。
本发明所提供的水钻挖孔桩施工方法， 与现有人工挖孔工艺相比， 具有以下优 点：
1、 水钻法施工对周围岩层扰动小， 施工噪音小， 施工废水可循环利用， 解决了人工 挖孔进度缓慢、 爆破施工扰民的问题 ；
2、 水钻施工工艺施工进度较快， 大大提高了工作效益， 加快施工进度。以 1.3m 桩 径为例， 每个施工班组每天能进行 3 个循环， 桩基入深达 1.5-1.8m， 劳动成本投入比人工挖 孔法和爆破法有较大降低 ；
3、 水钻法桩基施工桩基成孔桩径、 桩身倾斜度检查合格， 试验检测承载力合格， 满 足设计要求。 附图说明
图 1 是本发明的施工流程图 图 2 是桩孔测量放样示意图 图 3 是取芯点布置状态示意图 图 4 是水钻钻取柱体岩芯后的桩孔状态示意图 图 5 是桩基岩芯破裂示意图 图 6 是清除破裂的桩基岩芯后桩孔横截面示意图 图 7 是修正后的桩孔横截面示意图 图 8 是桩孔成孔后的纵向剖视图具体实施方式
本发明所提出的水钻挖孔桩施工方法， 采用分层施工， 在每一层施工时， 先利用水 钻环绕桩孔内壁钻取一定高度的若干柱体岩芯， 使桩基岩芯与整体岩石分离， 形成一个临 空面， 然后用手电钻在桩基岩芯上打孔， 在孔内分别插入钢楔， 接着用铁锤锤击钢楔， 钢楔 给予桩基岩芯一个水平拉力和剪切应力， 当水平拉力、 剪切应力大于岩石的极限抗拉和抗 剪切应力时， 桩基岩芯就会发生拉裂和剪切破坏， 与整体岩石分裂， 将破碎的岩石清除出桩 孔， 修正桩孔， 然后按同样的工序进行下一层施工， 如此循环施工， 最终达到成孔目的。
图 1 是本发明的施工流程图。各步骤及其具体实施方式如下 ：
步骤 100 桩孔测量放样。该步骤是挖孔施工前的准备工作。挖孔施工前， 先平整 场地， 铲除松软土层并夯实 ； 然后进行测量放样， 定出桩孔 1 的准确位置， 然后按照桩位开 挖土方， 挖除覆盖层至岩石露出， 标出设计桩中心， 如图 2 所示。
步骤 110 布置水钻取芯点。 环绕所标出的桩孔 1 的内壁布置水钻取芯点 2， 取芯点布置个数＝ π×( 桩孔直径 - 水钻直径 )/ 水钻直径。
如图 3 所示， 以桩径 1.3m 的桩孔为例， 若水钻的直径为 150mm， 则根据上述公式， 需 要环绕桩孔内壁布置 24 个水钻取芯点。
步骤 120 钻取柱体岩芯。 在每个取芯点， 用水钻向下钻取一定高度的柱体岩芯。 为 保护钻机， 钻取的柱体岩芯高度一般控制在 500mm-600mm。钻取柱体岩芯时， 水钻套筒应向 桩孔壁外倾斜一定角度， 以保证在下一层施工时， 钻机就位后套筒起钻点能够置于设计孔 桩边线而不致造成缩孔， 以保证桩基成孔直径。 根据施工经验， 该角度应大于 5°。 如果倾斜 角度过大， 将增加开挖掘进量和桩体混凝土浇注量， 因此该倾斜角度一般控制在小于 10°
具体施工时， 倾斜角度可采用如下计算方法 ：
以高度为 1500mm， 钻机钻芯直径为 150mm 的水钻钻机为例， 若电机或支架超出钻 芯前端 80mm， 则挖孔时钻机倾斜角度为 (80+150/2)/1500 ＝ 0.103， 即倾斜角应大于等于 -1 tan (0.103) ＝ 5.80°。
将钻取的岩芯完全取出， 使桩孔中间形成一个桩基岩芯 3， 该桩基岩芯与桩孔内壁 完全分开， 外围形成一个临空面， 以便在后续步骤中有空间使桩基岩芯受拉破裂。 外围形成 临空面的桩基岩芯如图 4 所示。
步骤 130 桩基岩芯布点打孔。 用电钻在所述桩基岩芯上钻至少三个小孔 4， 以便对 桩基岩芯进行破裂。钻孔数量根据桩基岩芯强度而定。
对于直径较小的桩基岩芯， 可用小型电钻在已形成临空面的桩基岩芯 3 上， 沿桩 基岩芯 3 直径等分钻取三个深 50-70mm 的小孔 4， 如图 4 所示， 以便钢楔插入桩基岩芯中。
对于桩基直径较大的桩基岩芯， 进行分块破裂时， 可先沿桩基岩芯半径用水钻继 续钻取柱体岩芯， 柱体岩芯直径可以更换成小孔径空心钻头， 使桩基岩芯等分成 4-6 块， 分 块形成内部临空面后， 再用小电钻在每块上打孔， 破裂桩基岩芯。
步骤 140 分裂桩基岩芯。在桩基岩芯 3 上的小孔 4 内打入钢楔， 用大锤捶击钢楔， 使桩基岩芯获得一个水平的冲击力， 在水平冲击力作用下， 桩基岩芯沿铅锤面被拉裂， 桩基 岩芯底部发生水平剪切破裂。 依次分裂桩基岩芯， 直至该层桩基岩芯底部全部破裂为止。 破 裂的桩基岩芯如图 5 所示。
步骤 150 出渣。将水钻钻取的柱体岩芯、 破裂的桩基岩芯运出桩孔。
步骤 160 桩孔修正。敲掉桩孔内壁上的尖锐岩石凸起， 并再次标出设计桩中心。
水钻钻取柱体岩芯后， 桩孔内壁呈锯齿状尖锐凸起， 如图 6 所示。为保证有效桩径 与设计桩径一致， 清除破裂的桩基岩芯碎块后， 要敲掉侵占桩孔空间的尖锐凸起， 再次标出 设计桩中心， 检查桩孔底部偏位情况并及时纠偏。图 7 所示为修正后的桩孔内壁横向截面 图。
步骤 170 循环作业至成孔。通过上述步骤， 即完成一层挖孔施工。在捶击钢楔挤 压岩石时， 由于岩石纹理不同， 导致桩基岩芯破裂程度不同， 将其完全整平后， 进入下一层 施工。重复上述 110 到 160 的步骤， 即依次按照布置取芯点、 钻取柱体岩芯、 桩基岩芯打孔 布点、 分裂桩基岩芯、 出渣、 桩孔修正的工序循环作业， 一层层向下开挖， 直至桩孔成孔。图 8 所示为桩孔成孔后的纵向剖视图。
上述施工方法中， 水钻钻机运转过程中， 必须提供冷却水流保持对水钻钻头进行 冷却， 同时冷却水流应保有一定压力对钻头直接进行冲洗 ； 可采用水泵或设置水箱提供所需的冷却水流。
上述施工方法中， 可在桩孔上方设置支架， 支架上设置滑轮， 利用卷扬机通过滑轮 牵引绳索和出渣吊篮将水钻钻取的柱体岩芯、 破裂的桩基岩芯运出桩孔。
上述支架、 滑轮、 卷扬机及出渣吊篮、 水泵、 水箱等装置， 应在施工前的准备工作中 安装调试好。