淺談水磨鉆人工挖孔樁的應(yīng)用

楊 濤

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 施工原理

水磨鉆主要由水磨鉆機(jī)、水磨鉆筒和專用水泵三部分組成。一般一個(gè)水磨鉆機(jī)配備3～5個(gè)水磨鉆筒，一個(gè)水磨鉆筒上有7個(gè)刀頭。水磨鉆筒外徑為16 cm，內(nèi)徑為14 cm，壁厚度為1 cm，高度為60 cm，一個(gè)循環(huán)可鉆50～60 cm。專用水泵外徑為12 cm，高度為40 cm。

水磨鉆法主要是通過(guò)水磨鉆機(jī)沿樁徑內(nèi)沿鉆若干個(gè)孔，孔孔相連，鉆孔后取芯，待所有水磨鉆鉆孔連成一個(gè)環(huán)后，樁芯就和樁壁分離了，形成樁芯的臨空面。然后，對(duì)剩余的樁基巖芯部分進(jìn)行分塊，沿圓半徑取芯分塊形成內(nèi)部臨空面。在分塊的巖石上鉆上一排小孔，在小孔內(nèi)錐入鋼楔子，捶擊鋼楔擠壓巖石，使巖石同時(shí)受到鉛錘面上的拉力和水平面上的剪切力作用。當(dāng)擠壓力大于極限抗拉力和極限抗剪切力之和時(shí)，巖石沿鉛錘面被拉裂并從底部發(fā)生剪切破裂，分解成若干小塊，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)吊出孔外，取出分裂的巖塊。依次按照分層取芯、破裂、取巖塊的循環(huán)工序作用，最終達(dá)到成孔的目的。隨后進(jìn)行鋼筋籠安裝和混凝土澆筑。

2 施工方法

2.1 施工準(zhǔn)備

正式施工前，把水源、電源接通，將施工所用的材料、機(jī)具運(yùn)輸?shù)轿唬夹g(shù)人員熟悉圖紙，了解地質(zhì)情況、樁徑、深度等相關(guān)參數(shù)，并對(duì)操作人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全交底，達(dá)到開(kāi)工的條件。

2.2 測(cè)量放線

使用全站儀進(jìn)行測(cè)量定位，放出樁芯位置，并根據(jù)圖紙，放出樁孔的圓周線，經(jīng)監(jiān)理單位覆核后可以開(kāi)始施工?？紤]到施工過(guò)程的誤差以及開(kāi)孔之間的殘余巖石，一般鉆孔樁徑大于設(shè)計(jì)樁徑10 cm左右。

2.3 搭設(shè)支架

正式施工前，需要搭設(shè)施工支架，施工支架采用普通鋼管腳手架搭設(shè)而成。施工支架高4～6 m，作為施工過(guò)程中的卷?yè)P(yáng)機(jī)支撐，支架四角落在樁口外圍，支架頂部用防雨布覆蓋，保證陰雨天氣正常施工。支架搭設(shè)完成后，在支架上固定卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑輪，接通電源，調(diào)試到正常工作狀態(tài)。

2.4 鎖口澆筑

在進(jìn)入巖層之前可以利用鐵鍬等工具人工挖除土層，并及時(shí)澆筑混凝土護(hù)壁，控制開(kāi)挖進(jìn)尺以保證安全。

2.5 水磨鉆開(kāi)孔取芯

測(cè)量放樣后鉆機(jī)就位，固定鉆機(jī)位置，保證套筒向孔樁側(cè)壁外傾一定角度，這樣在下一循環(huán)才可以保證鉆機(jī)就位后，套筒起鉆點(diǎn)能置于設(shè)計(jì)孔樁邊線面不致造成縮孔，此措施將使樁孔呈節(jié)段倒合體，保證成孔截面尺寸。

2.5.1 擴(kuò)底傾斜角度計(jì)算

水磨鉆機(jī)高1 500 mm，鉆筒外徑為160 mm；電機(jī)或支架超出鉆芯前端80 mm，正常鉆孔時(shí)鉆機(jī)傾斜角度即為(80+160/2)/1500=0.107，傾斜角度≥tan(0.107)-1=6.107°，才能保證不縮孔。向外擴(kuò)底時(shí)，鉆機(jī)傾斜角度≥10°就不易固定鉆機(jī)位置，tan10°=0.176，向外擴(kuò)底寬度0.176×1 500-(80+160/2)=104 mm，即每500 mm可向外擴(kuò)100 mm寬。

2.5.2 鉆孔取芯

準(zhǔn)備工作全部完成后，開(kāi)始水磨鉆鉆孔取芯。水磨鉆開(kāi)孔沿樁孔四周進(jìn)行，鉆孔直徑16 cm，孔深50～60 cm。鉆孔時(shí)向井孔外側(cè)傾斜3度左右，預(yù)留出鉆具的尺寸。保證循環(huán)施工時(shí)樁徑不變。沿樁基孔壁布置取芯點(diǎn)，取芯圓與鎖口內(nèi)壁相切。依次鉆取外周的巖芯，取出的巖芯高約500 mm，將外周巖芯取完后樁芯體巖外圍便形成一個(gè)環(huán)形臨空面。

2.6 孔芯外運(yùn)

水磨鉆施工一邊進(jìn)行，一邊對(duì)取出的鉆芯組織外運(yùn)。鉆芯外運(yùn)采用吊斗，卷?yè)P(yáng)機(jī)吊裝吊斗運(yùn)出。

2.7 樁芯破碎

全部鉆孔及取芯施工完成后，對(duì)剩余的樁芯進(jìn)行破碎。沿樁半徑鉆取巖芯，直徑為125 cm的樁基將樁芯巖體等分成三等份，每份占樁芯巖體的1/3，以便于巖體破裂。用手電鉆在樁芯巖體上鉆孔，并將樁芯巖石分成六等份。在沿樁基徑向手電鉆鉆出的孔內(nèi)打入鋼楔，用大錘錘擊鋼楔使巖體獲得一個(gè)水平的沖擊力，在水平?jīng)_擊力作用下巖石沿鉛錘面被拉裂，底部會(huì)發(fā)生水平剪切破裂。依次分裂巖體，直至該層樁芯巖體全部破裂。

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在圖像識(shí)別領(lǐng)域已經(jīng)展現(xiàn)了其強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，目前提高卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能最直接的方法就是增加網(wǎng)絡(luò)的深度，以提升網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)的表征能力。但網(wǎng)絡(luò)深度的增加意味著參數(shù)的增加，這使得擴(kuò)大后的網(wǎng)絡(luò)易出現(xiàn)過(guò)擬合的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，在參數(shù)較多的高層卷積層，采用一種多尺度卷積模塊(Inception)[11]替代高層卷積層，在保證網(wǎng)絡(luò)深度的同時(shí)，減少了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)數(shù)量。多尺度卷積模塊示意圖如圖2所示。

2.8 塊石外運(yùn)

破碎的石塊用電錘或風(fēng)鎬進(jìn)行破碎，保證直徑在20 cm以下，使用卷?yè)P(yáng)機(jī)、吊斗外運(yùn)。石塊清運(yùn)干凈后繼續(xù)下一輪的鉆孔取芯，破碎外運(yùn)施工。

為保證井孔內(nèi)人員的安全，石塊外運(yùn)過(guò)程中在操作面上方搭設(shè)防砸棚，防砸棚面積小于樁孔面積的一半，這樣，既能使石塊順利外運(yùn)，又能保證操作人員安全。

鉆孔過(guò)程中如果有水滲漏，要使用水泵排水，確保人員能夠正常作業(yè)。夜間停工時(shí)，操作工具吊起至水面以上，防止工具泡水。如出現(xiàn)破碎巖層或裂隙，用施工混凝土護(hù)壁即可。

2.9 檢查驗(yàn)收

終孔前把孔底清理干凈，要求孔底無(wú)積渣，基底修整平整。然后測(cè)出樁的中心點(diǎn)，量好各個(gè)斷面的具體尺寸，并做好記錄。自檢合格后通知監(jiān)理工程師，配好儀器設(shè)備，對(duì)孔位、孔深、孔徑，豎直度、孔內(nèi)積渣等進(jìn)行檢查，做好檢查記錄，核對(duì)地質(zhì)資料，簽認(rèn)檢查記錄，符合要求后方可進(jìn)行下道工序施工，否則，按監(jiān)理工程師要求整改。

2.10 鋼筋籠加工及安裝

(1)根據(jù)鋼筋籠的設(shè)計(jì)直徑、間距、長(zhǎng)度和數(shù)量計(jì)算主筋分段長(zhǎng)度和箍筋下料長(zhǎng)度。將所需鋼筋調(diào)直后，按計(jì)算長(zhǎng)度切割備用。鋼筋下料時(shí)設(shè)計(jì)好下料尺寸，確保在鋼筋籠制作過(guò)程中接頭錯(cuò)開(kāi)1.5米以上，從而保證在同一斷面上鋼筋接頭面積小于或等于整個(gè)斷面鋼筋總面積的50%，保證整個(gè)鋼筋籠長(zhǎng)度。

鋼筋采用綁扎搭接，搭接長(zhǎng)度不小于40 d。在主筋外側(cè)設(shè)加勁箍筋，間隔2.0 m。在鋼筋籠外側(cè)或內(nèi)側(cè)沿軸線方向安設(shè)臨時(shí)支柱。

(2)在鋼筋籠四周用墊塊作為保護(hù)層厚度襯塊，其沿樁長(zhǎng)的間距不超過(guò)2 m，橫向圓周不得少于4處。確保鋼筋籠保護(hù)層厚度；超聲波探測(cè)管采用金屬管，內(nèi)徑不小于90 mm，壁厚3.0 mm。探測(cè)管每根孔樁設(shè)四根，均布于樁身周邊，綁扎在鋼筋籠的內(nèi)側(cè)，探測(cè)管下端用鋼板焊接封閉以防漏水，上端加蓋，管內(nèi)無(wú)異物，連接處應(yīng)光滑過(guò)渡，不漏水。管口應(yīng)高出樁頂30 cm以上，且各探測(cè)管管口高度一致。

(3)鋼筋籠綁扎好一節(jié)時(shí)，用施工吊車吊入孔內(nèi)，在加強(qiáng)筋位置用鋼管將鋼筋籠支撐在護(hù)圈上，進(jìn)行下節(jié)鋼筋籠綁扎，直到鋼筋籠安裝完成，便按測(cè)量人員給定的控制點(diǎn)恢復(fù)樁基中心，(掛細(xì)線找出中心)籠體中心與樁基中心重合時(shí)才能固定，其允許偏差2 cm。之后，安裝鋼筋籠保護(hù)層墊塊。在鋼筋籠的接長(zhǎng)、安放過(guò)程中，始終保持骨架垂直；鋼筋籠接長(zhǎng)采用搭接發(fā)接頭用加強(qiáng)筋或“U”型卡加固，每節(jié)接長(zhǎng)保證順直度滿足要求，接頭牢固可靠。鋼筋籠接好后嚴(yán)格檢查接頭質(zhì)量，合格后方可下放,并邊下沉邊割掉籠內(nèi)十字撐。鋼筋籠吊裝前需要進(jìn)行加固，加固方式采用加強(qiáng)筋，每個(gè)2 m加強(qiáng)設(shè)置。

2.11 鋼筋骨架的存放、運(yùn)輸與現(xiàn)場(chǎng)吊裝

鋼筋骨架臨時(shí)存放的場(chǎng)地必須保證平整、干燥。存放時(shí)，每個(gè)加勁筋與地面接觸處都?jí)|上等高的方木，以免受潮或沾上泥土。每個(gè)鋼筋籠制作好后要掛上標(biāo)志牌，便于使用時(shí)按樁號(hào)裝車運(yùn)出。

鋼筋骨架在轉(zhuǎn)運(yùn)至墩位的過(guò)程中必須保證骨架不變形。采用汽車運(yùn)輸時(shí)要保證在每個(gè)加強(qiáng)筋處設(shè)支承點(diǎn)，各支承點(diǎn)高度須相等。

鋼筋籠入孔時(shí)，由25t吊車吊裝。在安裝鋼筋籠時(shí)，采用三點(diǎn)起吊。第一吊點(diǎn)設(shè)在骨架的下部；第二吊點(diǎn)設(shè)在骨架長(zhǎng)度的中點(diǎn)到上三分之一點(diǎn)之間；第三吊點(diǎn)在骨架最上端的定位處。操作時(shí)，要采取措施對(duì)起吊點(diǎn)予以加強(qiáng)，以保證鋼筋籠在起吊時(shí)不致變形。

吊放鋼筋籠入孔時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔徑，保持垂直，輕放、慢放入孔，入孔后應(yīng)徐徐下放，避免左右旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁擺動(dòng)碰撞孔壁。若遇阻礙應(yīng)停止下放，查明原因進(jìn)行處理。嚴(yán)禁高提猛落和強(qiáng)制下放。

骨架最上端的定位，必須由測(cè)定的孔口標(biāo)高來(lái)計(jì)算定位筋的長(zhǎng)度，為防止鋼筋籠掉籠或在灌注過(guò)程中浮籠，鋼筋籠的定位采用φ20 mm鋼筋懸掛在鋼護(hù)筒上，同時(shí)使用2根φ100 mm鋼管對(duì)稱壓住鋼筋籠(其下端卡住鋼筋籠頂部的加強(qiáng)箍筋，其上端焊接在鋼護(hù)筒上)。鋼筋籠的中心要與設(shè)計(jì)樁的中心位置對(duì)正，反復(fù)核對(duì)無(wú)誤后再焊接于鋼護(hù)筒上，完成鋼筋籠的安裝。

2.12 混凝土澆筑

混凝土澆筑時(shí)應(yīng)使用串桶，從樁的一側(cè)下料，人工攤鋪并振搗；在有地下水時(shí)可用導(dǎo)管進(jìn)行水下混凝土澆筑。

鋼筋籠內(nèi)側(cè)裝有超聲波管道及界面取芯管，以便于日后檢測(cè)樁深的需要，因此，管口應(yīng)做好封閉工作，以防混凝土澆筑時(shí)流入管道，混凝土澆筑完畢后水平距離不應(yīng)超過(guò)管道口。

3 結(jié) 語(yǔ)

采用水磨鉆施工弱風(fēng)化巖石的人工挖孔樁，能夠以較短的工期、較好的效果、較低的成本完成施工任務(wù)，是解決復(fù)雜地質(zhì)條件下人工挖孔樁的有效施工方法，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和推廣前景。水磨鉆施工具有成孔規(guī)則、進(jìn)尺快、不爆破，對(duì)孔壁攏動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)。水磨鉆孔樁具有設(shè)備簡(jiǎn)單，施工操作方便，占用場(chǎng)地小，無(wú)泥漿排出，施工質(zhì)量可靠等特點(diǎn)。