浅谈水钻法在场地受限桩基成孔的作用

浅谈水钻法在场地受限桩基成孔的作用
摘要：进场通道高架桥工程为广州东部固体资源再生中心项目的公用配套工程，K0+040—K0+120段红线范围内有多层房屋1栋、祖屋2栋未如期拆迁，场地狭窄，冲孔桩机无法入场进行桩基成孔作业，加因工期紧张，改用水钻法人工挖孔桩成
孔后，加快了工程施工进度，也节约了工程成本。

关键词：岩石；挖孔桩；水钻法；作用
前言：对于地质条件为岩石的人工挖孔基础，一般都采用炸药爆破施工，这
种施工方法，由于需要使用炸药，因此存在一定的安全隐患，同时炸药的消耗量多，经济费用较大，除此之外对地基的工程特性及周边环境都有负面影响。

加上
采用炸药爆破施工的相关手续办理复杂，炸药的运输存储及管理需要大量人力物力，并且破坏基础周围岩石的完整性。

如果采用风镐、人工凿岩的方法进行开挖，存在开挖速度慢人工成本高等问题。

水钻法中的水磨钻机可以钻穿坚硬的中风化、微风化岩石。

工程概况：进场通道高架桥K0+040—K0+120段红线范围内有多层房屋1栋、祖屋2栋未如期拆迁，房屋距离A1轴桩基大约3—5米，场地狭窄导致冲孔桩机
无法入场进行桩基成孔作业，况且房屋陈旧经不起冲锤的震动可能倒塌，而工期
又紧张，经设计变更后，采用6根人工挖孔灌注桩。

人工挖孔灌注桩桩径2米，
桩长约11米，桩端嵌入微风化岩持力层不小于0.5米。

单桩竖向承载力
Ra=6500KN，桩身混凝土强度等级为C30，桩护壁混凝土强度等级为C25，桩纵筋规格为24φ28，螺旋筋规格为φ10＠100/200，护壁钢筋规格为φ8。

1、水钻法在城市人工挖孔桩施工中的必要性
人工挖孔桩的土层、砂卵石层采用短镐、锄头类工具挖掘，遇坚硬状障碍物
或岩层时，改为风镐掘进，弃土采用吊桶装载，用电动提升机垂直提升到孔口，
弃土堆放点离孔边1.5米以上，孔底进入持力层如中风化或微风化岩，用风镐极
难掘进，常规施工采用松动爆破，但在城市建筑物桩基施工中，爆破施工受到周
围构筑物限制无法进行爆破作业，采用风镐施工满足不了工期要求，现在城市建
筑物桩基进入较硬岩层持力层施工中运用较多的就是工程水钻法施工。

2、水钻法人工挖孔施工原理
岩石的三大特征：一是抗压能力强，而抗拉和抗剪切能力很低；二是岩石在
大于其极限抗力能力的作用下会发生拉裂破坏；三是岩石在大于其极限抗剪切力
的作用下会发生剪切破坏。

水钻法施工挖孔桩充分地利用了岩石的这三大力学特性。

水钻法中的水磨钻机可以钻穿坚硬的混凝土（即使里面布满大直径的螺纹钢筋），也可以钻穿中风化、微风化岩石。

利用其工作原理对岩石进行逐层掏剥，
实现岩石基础的开挖。

由于钻头与岩石高速摩擦过程中会产生的大量热量需要用
水冷却，因此称这种施工方法为“水钻法”。

钻孔后用钢钎翘断取芯，待钻取一定
数量的孔洞后，可以用风镐或锤子轻松地破裂孔洞之间的岩石，实现掘进。

3、水钻法的机械设备及人员配备
（1）主要机具：水磨钻机采用人工操作钻进施工，钻圆形孔桩时桩径必须在800㎜以上，以保证人工能容下操作水磨钻机。

钻孔时每60㎝深度除渣一次，60㎝渣除尽后，继续往下钻进60㎝深度再次除渣。

整台水磨钻机尺寸：
1680*480*320㎜，重量：100㎏，钻孔直径：150㎜，钻孔深度：600㎜，电机
功率：5.5kw,钻筒转速：820转。

（2）辅助机具：风镐、钢楔、空压机、鼓风机、潜水泵、铁锹、卷扬机(含
提土设备)、手推车等。

（3）施工人员配备
每孔井下作业2人，地面负责出渣及监护2人，共4人。

4、施工方法
当孔桩开挖进入强风化岩层、中风化岩层时，采用水磨钻的方法进行施工。

首先在孔桩井台上搭设钢管灯笼井架，井架上安装滑轮，与卷扬机组成提升
系统。

然后，桩孔开挖出的石方等弃碴装入吊桶或捆绑，用电动卷扬机提升至地面，倒入手推车运到临时存碴场，最后集中统一外运至弃土场。

支架顶采用彩条布搭防水棚，防止雨水直接进入孔内，保证在下雨工人能继
续作业。

水钻法施工是采用水磨钻机、风镐破碎开挖，分节进行，每节施工深度为
0.6m，施工过程中，当桩孔内积水较深、影响到钻孔施工时，用水泵将孔内积水
抽出，并及时采用通风措施，保证孔内作业人员的安全，孔内通风采用专用鼓风机，由孔底将孔内空气向上吹，与地面空气形成对流。

此外，当开挖的岩层不稳
定时，设置护壁支护，护壁钢筋布置、厚度除按设计要求外，还应考虑水磨钻机
开挖增加的工作面通过加厚护壁进行调整，以保证设计桩径。

主要施工顺序具体如下：
（1）钻取孔桩四周岩石：沿桩基孔壁布置取芯点，芯点中心位于设计内径基线上，取芯直径为150mm，取芯点之间的距离为130mm，依次以外倾角15°向下钻取外周的岩芯，取出的岩芯高约600mm，外周岩芯取完后中间岩体便形成一个环形临空面。

（2）钻取中间岩石：沿桩半径钻取岩芯，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。

（3）风镐打孔：用风镐在岩体上钻眼，再将桩岩石分成六等份。

（4）插入钢楔，击打钢楔分裂岩石：在沿桩基径向风镐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，直至该层岩体全部被破裂。

（5）人工装碴，电动提升机出碴：一次单循环施工作用后，将水磨钻钻出的岩芯进行依次出碴，出碴从桩孔的一侧进行，然后插入钢楔，击打钢楔分裂岩石后再进行一次出渣。

（6）桩孔修正及下一循环的施工：由于水磨钻钻芯后桩基孔壁成锯齿状，为保证有效桩径，要敲掉侵占桩基空间的岩石锯齿。

通过锁口护桩在桩孔内标出设计桩中心，检查桩基底
部偏位情况并及时纠偏，同时标出下一个循环外周水钻钻孔取芯位置，进入下一循环的挖孔
桩施工。

挖孔桩终孔检查：
当开挖至设计标高后，进行终孔检查。

质检人员先进行自检，自检确实达到设计规定标高、桩径、垂直度。

孔桩开挖岩层与设计岩层相同，将桩底沉渣清理干净，孔内水抽干净后，再及时通知监理，进行终孔检查。

如果入岩深度与设计不符时，需要请设计进行确认是否需
要进行桩长的调整。

5、安全施工注意事项：
（1）水磨钻孔时应注意施工安全。

水磨钻孔工人必须配有安全帽、安全绳。

取出土渣的吊桶、吊钩、钢丝绳、卷扬机等机具，必须经常检查。

井口周围须用木料、型钢或混凝土制
成框架或围圈予以围护，井口围护应高于地面30cm，以防止土、石、杂物滚入孔内伤人。

应随时注意孔内的空气质量，必要时及时用机械通风。

（2）作业人员必须进行作业岗位培训，并在施工前对作业人员进行安全应知应会考核。

（3）严格按操作规程进行作业，杜绝“三违”作业。

（4）安全用电，施工现场配备标准化的电闸箱，并且设置明显的标志，所有使用的电器
设备必须符合安全规定。

夜间施工照明应良好。

（5）作业时要使用标准的劳动保护用品，进入施工作业区要戴安全帽，穿防滑鞋, 挖孔工人必须配有安全帽、安全绳、必要时应搭设掩体。

（6）开挖前清理干净空口浮石、悬石；出渣的吊桶、吊钩、钢丝绳、卷扬机等机具，必须经常检查，如发现有问题，立即更换。

（7）水磨钻孔工作暂停时，孔口必须罩盖。

井孔应安设牢固可靠的安全梯，以便于施工人员上下。

（8）现场操作人员不得疲劳作业，不得带病作业，不得擅自离岗。

（9）遇有大风、雷暴雨天气尽量不进行施工，并注意防止狂风、雷暴雨对人身的伤害。

6、水钻法得以广泛应用的原因分析：
（1）桩基在施工场地受限令到钻孔桩机及冲孔桩机工作面不够大无法进场无法展开施工的情况下，水磨钻机利用其机具设备简单、施工操作方便、占用工作面小的优点可以施工。

（2）挖孔桩在使用爆破法受限的建筑密集区施工时，水磨钻机利用其无震动、噪音小、静态施工的优点可以施工。

（3）保证基础周围岩石的完整性，由于水钻法为静态施工，无震动。

（4）绿色施工效果显著，由于水钻法为静态施工，无震动，噪音小，产生的污水排放量极少，不构成环境污染。

（5）机具设备简单且施工成本低。

7、结语
近年来，随着爆破材料的管控，以及施工场地的条件限制，不能使用大型的机械，再加上地下复杂且坚硬的岩层，绿色施工也大力推广，水钻法就成为了场地受限桩基成孔的最好选择。