广州珠江工程建设监理有限公司广东省广州市510095
摘要：本文结合广州市地区某高层房建工程，探析水磨钻在人工挖孔桩微风化岩层中的应用，该工程地质多为中风化和微风化岩石，工程靠近地铁路线，不适合重力机械施工及爆破开挖施工。
关键词：城市施工；水磨钻；人工挖孔桩
本文结合广州市某高层房建工程为背景，工程靠近地铁路线，因地理位置影响，人工挖孔桩不适宜使用爆破及重力机械开挖施工；而人工水磨钻机开挖施工方法的表现：（1）适用于建筑施工受爆破作业的限制与管控的环境，且人工水磨钻施工时无噪音、无污染；（2）水磨钻机体积小，重量轻，适应于岩石地层，工艺简单，易于控制质量，且成本较低，有利于工程造价控制；（3）一柱一桩，单个或多个工程基础可同时开工，互不影响，施工操作起来具有可同时全面铺开、施工速度快等优点。综合考虑施工各方面因素，确定本工程使用人工水磨钻机开挖施工方法。
一、工程概况
工程总建筑面积约18万平方，地上两座33层，一座19层，地下3层，基坑深度在13.1-14.7米之间，建筑高度150M，共215条桩，基坑底以下地质显示主要为中风化和微风化泥质粉砂岩，抗压强度8.06-34.0MPA，强度标准值为16.96MPA。工程靠近地铁路线（基坑边离地铁边36.8米，离主要路边19.8米），不适合重力机械和爆破开挖施工；基础设计为端承型人工挖孔灌注桩，桩径1600-2500MM，扩大桩头尺寸为2500-4100MM，桩长不少于7.5米，按地质数据由设计设定桩长长度。
二、水磨钻机人工挖孔施工原理
1、岩石有三大特征：（1）抗压能力强，而抗拉和抗剪切能力很低；（2）岩石在大于其极限抗力能力的作用下会发生拉裂破坏；（3）岩石在大于其极限抗剪切力的作用下会发生剪切破坏。水磨钻法施工挖孔桩充分的利用了岩石的这三大力学特性。
2、水磨钻组成
水磨钻组成主要有水磨钻机、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水磨钻筒，一个水磨钻筒上有7个刀头（刀头磨损严重后可拆除更换）。水磨钻筒外径为160mm，内径为140mm，壁厚度为10mm，高度为620，一个循环可钻600。专用水泵外径为120mm，高度为400mm。一台水磨钻全套设备约为6000元。非常适用于桩基孔底入岩施工。
3、水磨钻施工原理
水磨钻主要是采用直径为150mm的混凝土取芯机沿桩基础设计圆周取出高约为600mm的圆柱体岩芯，形成一圆外周临空面，然后对剩余的桩基岩芯部分进行分块，沿分块岩石线路取芯分块形成内部临空面。在分块岩石线路上用水磨钻钻一排岩芯，将分块岩石分离，然后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，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
水磨钻机人工挖孔施工示意图1水磨钻机人工挖孔施工示意图2
三、水磨钻人工挖孔施工技术
1、水磨钻机人工挖孔施工前准备
在进行人工挖孔桩施工前应根据设计图纸进行纵横轴线放样定位；施工时，首先应做好孔口围护措施。井孔周边必须设置安全防护围栏，围栏须牢固可靠；孔口做好第一节砼护壁，应高出原地面200mm，主要起保护井口和防止物体滑落井内伤人。
2、水磨钻施工顺序
（1）钻取四周岩石：使用木模板按桩直径孔尺寸制作模板，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，取芯圆与锁口内壁相切，取芯圆之间的距离为130mm，且取芯时应向外倾斜角宜为5°，保证下一节取芯的工作面。依次钻取外周的岩芯，取出的岩芯高约600mm，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）钻取中间岩石：沿分块岩石线路上钻取岩芯，将分块岩石分离，以便于岩体破裂。
（3）插入钢楔、击打钢楔分裂岩石：在沿桩基径向水磨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被破裂。
（4）人工装渣，电动卷扬机出渣：①一次单循环施工作用后，将水磨钻钻出的岩芯使用钢楔，锤击钢楔进行剪切破裂，用专用工具钳取出，并依次出渣；②分裂岩体剪切破裂后，依次使用电动卷扬机吊运出桩孔外，并使用塔吊吊运到指定位置堆放；③对单循环施工过程中剪切破裂不完整的岩石用风炮机进行碎裂，并及时出渣。④桩底岩石使用风炮机进行修正，并清理石渣、沉渣。
（5）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，为保证有效桩径与设计桩径一致，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磨钻钻孔取芯位置，进入下一循环的挖孔桩施工。
（6）有的孔内岩石可能不太完整，通过水磨钻钻取岩石后，遇有土层，仍然需要进行混凝土护壁交圈施工，护壁施工要求同人工挖孔桩要求。
（7）扩大桩头施工：扩大桩头尺寸较大，按扩大桩头图纸尺寸要求计算，外倾斜角应设置为18°，而水磨钻机是以垂直定位为主，18°的外倾角角度对施工影响较大，施工速度大大降低，并且要在定位稳定方面做好稳固措施。
3、成孔检查与验收
检查内容包括：孔底沉渣是否清理干净，孔径、孔深、扩大桩头、倾斜度。先检查孔口的孔径，然后使用垂线、钢尺检查倾斜度、孔深和扩大桩头，要求孔径、孔深和扩大桩头不小于设计值，倾斜小于0.5%。
四、水磨钻施工技术的优越性
1、有效保证施工目的。采用水磨钻技术施工，在开挖取芯、分裂岩石等方面将更加精确，减小施工误差，保证工程顺利完工。
2、增加施工的安全性。水磨钻施工技术对岩体的扰动和破坏性小，既保证了施工安全，又减轻了对周边环境的影响。
3、有效降低施工产生的噪音声量。使用水磨钻技术时，施工噪声主要来源于钻取岩体时磨切的声音，对施工地周边的环境和居民生活影响小。
4、保证施工进度。采用水磨钻施工技术进行施工时，既不需要使用其他附加材料，也不受天气及周边环境的影响，有效减少影响施工的客观因素，确保施工进度。
5、提高成孔质量。水磨钻技术施工，在开挖、成孔、取芯方面更加精确，能有效减少超挖、欠挖现象，降低混凝土的超灌几率，提高成孔质量，减小损失。
五、结语
水磨钻人工挖孔桩施工设备简单，施工操作方便，占用场地小，无泥浆排出，施工质量可靠，可全面展开施工，缩短工期，造价低，与人工挖相比基本上用量很小，不但可以降低成本而且又很环保。因此适用于离居民房和公路较近的桩基施工，特别是在岩层结构强度高的桩基施工中，更是具有优越性，可以弥补一般钻孔桩钻头冲击大和炸药爆破震动大的缺点。
参考文献：
[1]百度文库中的《人工挖孔水磨钻施工方案》2015.9.10
[2]潘小玲.水磨钻在人工挖孔桩中的应用[J].黑龙江生态工程职业学院学报，2015（2）：18-19.
[3]张明东.水磨钻在重庆北站桩基施工中的应用[J].建筑技术开发，2016，43（8）：80-81.