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岩石层基坑的切割法施工工法

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2020年4月19日
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岩石层基坑的切割法施工工法

 【摘 要】 岩石基坑施工中，传统的爆破式处理存在着一定的质量缺陷及安全隐患。新型的切割式施工工艺能有效的提高质量以及减少安全隐患。为加强施工质量以及安全生产提供了有效保障。 
　　【关键词】 建筑施工；岩石基坑；切割施工 
　　1 前言 
　　在岩溶地区岩石地基工程施工中，传统的爆破方法处理岩石地基容易造成基坑扩大、超爆造成完整基岩厚度不够等质量问题，常规爆破还容易影响周边建构筑物的安全，爆炸声音、震动还容易扰民。切割法处理岩石地基施工工法具有成型规则、标高、尺寸控制精确，不超挖，对周壁不产生扰动的优点。它彻底打破了传统的爆破方式。单承台日平均掘深达80cm以上，提高了施工进度和质量，确保了施工的安全。 
　　在某工程岩石地基施工中，对切割法施工进行了优化和总结，形成了一整套的岩石层基坑的切割法施工工法。使用该工法既保证了工程质量和安全，节约了成本，又加快了施工进度，取得了非常好的施工效果。 
　　2 工法特点 
　　2.1 不破坏基础岩石的完整性，施工质量可靠。 
　　2.2 本工法适用性强，对水、电、路的要求较低，机具设备简单。能够广泛应用于山区、沟谷等交通条件差的地区。 
　　2.3 操作简单，不用爆破，在重要建筑附近或施工环境要求较高的地区特别适用。 
　　2.4 能够多承台同时掘进施工，之间不互相干扰，可全面展开施工缩短工期。 
　　2.5 切割施工具有成型规则优点，可节约混凝土施工量。 
　　2.6 低噪音扰动小。 
　　2.7 施工操作方便，占用场地小，与传统爆破方式相比能够降低成本且又很环保。 
　　3 适用范围 
　　本工法适用于岩溶地区基础岩石处理工程。切割法施工技术适用于作业面小、人群密集程度高， 以及对噪声、震动干扰较敏感的岩石基坑开挖施工。 
　　4 工艺原理 
　　切割法处理岩溶地区岩石地基施工技术是采取特殊的机械设备，沿承台周长进行切割施工，形成承台基础一圈外周成槽，然后对剩余的承台基岩上用风镐打眼，在小孔内放入钢楔子，锤击钢楔挤压岩石，给予承台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，承台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承台范围，直至该层岩石全部被破除，修正承台尺寸。然后按同样的工序进行下一层施工，如此循环施工，直至承台成型，达到处理基岩的目的。在切割法在施工过程中切割机械会产生很大的热量，因此在操作过程中，岩石切割必须处于冷却水中，以保证切片不致温度过高而损坏。 
　　4.1 大于2500×2500mm的承台处理工艺原理。采用岩石切割机沿基坑四周控制线切割岩石，每次切割深度50cm，使基坑内的岩体与外围的基岩分离，对中部岩体采用机械钻孔钢楔子进行冷膨胀处理。每取出深50cm的岩石后，循环使用该方法直至基坑成型。 
　　4.2 小于2500×2500mm的承台处理工艺原理。主要采用直径为150mm的钻孔取芯机沿承台基础设计基坑外周长取出高约500mm的圆柱体芯岩形成承台基础一圈外周成槽（图4-1）。 
　　5 施工工艺流程及操作要点 
　　5.1 施工工艺流程。切割法处理岩溶地区岩石地基施工工艺流程图如框图5-1所示。 
　　5.2 操作要点。 
　　5.2.1 施工准备：正式施工前，将电源、水源接通，将施工所用的材料、机具运输到位，技术管理人员熟悉图纸，了解地质情况、承台的尺寸、基底标高等相关参数，并对操作人员进行技术交底和安全交底，达到开工的条件。 
　　5.2.2 开挖至岩石面：施工前要认真查看工程所处地质勘察资料，查明地层岩性、地质构造、基岩风化层厚度、破碎程度、软弱夹层情况和地下水的状态，对施工中常遇到的问题应采取相应的解决办法.并针对可能出现的问题采取可行的应急处理措施。开挖至岩石面，用水泵将水抽干，为下一道工序施工做好准备。 
　　5.2.3 测量放线：使用全站仪进行测量定位，放出承台位置，并根据设计图纸，放出承台的周长线，经监理单位验线后方可进行施工。考虑到施工过程的误差以及开孔之间的残余岩石，一般开槽尺寸大于设计范围10cm左右。 
　　5.2.4 对于尺寸大于2500×2500mm的承台采用岩石切割机切割处理、对于尺寸小于2500×2500mm的承台采用钻孔取芯机切割处理。 
　　5.2.4.1 采用岩石切割机切割处理。 
　　①架设岩石切割机导轨：沿承台周边控制线外20cm平行架设切割机导轨，并垫平稳固。②岩石切割机就位：将切割机锯盘底部对准承台周边控制线。③采用岩石切割机沿承台周长进行切割，先从承台周边控制线一端缓慢切入岩体50cm深度，然后根据岩体硬度按0.5～1米/分钟切割速度进行水平前进切割。切割完成后使承台内岩体与周边竖向分离。 
　　5.2.4.2 采用钻孔取芯机切割处理： 
①搭设支架：正式施工前，需要搭设施工支架，施工支架采用普通钢管脚手架搭设而成。施工支架高4～6m，作为施工过程中的支撑，支架四角落在承台外围。支架搭设完成后，在支架上固定钻孔取芯机，接通电源，调试到正常工作状态。
②沿承台周长采用切割法形成基础外圈一周成槽：准备工作全部完成后，布置钻机取芯点：环绕所标出的承台的内壁布置水磨钻取芯点，取芯点布置个数=承台周长/水磨钻直径；
③钻取柱体岩芯：在每个取芯点用水磨钻向下钻取一定高度的柱体岩芯，水磨钻运转过程中经过冷却水流对水磨钻钻头进行冷却；将钻取的岩芯完全取出，使承台中间形成一个与承台内壁完全分开的承台岩芯。 
　　5.2.4.3 孔芯外运：水磨钻施工一边进行，一边对取出的钻芯组织外运。钻芯外运采用吊斗，塔吊吊装吊斗运出。
　　5.2.5 承台基岩打眼冷膨胀清除岩石：全部钻孔及取芯施工或切割机切割完成后，对承台内独立的基岩进行破碎。承台芯岩破碎首先使用风镐打眼，钻头直径25mm，打孔距离桩芯边缘50cm左右，孔孔间距也在50cm左右，钻孔完成后使用钢楔子打入孔中，钢楔子直径10～35mm，用铁锤打入风钻孔，基岩沿钻孔开裂，继续打孔，将基岩分解成小块。 
　　5.2.6 取出分裂岩块，出渣：用吊桶吊出洞外，再由塔吊吊出，由运输车二次转运至指定渣场。石块清运干净后继续下一轮的钻孔取芯或切割，破碎外运施工。 
　　为保证井孔内人员的安全，石块外运过程中在操作面上方搭设防砸棚，防砸棚面积小于桩孔面积的一半，既能够使石块顺利外运，要保证操作人员安全。 
　　开挖过程中如果有水渗漏，使用水泵排水，确保人员能够正常作业。夜间停工时，操作工具吊起至水面以上，防止工具泡水。如出现破碎岩层或裂隙，按照设计方案施工混凝土护壁即可。 
　　5.2.7 每深度50cm进行承台周壁清理：每掘进深度50cm，需对周壁进行清理，对四壁边缘不到位的情况，用风镐机凿打。确保承台周壁的垂直度符合要求，并检查承台的位置是否出现偏差。 
　　5.2.8 重复切割法施工直至承台成型。 
　　5.2.9 基槽验收：校对承台位置、平面尺寸、基地标高等内容是否符合设计规定，并办理验收手续。 
　　5.3 劳动力组织。 
　　6 材料及设备 
　　本工法无特别说明的材料，采用的机具设备见下表。 
　　7 质量控制 
　　7.1 工程质量控制标准。《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 GB50202-  
　　7.2 施工前要认真查看工程处地质勘察资料，查明地层岩性、地质构造、基岩风化层厚度、破碎程度、软弱夹层情况和地下水的状态，对施工中常遇到的问题应采取相应的解决办法.并针对可能出现的问题执行可行的应急处理措施。 
　　7.3 为了保证承台位置准确.每下挖500mm进行承台周壁的清理，校核承台的尺寸及垂直度及时纠正。 
　　8 安全措施 
　　8.1 作业人员必须进行三级教育，并在施工前对作业人员进行安全技术交底。 
　　8.2 严格按操作规程进行作业，杜绝“三违”作业。 
　　8.3 安全用电，施工现场配备标准化的电闸箱，而且设置明显的标志，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。 
　　8.4 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， 作业工人必须配有安全帽、安全绳、必要时应搭设掩体。 
　　8.5 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。 
　　8.6 切割施工暂停时，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。 
　　8.7 现场操作人员不得疲劳作业，不得带病作业，不得擅自离岗。 
　　8.8 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。 
　　8.9 经常检查支架、绳索是否牢固，吊斗要挂牢。在井内垂直运输时，应采取措施，确保井下操作人员的安全。并在井底设置安全区，以防物体堕落伤人。提上来的土石要倒干净，卸在孔口2m以外。并及时清除场外。地面孔周围不得摆放铁锤、锄头、石头和铁棒等易坠落伤人的物品。 
　　8.10 开挖过程中一定做好井孔防护，防止杂物坠入井中伤人；石块外运过程中重点做好塔吊的检修、钢丝绳的检查，对出现断丝、破股的钢丝绳及时更换；吊运过程中做好防砸设施；操作人员遵章操作，不搞疲劳作业；阴雨天气经常检查用电设备是否漏电，确保施工用电的安全。 
　　9 环保措施 
　　9.1 成立专门的施工环境卫生管理机构，在施工过程中，加强对施工材料、设备、废水及防火的处理制度，严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护法律法规。 
　　9.2 切割法施工的废水由潜水泵排出，经过工地现场专设的沉淀池沉淀处理后再排入市政管网；开挖出的岩石随时按照工程指定地点统一堆放并外运的弃土场。 
　　9.3 在繁华闹市区作业时，井孔进行有效防护防护，防止噪音污染。 
　　10 效益分析 
　　10.1 经济效益。由于切割法施工工艺不使用炸药，降低了开挖成本，相对于常规岩石爆破成本降低30%左右；施工过程中不需要造浆，不需要大型设备，相对机械成孔节约成本20%左右；由于施工过程中没有震动，互相间没有挠动，因此能够多个承台同时施工，节约了工期，降低了管理成本，提高了经济效益。 
　　10.2 社会效益。由于是采用切割法处理岩石，减少了爆破对周边建筑、人员安全的影响，减少了粉尘的排放，对于保护环境起到一定的作用，符合国家环保政策。