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取芯机在特殊地理条件下桩基施工中的应用

摘要：针对沪昆客专贵州段大猫坡特大桥与既有公路、铁路、

石油管线及军用光缆交叉跨越，受场地狭小及与公路、铁路、石油

管线及军缆管理单位协调难度大等因素影响施工进度，因而采取了

施工用具简单、受场地限制影响较小的混凝土取芯机进行钻孔桩桩

基施工。

关键词：取芯机特殊地理条件桩基应用

1工程概况

沪昆客专贵州段作为沪昆客运专线的一段，是我国《综合交通

网中长期发展规划》中“五纵五横”综合运输大通道——沪昆通道

的西段，是我国铁路网主骨架中的横向通道之一，是长三角、珠三

角等沿海经济发达地区向西南内陆地区进行经济辐射的主要轴线。

由中铁十四局集团公司施工的大猫坡特大桥全长1314m，分别跨越

西南石油管道和军用光缆（32+48+32）m、省道s102（28+48+33）m

和既有沪昆铁路（40+64+40）m，由于连续梁采用悬臂浇筑，施工

周期长，加之其集中处于跨越公路、铁路、军缆和高压线上跨等特

殊地理位置，受外部因素制约较大，因此大猫坡特大桥成为控制工

期的重点工程。

由于大猫坡特大桥特殊的地理位置，为确保施工工期、加快施

工进度且保证对既有公路、铁路、石油管道及军缆的安全，对跨越

石油管道处的4#、5#墩、临近公路的6#、7#、8#、9#、10#以及临

近铁路的11#、12#、13#、14#墩桩基（直径1.25m和1.5m），均采

用取芯机成孔的施工方法。

2地质水文情况

贵州是典型的喀斯特地貌地区，桥址处地表岩溶主要为溶洞、

溶沟溶槽及溶蚀小孔，部分溶洞全充填，部分溶洞无充填；部分桩

位地表表层分布有软土和膨胀土，厚度30cm～100cm。桥址处主要

出露碳酸盐灰岩。

桥位处地下水位因本桥溶洞、溶沟溶槽及溶蚀小孔的存在，受

当地降雨影响较大，旱季水位较低，雨季水位迅速上涨，因此采用

取芯成孔施工工艺的桩基础，均安排在当地雨季到来前完成。

3施工方案的选取

由于大猫坡特大桥部分桩基受到与公路、铁路、石油管线、军

缆以及电力管理部门签订施工安全协议或迁改时间的不确定影响，

为加快线下工程施工进度，保证既有公路、铁路、石油管线、军缆

及电力线的安全，综合考虑后，对不宜采用常规钻孔机械进行施工

的桩基础，均采用了混凝土取芯机进行成孔的施工工艺。

4取芯机成孔工作原理

岩石具有抗压强度高、抗拉、抗剪强度低的特性。取芯机取芯

正是利用了岩石的抗拉、抗剪强度低的特性，通过施加外力使“芯

样”断裂，从而达到取芯成孔的目的。

而采用取芯机施工桩基就是要把完整的岩石逐步分解，形成易

于破碎、方便从孔中提取出的小块“芯样”，进而形成孔洞，达到

设计要求的孔径，形成桩基础。

现场进行钻孔取芯施工时一般采用直径150mm的钻头，按照设

计的桩孔直径首先在桩基外缘部分钻取深度为60cm的“芯样”，使

桩孔圆周外边缘形成临空面，然后对中间剩余部分利用风钻打孔

（孔深一般超出边缘孔深的10cm～20cm），分割成易于破坏、易于

搬运的小块“芯样”，之后通过在风枪孔处插入楔型钢件，通过对

楔块施加冲击外力使楔块下移，芯样顶部受到向芯样圆心方向的

“撑”力，因岩石抗拉、抗剪强度低，从而使芯样发生断裂。

5施工工艺过程

取芯机成孔工序如下图：

5.1施工准备

①场地准备：首先对施工场地进行平整，对覆土较浅的位置，

将表土清除；对地表不平整的岩石表面，为保证取芯机安放就位，

将表层岩石凿除平整或使用混凝土找平。

②机具准备：根据墩位处桩基数量及施工进度要求，合理安排

拟上场施工机具数量，并根据拟开孔数量及开孔部位规划出碴通

道，以便同时施工时彼此间减少施工干扰。

施工机具主要包括取芯机、小型储水装置、污水泵、提升机、

空气压缩机、风枪、风镐等。

5.2桩孔定位测量

由测量人员根据设计孔位坐标，定出桩孔中心位置并测量出现

有地面高程，施工人员开孔前将桩位护桩引至孔口护壁混凝土或孔

外，设置护桩，同时加以保护，以备钻进过程中孔位及孔径的校核；

施工人员以测量的桩基中心为加圆心，以大于设计桩基半径5cm为

圆划出钻孔边线。

5.3取芯施工

①根据定位出的桩孔外边缘线，安放施工机具并调试好后，将

取芯机钻头外缘与划出的桩径外缘边线紧贴，并将取芯机以底部支

点