單軸攪拌樁樁架改造工藝設(shè)計及施工

趙 欣 郭延義 吳樟強 虞佰先

1. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200090；2. 上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200090；3. 上海強勁地基工程股份有限公司 上海 201800

1 工程概況

1.1 上海白龍港污水處理廠提標(biāo)改造工程BLG-C3標(biāo)概況

上海白龍港污水處理廠提標(biāo)改造工程BLG-C3標(biāo)段工程將主要建筑物合建成集約化的水池及生產(chǎn)用房的專業(yè)地下污水處理設(shè)施。項目為1座287.45 m×254 m地下污水處理設(shè)施，地下2層，高6.9、5.4 m，包含1個生化反應(yīng)池、1個二沉池、1間鼓風(fēng)機(jī)房、2間中間提升泵房及高效沉淀池、1間加氯加藥間和2條進(jìn)出通道。

本工程工程樁為勁性復(fù)合樁，采用柔剛復(fù)合樁形式。柔性樁采用φ700 mm水泥土攪拌樁，水泥摻入量15%，水泥攪拌樁加固體的90 d無側(cè)限抗壓強度≥0.8 MPa。剛性樁采用T-PHC-C500-460（110）預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁，共計12 435根。工程樁于－1.1 m地表施工，樁頂標(biāo)高為－15.45、－14.75、－13.15 m，樁長25、28 m。

1.2 水文地質(zhì)情況

本工程位于上海市浦東新區(qū)合慶鎮(zhèn)內(nèi)人民塘西，張家浜河以南長江灘涂，白龍港污水處理廠位于西北地塊，擬建場地在60 m深度范圍內(nèi)的地基土，主要由填土黏性土、粉性土、淤泥質(zhì)土組成。按其沉積年代、成因類型及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異，場地沿線60 m深度范圍內(nèi)土層可劃分為6個主要土層，其中第①、②、⑤、⑧層可分別根據(jù)各自的土層特性劃分為若干亞層及次壓層。潛水主要賦存于淺部填土、黏性土、粉性土中。

1.3 主要施工技術(shù)難點

1）超高密度勁性復(fù)合樁群樁施工。工程大量采用勁性復(fù)合樁，柔性樁采用φ700 mm水泥土攪拌樁。剛性樁采用T-PHC-C500-460（110）預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁。工程樁普遍間距僅2.25 m，數(shù)量達(dá)12 435根。群樁施工時，由于樁對周邊土體產(chǎn)生的擠密作用，會導(dǎo)致先打入的樁因水平的推擠作用造成偏移、變位，或因垂直的擠拔作用造成浮樁；導(dǎo)致后打入的樁難以達(dá)到設(shè)計標(biāo)高、入土深度要求，從而造成土體隆起和擠壓，出現(xiàn)需截樁的情況。因此，必須考慮沉樁過程中的擠土效應(yīng)對本工程及周邊環(huán)境的影響。

2）樁基施工垂直度控制要求高。工程樁為勁性復(fù)合樁，柔性樁為φ700 mm水泥土攪拌樁，剛性樁為φ500 mm竹節(jié)樁，竹節(jié)樁邊至攪拌樁邊僅100 mm，工程樁鉆孔深度最深42.5 m，允許偏差為1/450。樁身施工垂直度要求極高，對施工機(jī)械及過程控制提出較高要求[1-2]。

3）大型機(jī)械大批量組裝施工，施工期間安全風(fēng)險大。工程樁施工擬投入共計8套機(jī)械設(shè)備，1臺靜壓樁機(jī)＋2臺攪拌樁機(jī)為1套機(jī)械設(shè)備，攪拌樁機(jī)樁架高約51 m。大型機(jī)械組裝高空吊裝作業(yè)施工墜物風(fēng)險較大，機(jī)械穩(wěn)定性要求高，組裝機(jī)械吊裝過程需嚴(yán)控風(fēng)險，確保安全。

2 主要施工技術(shù)措施

2.1 勁性復(fù)合樁施工方案

勁性復(fù)合樁是現(xiàn)有常規(guī)樁型優(yōu)化改造后的一種先進(jìn)工藝，可充分發(fā)揮地基土與樁材的復(fù)合作用。該工藝及設(shè)計要求邊注漿邊攪拌成水泥土攪拌樁，在攪拌后的水泥土未初凝前植入預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，構(gòu)成勁性復(fù)合樁（圖1）。

圖1 勁性復(fù)合樁構(gòu)造示意

2.2 機(jī)械配備

考慮場地范圍、施工工效及勁性復(fù)合樁基特點，現(xiàn)場共計配備8套機(jī)械設(shè)備。攪拌樁機(jī)型號為8臺Jb160A型攪拌樁機(jī)及8臺JB280型攪拌樁機(jī)。

本工程水泥土攪拌樁直徑為700 mm，水泥摻量15%，鉆孔深度約42.5、39.5 m，現(xiàn)有常規(guī)單軸攪拌樁機(jī)高度不足，無法滿足施工要求，擬由原三軸攪拌樁機(jī)改造形成勁性復(fù)合樁單軸攪拌樁機(jī)進(jìn)行施工。

3 改造實施過程

3.1 原三軸攪拌樁機(jī)設(shè)備

三軸攪拌樁施工設(shè)備由三軸攪拌樁機(jī)和配套設(shè)備組成，其中三軸攪拌樁機(jī)主要由鉆孔機(jī)和打樁架兩部分組成（圖2）。

圖2 鉆孔機(jī)示意

3.1.1 鉆孔機(jī)

鉆孔機(jī)主要包括動力頭、鉆桿、樁架、支撐架4個部分。

1）動力頭：提升導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，內(nèi)含電機(jī)（選用不同頻率）。

2）鉆桿：主要有螺旋式和螺旋葉片式2種。

3）支撐架：主要保證樁體垂直度。

3.1.2 打樁架

打樁架主要有履帶式和液壓步履式2種。

3.1.3 配套設(shè)備

配套設(shè)備主要由制漿站、空壓機(jī)及泵送機(jī)組成。

3.2 Jb160A型攪拌樁機(jī)改造施工

3.2.1 鉆具改造

1）單通道上下噴漿鉆具。動力頭、鉆桿不變，對鉆頭及鉆頭噴漿口進(jìn)行改進(jìn)，由原來的下噴漿口改為上、下噴漿口，通過鉆桿的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)來控制上、下噴漿口的開閉，從而通過鉆桿上、下一次動作實現(xiàn)二噴二攪要求。

2）雙通道上下噴漿鉆具。動力頭部位增設(shè)改進(jìn)過的雙通道回轉(zhuǎn)接頭；鉆桿由原來的單通道鉆桿改為雙通道鉆桿；帶攪拌葉片的鉆桿及鉆頭由原來的下噴漿口改為上、下噴漿口，通過2臺壓漿泵控制上、下噴漿口的開閉，從而通過鉆桿上、下一次動作實現(xiàn)二噴二攪要求。

3.2.2 壓漿泵改造

對缸體、柱塞等結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，可以使流量下調(diào)及泵送高稠度水泥漿。

BW-250泵的改進(jìn)：將缸徑由原來的80 mm改為65 mm，從而使流量改為35 L/min。

3.2.3 自動拌漿系統(tǒng)改造

改原來2道過濾為4道過濾，保證高濃度漿液泵送。

3.2.4 施工技術(shù)參數(shù)

水泥摻量15%，水灰比0.8，下沉速度0.6～0.7 m/min，提升速度1.0 m/min。深度6～10 m時，下沉速度為0.2～0.4 m/min。

3.3 JB280型攪拌樁機(jī)改造施工

3.3.1 鉆桿改進(jìn)施工

鉆桿總長45.5 m，鉆桿采用麻花鉆及長螺旋鉆桿，其中：鉆頭長0.5 m，φ700 mm麻花鉆長度為24 m，φ700 mm長螺旋取土鉆桿長度6 m，光鉆桿長度為15 m。

上部長螺旋鉆桿取土，防止擠土效應(yīng)產(chǎn)生，下部24 m長麻花鉆桿，充分實現(xiàn)攪拌生成。

3.3.2 導(dǎo)桿改進(jìn)

導(dǎo)桿總長度51 m，導(dǎo)桿后部增加抗失穩(wěn)梁，保證垂直中心，防止失穩(wěn)，最高可起升65 m。

3.3.3 動力頭改進(jìn)

采用雙動力頭，電機(jī)功率2×90 kW，扭矩69 kN·m，鉆速變頻可調(diào)，最大轉(zhuǎn)速30 r/min。

3.3.4 控制系統(tǒng)

1）駕駛室內(nèi)部可實現(xiàn)對樁架垂直度、動力頭電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流、深度、下鉆速度、上提速度等的有效監(jiān)控。

2）駕駛室內(nèi)部可實現(xiàn)后臺自動配比漿液，自動控制后臺漿液流量，空壓機(jī)的啟?？刂?，上、下噴漿口的切換控制。

3.3.5 施工技術(shù)參數(shù)

水泥摻量15%，水灰比1.0，下沉速度0.8 m/min，提升速度1.6 m/min。底部4 m復(fù)攪時，提升、下沉速度均為1.6 m/min。

4 實施效果

1）測量檢測情況：比較實測垂直度和設(shè)計垂直度，差值最終均控制在0.5%以內(nèi)；比較實測坐標(biāo)和設(shè)計坐標(biāo)，各項樁位點偏差最終均控制在5 cm以內(nèi)，且以上數(shù)據(jù)均符合設(shè)計規(guī)范要求[3-5]。

2）進(jìn)度效果：通過合理規(guī)劃施工流程，2組攪拌樁配備1臺靜壓樁機(jī)施工，有效控制1根勁性復(fù)合樁施工時間為200 min內(nèi)，樁基總根數(shù)12 435根，有效地滿足工期計劃節(jié)點要求。

3）質(zhì)量安全效果：根據(jù)前期3組勁性復(fù)合樁試樁（9根抗拔、9根抗壓）施工及檢測試驗結(jié)果，所有試樁檢測結(jié)果均合格，滿足設(shè)計要求，施工中未發(fā)生安全及質(zhì)量事故。

5 結(jié)語

新型樁基在國內(nèi)首次大規(guī)模應(yīng)用，檢驗了新型勁性復(fù)合樁工藝的實用性、高效性、經(jīng)濟(jì)性、綠色性，滿足當(dāng)下社會對綠色建筑的時代要求。通過對樁架的改進(jìn)、創(chuàng)新，從設(shè)備上滿足了新工藝的要求，為新工藝進(jìn)一步的大面積、大范圍運用提供了有效武器。通過合理的技術(shù)優(yōu)化及選擇合理的施工方式、方法，在施工過程中切實落實設(shè)計與規(guī)范要求，加上人、機(jī)、料的合理搭配，工程樁基順利實施完畢，為后續(xù)工程提供了寶貴經(jīng)驗。