勁性復(fù)合樁施工工藝的應(yīng)用

郭延義

1.上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200090

1 勁性復(fù)合樁概述

工程樁常用的樁型有鉆孔灌注樁、預(yù)制樁。鉆孔灌注樁易產(chǎn)生坍孔、頸縮，樁底沉渣不易清除，樁身質(zhì)量不易控制，且存在噪聲污染嚴(yán)重、泥漿排放量大等環(huán)境問(wèn)題；預(yù)制樁易產(chǎn)生擠土效應(yīng)，對(duì)周邊環(huán)境影響較大，遇密實(shí)性砂層施工的難度大，成樁質(zhì)量難以保證。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有常規(guī)樁型的優(yōu)化，改造形成勁性復(fù)合樁先進(jìn)工藝，可充分發(fā)揮地基土與樁材相互結(jié)合的復(fù)合作用。該工藝按設(shè)計(jì)樁徑要求，在注漿的同時(shí)進(jìn)行攪拌形成水泥土攪拌樁，在攪拌后的水泥土未初凝前（6 h）植入預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，構(gòu)成勁性復(fù)合樁（圖1），其施工便捷且具備良好的經(jīng)濟(jì)效益。本工程樁基采用柔剛復(fù)合樁形式，柔性樁采用φ700 mm水泥土攪拌樁，剛性樁采用T-PHC（TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁）。其主要優(yōu)點(diǎn)如下[1-4]：

圖1 勁性復(fù)合樁構(gòu)造示意

1）承載力較高。通過(guò)水泥漿與樁體周?chē)馏w的攪拌，起到加固的效果，提高了樁端阻力及樁側(cè)摩擦力。

2）施工工藝屬非擠土工藝（攪拌成孔后植樁），大大降低對(duì)周邊環(huán)境的影響。

3）泥漿排放量極少，符合文明施工的要求。

4）相對(duì)于其他樁型，其成樁速度加快、工效提高、工期縮短。

5）預(yù)應(yīng)力混凝土管樁工廠化批量加工，質(zhì)量可靠，植樁采用成熟工藝，易于操作。

6）采用先攪拌成孔后植樁工藝，適用于軟土、黏土、粉土、粉砂及風(fēng)化巖等各種土層。

7）采用螺鎖式連接，接樁速度快，保證植樁的連續(xù)性。

8）與傳統(tǒng)樁型相比，具備一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

2 工程概況

2.1 工程簡(jiǎn)介

上海白龍港污水處理廠是世界最大的污水處理廠之一。目前總處理能力2 800 000 m3/d，工程服務(wù)面積約995 km2，服務(wù)范圍包括浦東新區(qū)及部分中心城區(qū)，處理能力占上海市污水處理能力的1/3左右。通過(guò)本工程及周邊同期在建提標(biāo)改造標(biāo)段工程，總體新增1 200 000 m3/d生物處理設(shè)施和280 m3/d的深度處理設(shè)施。

本工程位于上海市浦東新區(qū)合慶鎮(zhèn)人民塘西，張家浜河以南長(zhǎng)江灘涂，白龍港污水處理廠位于西北地塊。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。

2.2 樁基工程概況

本工程地下箱體采用勁性復(fù)合樁（等芯柔剛復(fù)合樁），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28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8 MPa。剛性樁采用T-PHC-C500-460（110）預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁，樁距2.35～2.50 m。

2.3 水文地質(zhì)條件

據(jù)勘探揭示，擬建場(chǎng)地在60 m深度范圍內(nèi)的地基土，主要由黏性土、粉性土、淤泥質(zhì)土等組成。且由于場(chǎng)地東側(cè)鄰近長(zhǎng)江，淺層以粉性土為主，地下水位受長(zhǎng)江漲落潮影響較大，屬于軟弱地基土。

按沉積的年代、成因的類型及其物理性能、力學(xué)性質(zhì)的差異，將擬建場(chǎng)地內(nèi)60 m深度范圍內(nèi)的土層劃分為6個(gè)主要土層，其中第①、②、⑤、⑧層可分別根據(jù)各自土層的特性劃分為若干亞層、次壓層。潛水主要賦存于淺部填土、黏性土、粉性土中。

3 主要施工技術(shù)

3.1 機(jī)械選型技術(shù)

樁基工程施工作業(yè)面標(biāo)高為－2.1 m，基坑底標(biāo)高為－15.8 m，樁機(jī)空轉(zhuǎn)長(zhǎng)度達(dá)到13.7 m，工程樁長(zhǎng)分別為42 m和31 m，實(shí)際樁機(jī)施工深度達(dá)到55.7 m和44.7 m，普通單軸、雙軸攪拌樁機(jī)無(wú)法打設(shè)。為滿足打設(shè)深度及施工安全，選用三軸攪拌樁機(jī)，在運(yùn)用其自身樁架及底座的基礎(chǔ)上，更換大功率動(dòng)力頭，增加鉆桿轉(zhuǎn)速，在原有鉆桿中部增設(shè)1處鉆頭及噴漿口，使其改裝成滿足柔性樁施工的單軸攪拌樁機(jī)（圖2）。本工程樁基體量大（總計(jì)12 355根樁），時(shí)間緊（樁基施工時(shí)間100 d），為在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上保證正常施工進(jìn)度，根據(jù)柔性樁（單根施工時(shí)間90～120 min）和剛性樁（單根施工時(shí)間30～45 min）的時(shí)間配比（2∶1），配備8組機(jī)械，每組機(jī)械配備2臺(tái)經(jīng)改裝的單軸攪拌樁機(jī)和1臺(tái)靜壓樁機(jī)（抱壓式），以此來(lái)滿足施工質(zhì)量、進(jìn)度要求。

圖2 勁性復(fù)合樁機(jī)

3.2 場(chǎng)地處理

樁基工程作業(yè)面在前期策劃階段有2種選擇：第1種是于－8.1 m處進(jìn)行施工，即樁機(jī)設(shè)備均需從原地面進(jìn)入深7 m的基坑內(nèi)部，且該處標(biāo)高土層為灰色淤泥質(zhì)黏土，呈飽和水狀態(tài)，地基較軟弱，需進(jìn)行大量地基處理；第2種是于原地面即－1.1 m標(biāo)高處施工，地基承載力較好，但樁機(jī)空轉(zhuǎn)深度加長(zhǎng)。最后出于安全的考量，決定采用第2種在原地面處施工。如此施工場(chǎng)地硬化只需鋪設(shè)厚50 cm道砟回填夯實(shí)，即可滿足樁機(jī)施工承載力要求。

3.3 柔性樁施工技術(shù)

柔性樁采用φ700 mm水泥土攪拌樁，空鉆區(qū)域內(nèi)水泥摻入量為8%，有效樁長(zhǎng)區(qū)域水泥摻入量為15%；攪拌樁采用兩噴兩攪（一上一下）的施工工藝（圖3）。

圖3 柔性樁施工

1）施工流程：測(cè)量放線→攪拌機(jī)就位→配制水泥漿→一次噴漿攪拌下沉→二次噴漿攪拌提升。

2）設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前，平整現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地，清除施工區(qū)域內(nèi)的表層障礙物，回填適量道砟并夯實(shí)，要求路基的承重荷載以能夠行走重型樁架為準(zhǔn)，必要時(shí)可鋪設(shè)路基箱。

3）樁機(jī)應(yīng)平穩(wěn)、平正，運(yùn)用線錘對(duì)立柱進(jìn)行定位觀測(cè)以保證樁機(jī)樁身的垂直度，并在垂直方向上采用2臺(tái)經(jīng)緯儀經(jīng)常校核樁架的垂直度，有效控制垂直度。

4）水泥土攪拌樁樁位定位后需再次進(jìn)行復(fù)核，樁位偏差值須小于設(shè)計(jì)要求值。

5）水泥土攪拌樁在下沉與提升的過(guò)程中均應(yīng)注入水泥漿液，并嚴(yán)格控制下沉速度、提升速度及注漿量。攪拌樁下沉速度為0.5～0.8 m/min，下沉注漿量為70%，攪拌樁攪拌提升速度為1.0 m/min，提升注漿量為30%。攪拌提升時(shí)不應(yīng)使孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，影響周邊地基進(jìn)而造成沉降。

6）攪拌樁采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.8（經(jīng)試樁確認(rèn)0.8是擠土效應(yīng)和翻漿量的一個(gè)平衡值），現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)泥漿比重計(jì)檢測(cè)水泥漿液相對(duì)密度，以控制水灰比，進(jìn)而保證水泥用量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。拌漿注漿量以每鉆的加固土體方量換算，漿液流量通過(guò)漿液輸送能力進(jìn)行控制。攪拌土體的28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8 MPa。

3.4 剛性樁施工技術(shù)

剛性樁采用的是TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁， 有效樁長(zhǎng)42 m和31 m。剛性樁必須在柔性樁施工完成后的6 h內(nèi)進(jìn)行施工。

1）攪拌樁機(jī)移機(jī)施工下一根攪拌樁后，靜壓樁機(jī)就位并定位調(diào)直，定位樁中心誤差控制在10 mm以內(nèi)。壓樁機(jī)就位時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)樁位中心點(diǎn)，并啟動(dòng)平臺(tái)的支腿油缸，校正平臺(tái)使其處于水平的狀態(tài)下。

2）卸樁由起重機(jī)采用兩點(diǎn)起吊，平移至樁架前，入壓樁機(jī)時(shí)單點(diǎn)起吊。

3）用鋼絲繩綁住樁身單點(diǎn)起吊，移入樁機(jī)后調(diào)平樁機(jī)，開(kāi)動(dòng)縱橫向油缸移動(dòng)樁機(jī)調(diào)整對(duì)中，同時(shí)在樁機(jī)影響范圍外，成90°方向各設(shè)置1臺(tái)經(jīng)緯儀，用以控制校準(zhǔn)垂直度（垂直度偏差控制在1/250內(nèi)）。校準(zhǔn)通過(guò)樁機(jī)導(dǎo)架的旋轉(zhuǎn)、滑動(dòng)進(jìn)行，確保樁位及垂直度符合要求后再進(jìn)行壓樁。柔性樁施工完成6 h內(nèi)未壓入剛性樁，或者壓入剛性樁時(shí)發(fā)現(xiàn)垂直度偏差大、拔出重新壓入超過(guò)6 h的，需由攪拌樁機(jī)對(duì)原樁位進(jìn)場(chǎng)復(fù)攪，并在6 h內(nèi)施工剛性樁。壓樁施工必須連續(xù)進(jìn)行，且同一根樁的中間間歇時(shí)間不宜超過(guò)30 min。

4）沉樁時(shí)，固定端大螺帽朝上（連接端應(yīng)安裝好墊片、彈簧、卡片、中間螺母），張拉端小螺帽朝下。吊樁到位后方可安裝插桿。

5）抱壓沉樁時(shí)，夾具應(yīng)抱在樁身凸出部位，避開(kāi)樁身兩側(cè)的合縫位置，嚴(yán)禁夾具抱在樁身凹進(jìn)部位。

6）剛性樁接頭連接即上下節(jié)樁拼接成整樁時(shí)，采用上螺下頂?shù)慕訕犊圻B接方式，接頭卡扣連接強(qiáng)度應(yīng)不小于機(jī)械連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁樁身強(qiáng)度，必須確保錘擊回彈時(shí)無(wú)縫隙。

7）在下節(jié)樁的端面涂抹50 g專用的密封材料（由環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑按比例組成），操作時(shí)間宜控制在2 min以內(nèi)，初凝時(shí)間不超過(guò)6 h，終凝時(shí)間不超過(guò)12 h（圖4）。

圖4 剛性樁接樁施工

8）在專人指揮下，將插桿與中間套頭軸線移至同一直線上，插入過(guò)程中嚴(yán)禁碰撞。插接完成后以密封材料溢出接樁接口為宜，且接口間無(wú)縫隙。密封材料應(yīng)在拌制完成后4 h內(nèi)使用完畢，超出時(shí)間的嚴(yán)禁使用。每節(jié)樁應(yīng)一次連續(xù)壓到底標(biāo)高，接樁及送樁均應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中間停歇時(shí)間不得超過(guò)30 min[5-7]。

4 結(jié)語(yǔ)

在上海白龍港污水廠提標(biāo)改造工程中運(yùn)用新型的勁性復(fù)合樁工藝，充分發(fā)揮了地基土與樁材的復(fù)合作用。勁性復(fù)合樁具有施工效率高、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境影響小的特點(diǎn)，符合國(guó)家建筑行業(yè)的發(fā)展模式，契合綠色建筑的理念。

勁性復(fù)合樁在本工程中的成功應(yīng)用，形成了一系列的關(guān)鍵技術(shù)，可以進(jìn)一步提煉和總結(jié)，系統(tǒng)集成技術(shù)要點(diǎn)，可在今后項(xiàng)目中繼續(xù)推廣運(yùn)用，從而推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，提高我國(guó)建筑施工行業(yè)的技術(shù)水平。