拆改項目工程中的補樁施工技術(shù)

陳萬里 王大鋼 崔朝赟

中天建設(shè)集團有限公司 浙江 杭州 310020

1 工程概況

寧波寶龍城市廣場項目位于寧波市鄞州區(qū)中河街道，總建筑面積約140 000 m2，地上3～13層，由1棟13層商業(yè)辦公樓和6棟3～4層商業(yè)廣場組成，建筑面積約70 000 m2，地下室2層，建筑面積約70 000 m2，地下1層為商業(yè)，地下2層為機動車庫。

本工程±0 m為黃海高程3.50 m，原自然地坪標高平均約2.50 m，地下室頂板標高－1.35、－0.50 m，地下室結(jié)構(gòu)已于2015年1月施工完成，基礎(chǔ)埋深約12 m。原基坑支護形式為鉆孔灌注樁＋坑外止水帷幕＋2道混凝土支撐，地下室工程樁為鉆孔灌注樁，樁徑600～800 mm，樁長35～50 m。地下室外側(cè)土方已回填，頂板、地下1層板后澆帶已封閉，底板、外墻后澆帶未封閉。因建設(shè)單位更換，項目重新招標，我公司于2017年6月中標進場。新業(yè)主對原7#樓業(yè)態(tài)及使用功能進行調(diào)整（圖1），重新進行設(shè)計，現(xiàn)需要將原7#樓地下室結(jié)構(gòu)拆除，面積約3 000 m2，并補樁101根（直徑700 mm，樁長50 m），另在3#、4#樓改造范圍內(nèi)補打23根抗拔樁（直徑600 mm，樁長35 m）。

7#樓補樁樁尖以⑧1中砂、⑧2圓礫、⑧3粗砂為聯(lián)合持力層，設(shè)計樁頂標高為－12.90 m，樁底標高根據(jù)地質(zhì)報告在－63.00 m左右，且要求樁端全截面進入持力層不小于1 m，如遇地質(zhì)勘察報告所揭示的⑧3-1層（粉質(zhì)黏土層）時，則要求樁尖穿越此層，并進入下層（即⑧3層）深度不小于0.50 m?？椎壮猎刂撇淮笥?0 mm，樁身混凝土充盈系數(shù)不小于1.10，超灌高度不小于1.50d。

圖1 頂板俯視圖

抗壓樁單樁承載力特征值為2 750 kN，極限承載力5 500 kN，抗拔樁單樁承載力特征值為950 kN，極限承載力1 900 kN。

2 樁機作業(yè)面選擇

鉆孔灌注樁通常是在經(jīng)平整后的地面上施工，但鑒于本項目的特殊性，初步分析后可采用在頂板上打樁和先拆除頂板、地下1層板后在底板上打樁2種方案，2種方案各有利弊。

2.1 底板上打樁

1）操作空間受限：改造區(qū)域與地下室外墻最近距離北側(cè)2 m、西側(cè)18 m，且北側(cè)、西側(cè)鄰近本地下室的分別為住宅小區(qū)和在建地鐵站。為確保7#樓地下室拆改過程中北側(cè)、西側(cè)保留地下室結(jié)構(gòu)及周邊建筑物的安全，需在結(jié)構(gòu)拆除前在拆除部位做臨時支撐（專業(yè)單位提供設(shè)計方案），支撐標高同地下室頂板。地下1層層高3.9 m，地下2層層高7.1 m，總高度11 m，水平臨時支撐系統(tǒng)對補樁施工影響有：常規(guī)GPS-10型鉆孔灌注樁的樁架高12.5 m，無法在支撐下方作業(yè)，需特制樁架；補樁數(shù)量較多，個別工程樁位于支撐系統(tǒng)下方，鋼筋籠安裝困難。另外，鉆孔灌注樁施工樁中心距周邊至少要有3.0 m的操作空間，本工程有15根樁，樁心離保留結(jié)構(gòu)小于3.0 m，施工空間不足。

2）地下水位影響：地質(zhì)詳勘報告顯示，場地內(nèi)淺層水位埋深0.62～1.83 m，高程1.35～1.08 m；深層孔隙承壓水賦存于第⑧1層中砂、第⑧2層圓礫和第⑧3層粗砂中，含水層頂板埋深53.30～64.80 m、層厚0.60～8.00 m，透水性較好，水頭埋深約3.00 m。原地下室結(jié)構(gòu)施工時基坑周邊設(shè)有止水帷幕，但地下室結(jié)構(gòu)完成后已擱置了約兩年半時間，坑內(nèi)淺層水位難以確認，且工程樁設(shè)計樁底標高約－63.00 m，已穿透承壓水層。場內(nèi)承壓水位已超過地下室底板標高，樁基施工時需進行降水處理。

3）泥漿池設(shè)置：常規(guī)的鉆孔灌注樁施工泥漿池設(shè)置在樁孔邊上，作業(yè)面標高即為泥漿池頂標高，本項目鉆孔孔口在底板上，泥漿池設(shè)置困難，且施工期間易出現(xiàn)地下室泥漿橫流的情況。

4）施工工期：工程樁完成后，需一定的養(yǎng)護時間才能進行樁基檢測以及后續(xù)工序施工。

2.2 頂板上打樁

1）原結(jié)構(gòu)板開孔：樁機位于頂板上施工，需在原頂板、地下1層板、底板位置開孔，總計開孔372個，工程量較大（若在底板上施工，只需在底板開孔）。

2）頂板加固：樁機施工最大質(zhì)量10 t，原1層結(jié)構(gòu)板厚200 mm，根據(jù)原設(shè)計說明，頂板容許荷載為10 kN/m2，頂板能承受樁機施工時的荷載。但為確保樁基施工安全以及減少對保留結(jié)構(gòu)的影響，有2種位置需要進行加固：共計有16根樁位置在原頂板結(jié)構(gòu)的主梁上，原結(jié)構(gòu)開孔后主梁斷開，需對切斷的主梁進行加固；拆除區(qū)域四周一定范圍內(nèi)的保留結(jié)構(gòu)需進行加固。

3）施工工期：工程樁完成后，養(yǎng)護期間進行原結(jié)構(gòu)拆除，可節(jié)約28 d工期。

綜合上述分析，頂板上打樁存在的問題可通過技術(shù)措施解決，而底板上打樁面臨的操作空間受限、地下承壓水位及泥漿池設(shè)置等問題處理難度大、成本高。因此，本工程選用在頂板上補樁的施工方案。

3 施工難點及解決措施

本工程灌注樁成孔選用CPS-10型鉆機正循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆孔工藝，采用原土造漿。因工程項目的特殊性，施工中需要解決地下承壓水、泥漿池設(shè)置、頂板加固、泥漿循環(huán)等問題[1-3]。

3.1 承壓水處理

地下承壓水處理是本項目補樁施工的一個重點。根據(jù)地質(zhì)詳勘報告計算，場地內(nèi)承壓水頭高度約55 m，承壓水頭相對標高－0.50 m，底板面標高－11.50 m。為防止承壓水對施工鉆孔灌注樁造成危害，需平衡其水頭壓力，使樁孔內(nèi)穩(wěn)定泥漿面低于孔口，防止承壓水從孔口溢出。

3.1.1 泥漿平衡計算

泥漿平衡法，即使泥漿柱形成的壓力大于承壓水壓力，使承壓水不至溢出孔口并保持0.5～1.0 m的安全量。即：

式中：h——孔口至承壓水層深度；

γ漿——泥漿密度，應(yīng)小于鉆孔灌注樁施工規(guī)范要求，寧波地區(qū)常用成孔泥漿相對密度1.3，二清泥漿相對密度1.15～1.20；

H——承壓水水頭高度；

γ水——水的密度，一般取1.0 kg/L。

按上述公式計算并進行標高換算后，相對密度1.15的泥漿液面高度為相對標高－11.20 m，高出底板面300 mm。

3.1.2 孔口圍堰

因泥漿液面高度已超過底板面0.3 m，另考慮1.0 m的安全余量，需至少填高樁孔位置1.3 m。根據(jù)項目實際情況，采用在樁孔位置用灰砂磚砌筑高1.5 m、內(nèi)徑800 mm的磚砌護筒（圖2），內(nèi)側(cè)用厚10 mm水泥砂漿抹灰，以確保鉆孔過程中孔內(nèi)泥漿面的穩(wěn)定。

圖2 磚砌護筒

3.2 泥漿池設(shè)置

在厚800 mm底板上開挖泥漿池難度大，因此采用在群樁四周磚砌高1 m、平面尺寸約3 m×5 m的泥漿池（具體根據(jù)群樁數(shù)量調(diào)整），內(nèi)側(cè)用厚10 mm水泥砂漿抹灰，共計34個泥漿池（圖3、圖4）。

圖3 磚砌護筒、泥漿池示意

圖4 磚砌泥漿池

3.3 頂板加固

樁基施工只需對頂板開孔切斷的主梁及周邊保留結(jié)構(gòu)進行加固，但考慮到頂板結(jié)構(gòu)拆除采用切割法，也需要搭設(shè)支撐架。因此，整個拆除區(qū)域及四周保留結(jié)構(gòu)3 m范圍內(nèi)的頂板全部采用扣件式鋼管支撐架回頂加固，支撐架立桿縱橫間距為1.0 m，步距1.8 m，主梁切斷處，端頭用500 mm×500 mm的鋼管格構(gòu)柱回頂（圖5）。

圖5 頂板加固

3.4 泥漿循環(huán)

鉆孔灌注樁正循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆孔的泥漿循環(huán)：泥漿由泥漿泵以高壓從泥漿池輸進鉆桿內(nèi)腔，經(jīng)鉆頭的出漿口射出，底部的鉆頭在旋轉(zhuǎn)時將土層攪松成為鉆渣，被泥漿懸浮，隨泥漿上升而溢出流入樁邊泥漿池，用泥漿泵抽入循環(huán)池并經(jīng)過沉淀凈化，泥漿再循環(huán)使用。

1）泥漿循環(huán)池、廢漿池設(shè)置在地下室頂板上，用灰砂磚砌筑3個3 m×2 m的泥漿循環(huán)池和1個300 m2的廢漿池，內(nèi)側(cè)用厚10 mm水泥砂漿抹灰（圖6）。

圖6 泥漿循環(huán)池、廢漿池

2）護壁泥漿和鉆渣經(jīng)磚砌護筒上口溢出，并被收集在底板泥漿池內(nèi)，再用ZNQ型潛水泥漿泵（7.5 kW）將其抽至頂板泥漿循環(huán)池，經(jīng)沉渣過濾后，用3PNL型泥漿泵（22 kW）由鉆桿柱中心注入孔內(nèi)進行循環(huán)。

3）因泥漿池與循環(huán)池有約11 m高差，為確保泥漿和鉆渣能順利抽到循環(huán)池內(nèi)，除確保潛水泥漿泵的揚程外，另用鋼管搭設(shè)1條斜道，用以固定送漿軟管，避免漿液回流（圖7）。斜道穿過地下1層板、頂板，具體搭設(shè)位置可根據(jù)樓板開孔位置調(diào)整。

圖7 泥漿循環(huán)示意

4 其他施工措施

4.1 試打樁

補樁施工經(jīng)充分的前期技術(shù)分析與施工準備，已具備施工條件。但因本項目樁基施工條件的特殊性，為避免大面積施工時出現(xiàn)意外，選擇8#樁進行試打樁，若出現(xiàn)未預(yù)見的情況則可及時糾偏。原地下室結(jié)構(gòu)完成后停工時間較長，距地質(zhì)勘察時間已隔3 a多，地下水壓可能發(fā)生變化，試打樁時為檢驗?zāi)酀{平衡的效果，在磚砌護筒內(nèi)增設(shè)1個高3.5 m、內(nèi)徑800 mm的鋼護筒。在試樁過程中測得泥漿液面穩(wěn)定在相對標高－11.00 m處（磚砌護筒頂相對標高－10.00 m），能滿足施工要求，大面積施工可不采用鋼護筒，試打樁成樁順利（圖8）。

圖8 試打樁鋼護筒

4.2 施工工期及機械安排

本工程補樁施工絕對工期40日歷天。7#樓的101根樁投入3臺GPS-10型鉆機，1臺在標高－1.35 m處施工，2臺在標高－0.50 m處施工；3#、4#樓區(qū)域的23根抗拔樁投入1臺GPS-10型鉆機，每臺設(shè)備每天完成1根樁。

4.3 樓板、底板開孔

考慮減少對保留結(jié)構(gòu)的影響，且場地北側(cè)緊鄰住宅小區(qū)，樓板開孔采用靜力無損切割技術(shù)。該施工技術(shù)對保留結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生任何擾動，施工過程中無振動、無噪聲、無污染，具有施工效率高、安全性能好、環(huán)保等特點。根據(jù)持有機械設(shè)備數(shù)量及施工工期要求，樓板開孔采用了排孔法和刀片切割法2種施工工藝，排孔法效率低、單價低，刀片切割法效率高、單價高。底板厚800 mm，開孔難度較大，因此采用排孔＋風(fēng)鎬破碎的工藝。

4.4 場內(nèi)機械設(shè)備、材料水平運輸

本工程原施工單位留有5座塔吊基礎(chǔ)，在預(yù)埋節(jié)檢測合格后重新安裝QTZ80型塔吊。鉆機組裝、鋼筋籠安裝均采用塔吊輔助完成，混凝土澆筑采用汽車泵。

5 樁基靜載檢測

樁基靜載檢測通常采用堆載法，但本工程檢測樁在地下2層地下室內(nèi)，不具備堆載空間，設(shè)計采用錨樁法檢測。錨樁法即錨樁反力梁裝置（圖9），將檢測樁周圍對稱的幾根錨樁用錨筋與反力架連接起來，依靠樁頂?shù)那Ы镯攲⒎戳茼斊?，由被連接的錨樁提供反力。錨樁可利用鄰近的工程樁，安裝快捷，節(jié)約成本。

6 結(jié)語

圖9 錨樁反力梁裝置

本工程補樁施工于2017年9月15日全部完成，12月初完成樁基小應(yīng)變檢測及錨樁法靜載檢測，樁身質(zhì)量及承載力均符合設(shè)計要求，施工過程中未出現(xiàn)異常情況?？梢?，本工程所采取的承壓水處理、泥漿池設(shè)置等措施切實可行，可為今后同類工程施工提供相關(guān)經(jīng)驗。