全回轉(zhuǎn)機(jī)拔樁施工技術(shù)分析及應(yīng)用

韓嘉胤

上海綠地建設(shè)（集團(tuán)）有限公司 上海 200333

全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是采用360度回轉(zhuǎn)全套管設(shè)備，目前主要在涉及大型城市建設(shè)地下障礙物清除中大量使用。包括廢棄混凝土方樁、混凝土灌注樁、PHC管樁、鋼管樁等的拔除，也可以在軟基或巖石層地區(qū)進(jìn)行成孔處理、灌注樁成孔施工等。施工較為安全、可靠、對(duì)周邊區(qū)域影響小、且施工中不產(chǎn)生泥漿等污染物等特點(diǎn)。目前，全回轉(zhuǎn)機(jī)已大量使用在舊樁拔除、地下清障等施工作業(yè)中。

1 工程概況

1.1 工程位置及規(guī)模

上海市虹口區(qū)北部公共衛(wèi)生中心位于原江灣醫(yī)院舊址。本項(xiàng)目建設(shè)面積78135.2㎡，新建62188.96㎡，改建15946.24㎡。其中康復(fù)醫(yī)療中心13層，建筑高度55.5m，裙房5層，建筑高度23.95m；社區(qū)醫(yī)療服務(wù)中心地上7層，建筑高度37.1m；康復(fù)醫(yī)療中心和社區(qū)醫(yī)療服務(wù)中心共有連通的地下室，共地下三層；精衛(wèi)中心地上14層，地下一層，建筑高度57.35m。項(xiàng)目于2020年10月開工，計(jì)劃于2024年7月竣工，目前已完成地下結(jié)構(gòu)部分施工。

1.2 地下障礙物情況

原門急診大樓地下室老樁樁基情況如下：（1）門急診大樓：采用350*350預(yù)制方樁，數(shù)量485根，有效樁深度27m和27.5m，樁頂標(biāo)高-6.25m和-5.45m，樁深約為31.8m。（2）后勤樓：全部為粉噴樁老建筑（門急診樓及后勤樓）地下室、重力壩及原樁位影響新基坑圍護(hù)范圍：

（1）新基坑?xùn)|北角淺挖區(qū)域圍護(hù)樁34根直徑800mm鉆孔灌注樁與800mm高壓旋噴樁；（2）新基坑圍護(hù)東北角止水樁（三軸）影響計(jì)約12m；地連墻影響計(jì)約4.5m；（3）新基坑圍護(hù)東側(cè)止水樁（三軸）影響計(jì)約5m；（4）新基坑圍護(hù)南側(cè)止水樁（三軸）影響計(jì)約7.5m；（5）原重力壩影響新基坑圍護(hù)止水樁+地連墻約120㎡；（6）原粉噴樁影響新基坑止水樁+地連墻約80㎡。

老建筑（門急診樓及后勤樓）地下室、重力壩及原樁位影響范圍新建地下室工程樁位分布如下：

（1）原地下室基礎(chǔ)影響直徑800mm的ZH1型工程樁約有185根；（2）原地下室基礎(chǔ)影響直徑700mm的ZH2型工程樁約有60根；（3）原地下室基礎(chǔ)影響新基坑坑底加固面積約為：900㎡；（4）原粉噴樁影響直徑800mm的ZH1型工程樁約有32根；直徑700mm的ZH1型工程樁約有12根。

圖1 坑底加固面積范圍

2 拔樁清障方案比選

由于項(xiàng)目北側(cè)距離場(chǎng)中路約7m，西側(cè)鄰居民小區(qū)僅4m，故清障施工、拔樁施工均會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成一定影響。結(jié)合地勘報(bào)告和設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見，邀請(qǐng)了同濟(jì)大學(xué)、建科院、上海地礦、中建三局等行業(yè)專家進(jìn)行了兩次專項(xiàng)評(píng)審會(huì)，主要圍繞水沖法、拉森板樁圍護(hù)、全回轉(zhuǎn)清障等三個(gè)施工方案逐個(gè)進(jìn)行評(píng)估。

圖2 拔樁范圍平面圖

2.1 水沖法

采用WEST-100履帶吊吊掛振動(dòng)錘，振動(dòng)錘夾制拔樁套具，利用振動(dòng)錘振動(dòng)下壓與套具的自重徐徐下沉直至樁底。

2.1.1 沖刷

高功率空氣壓縮機(jī)與高壓水刀將管內(nèi)土體進(jìn)行沖刷稀釋，利用高壓水刀沖刷套具內(nèi)的土體，以水為土的載體，使其成為流沙狀泥水，高壓水刀沖刷的同時(shí)高功率空氣壓縮機(jī)不停的向孔內(nèi)注入高壓空氣配合高壓水刀對(duì)土體的沖刷稀釋及防止水中的土體沉淀[1]。

2.1.2 拔樁

使用套具裝置扣住樁身底部，樁身引體型鋼鎖扣樁身上下兩端牢固后，即可利用地基專用吊車WEST-100將舊樁拔除或清除，起拔時(shí)速度不宜過快，待起拔到一定高度后，為保證安全，實(shí)行多點(diǎn)捆綁將舊樁拔出，堆放一定數(shù)量后及時(shí)外運(yùn)，由于從底下部受力進(jìn)行拉拔，即使樁身質(zhì)量出現(xiàn)問題（如斷裂、破碎等）的舊樁均能一次性拔除[2]。

2.1.3 回填

舊樁拔除后，樁孔必須進(jìn)行拌合土1：2回填，并激振密實(shí)樁孔，拌合土必須選用優(yōu)質(zhì)土加一定量水泥黃沙充分拌合待用，樁拔除后即行回填密實(shí)。

2.2 全回轉(zhuǎn)機(jī)拔樁

原理：利用HCR240TPN-2000全回轉(zhuǎn)設(shè)備，采用套管口上的合金刀頭對(duì)覆土層、鋼筋混凝土、廢棄老樁等障礙物進(jìn)行切削，靠液壓設(shè)備的液壓反力將套管逐步壓至地下至障礙物的底部以下一米左右位置，再用沖抓斗將障礙物逐一清除。

圖3 施工場(chǎng)地布置

2.2.1 設(shè)備就位、固定

先將全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)就位，固定在清障孔位置上方，連接動(dòng)力箱等設(shè)備，然后再安裝反力架，反力架用履帶吊的履帶壓住，防止全回轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生巨大扭力使機(jī)器發(fā)生扭動(dòng)，120噸吊車配合清障、挖土[3]。

2.2.2 鋼套管周鉆進(jìn)施工

鋼套管直徑800mm，鉆進(jìn)深度不少于地下38m，且必須徹底清除障礙物為止。

（1）工藝流程。全回轉(zhuǎn)機(jī)停放位置基礎(chǔ)夯實(shí)——全回轉(zhuǎn)機(jī)就位及固定——帶合金刀頭套管壓入——第二節(jié)套管連接及壓入——其余套管根據(jù)標(biāo)高要求逐節(jié)壓入。

（2）800mm鋼套管鉆入。根據(jù)事先定位位置壓入帶刀頭套管，將后續(xù)鋼套管與所定孔位同心壓入，利用全回轉(zhuǎn)機(jī)扭力帶動(dòng)套管逐節(jié)打入，可根據(jù)地質(zhì)和障礙物情況情況調(diào)整轉(zhuǎn)速，進(jìn)行高效施工。

（3）清除地下障礙物。套管鉆到規(guī)定深度以后，吊車換液壓抓斗對(duì)套管內(nèi)的土體及障礙物進(jìn)行挖掘清除工作，清除直至指定標(biāo)高。

（4）孔位回填土及拔除套管。老樁拔出后遺留的孔洞，采用8%左右水泥土回填、夯實(shí)。水泥土由水泥和粘土于現(xiàn)場(chǎng)拌合而成，水泥土要一直回填到和地面平。在回填土的過程中逐節(jié)拔除鋼套管[4]。

圖4 反力架布置及拔樁施工范圍圖

2.3 鋼板樁圍護(hù)

對(duì)拔樁進(jìn)行分段拆除施工和分倉(cāng)拔樁，事先需要沿東面、南面、北面地下室外墻外打12m長(zhǎng)拉森鋼板樁，設(shè)地錨拉結(jié)后再進(jìn)行拆除和拔樁施工。拆除和拔樁過程中應(yīng)采取降水措施。

拆除頂板，過程中保留1、7、12、18軸的墻、梁作為臨時(shí)支撐，拆除到該跨時(shí)再將墻或梁拆除掉，拆除完馬上進(jìn)行拔樁工作。采用該方案必須邊拆除邊回填，即拆除拔樁完成一跨回填一跨，防止塌方。

拆除過程中做好排水措施、地下室需邊拆除邊回填。

2.4 選定方案

原有地下室深度約5m，至老基礎(chǔ)底板約為6m。在沒有內(nèi)支撐體系的前提下分層開挖到這個(gè)深度，造成圍護(hù)樁的形成懸臂狀態(tài)，對(duì)于圍護(hù)體的變形無法有效的控制，易發(fā)生變形，對(duì)基坑臨近主干道及地下管線可能造成影響。

水沖法及鋼板樁圍護(hù)對(duì)周邊建筑影響較大，且在拔樁過程中，可能造成承壓水突涌，采用水沖還會(huì)造成土體流失，擾動(dòng)地層，并且產(chǎn)生大量泥漿，從而影響周邊環(huán)境，水沖法的孔洞回填也存在無法填實(shí)的弊端；鋼板樁拔除時(shí)無法確保周邊土體的穩(wěn)定。

故這兩種施工方案雖然比較經(jīng)濟(jì)，但出于安全性考慮，將其排除。

因此，基坑圍護(hù)封閉后，采用全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)進(jìn)行非開挖的形式處理障礙物，在做好樁孔回填和跳樁施工這些措施的前提下，能夠有效的控制基坑的變形。

最終確定了采用全回轉(zhuǎn)機(jī)（CD機(jī)），對(duì)影響棧橋、工程樁、坑底加固施工有影響的方樁進(jìn)行局部拔樁，結(jié)合首道及二道支撐施工同時(shí)，對(duì)原地下一層結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除；結(jié)合三道支撐施工同時(shí)對(duì)不影響樁基施工的老方樁進(jìn)行破除的施工方案。

3 全回轉(zhuǎn)機(jī)分段施工劃分及方案

確定了施工方案以后，對(duì)實(shí)施方案進(jìn)行細(xì)化，將施工分為三個(gè)階段實(shí)施。

3.1 第一階段清障

對(duì)圍護(hù)樁區(qū)域進(jìn)行清障：采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，對(duì)與本次新建地下室基坑圍護(hù)的地下連續(xù)墻及其槽壁加固影響范圍內(nèi)的老基礎(chǔ)、老樁基、老攪拌樁等地下障礙物進(jìn)行清除。全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清障施工放線以新建地下室基坑圍護(hù)的地下連續(xù)墻中心線作為定位依據(jù)，地下連續(xù)墻的槽壁加固外邊界線外放1m（寬度約5m），作為全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清障范圍，清障范圍為清障分區(qū)的A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)。

3.2 第二階段清障

待地墻及頂圈梁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，進(jìn)行內(nèi)部障礙物清障工作：原重力壩影響新建樁基、圍護(hù)樁、立柱樁及坑內(nèi)加固區(qū)域在-0.200場(chǎng)地標(biāo)高位置，采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清除（圍護(hù)樁清理范圍外邊緣外擴(kuò)1m）?？觾?nèi)加固與棧橋板沖突區(qū)域，在-0.200場(chǎng)地標(biāo)高位置，采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清除，剩余加固待第二道支撐施工完成后再施工。

3.3 第三階段清障

降水井與障礙物區(qū)域同樣在-0.200標(biāo)高采用鉆機(jī)打孔后，再行布置降水井。

其余不影響新建施工的障礙物隨基坑開挖一同利用搞頭機(jī)拆除。

3.4 全回轉(zhuǎn)施工方案

采用HCR240TPN-2000全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)一臺(tái)，120噸吊車一部（負(fù)責(zé)起吊及清障工作）。主要施工設(shè)備表如下表所示。

表1 施工設(shè)備表

施工總體流程如下：根據(jù)新樁位定出全回轉(zhuǎn)清孔的孔中心位置→主機(jī)就位及設(shè)備連接→鉆孔→清除地下障礙物→回填水泥土至地面→拔除套管→完成

施工前進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)、安全和管線交底工作，測(cè)量放樣時(shí)放出所有需清障孔位的中心并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)注?？孜坏亩ㄎ粏栴}是障礙物順利清除的前提和基礎(chǔ)，本工程為了保證鉆孔灌注樁和三軸攪拌樁的正常施工，采用800mm直徑的鋼套管進(jìn)行施工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的布置及施工區(qū)域的情況，先將承臺(tái)破除，露出樁頭，用全站儀采取實(shí)際的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，與本工程的施工部位比對(duì)，確定清障位置，并視地下障礙物的具體進(jìn)行合理的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。

4 施工效果

通過虹口北部衛(wèi)生中心項(xiàng)目拔樁清障工程證明，全回轉(zhuǎn)清障拔樁施工技術(shù)，在提升施工效率、減少對(duì)周邊環(huán)境影響等方面，相對(duì)于其他清障方案，都突顯出較大的優(yōu)越性。

施工期間完畢后，第三方檢測(cè)單位對(duì)周邊建筑及道路進(jìn)行了復(fù)測(cè)。復(fù)測(cè)結(jié)果令人滿意。地表沉降結(jié)果顯示，最大沉降量為12mm，小于設(shè)計(jì)值20mm；管線沉降值最大為9.5mm，小于設(shè)計(jì)值20mm。

同時(shí)，結(jié)合深基坑施工方案穿插進(jìn)行清障拔樁施工，使混凝土支撐及坑底加固施工可以同時(shí)進(jìn)行，縮短了施工周期，也節(jié)約了管理成本，提高了項(xiàng)目效益。

5 結(jié)語

全回轉(zhuǎn)機(jī)清障的鉆進(jìn)速度快，對(duì)于一般土層，一般可以達(dá)到14米/小時(shí)左右，遇到混凝土障礙時(shí)鉆進(jìn)速度也能達(dá)到6米/小時(shí)左右；鉆進(jìn)深度大，本項(xiàng)目的絕對(duì)鉆進(jìn)深度達(dá)到36～39m；成孔垂直度便于掌握，垂直度可以精確到1/1000；不易產(chǎn)生塌孔現(xiàn)象，成孔質(zhì)量高，清底干凈，速度快，沉渣可清至30mm左右。

全回轉(zhuǎn)清障工藝，在實(shí)際工程應(yīng)用中取得了顯著成效，設(shè)備便捷、施工周期短、質(zhì)量有保證、有利于現(xiàn)場(chǎng)文明施工等優(yōu)點(diǎn)，使其易于技術(shù)推廣，是一種施工工藝上的突破和創(chuàng)新。