AM 旋挖擴(kuò)底樁同回轉(zhuǎn)擴(kuò)底樁施工技術(shù)的對(duì)比研究

王?？。ㄉ虾Ｊ谢A(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200002）

近年來擴(kuò)底樁技術(shù)在全國各地被廣泛應(yīng)用，相較于傳統(tǒng)等截面抗拔樁僅靠樁周側(cè)摩阻力提供側(cè)阻，擴(kuò)底抗拔樁通過改變樁端截面提高抗拔和抗壓承載力，以較小的混凝土或水泥漿材料增加（＜5%）獲取顯著的承載力提高（＞30%）[1]。

擴(kuò)底樁有多種不同工藝可供選擇，其中 AM 旋挖擴(kuò)底樁及回轉(zhuǎn)擴(kuò)底樁都是較為通用的工藝，本文將結(jié)合浦東機(jī)場南區(qū)地下交通樞紐及配套工程的試樁施工針對(duì)這兩種工藝進(jìn)行簡單介紹，并重點(diǎn)研究其施工效率及質(zhì)量的對(duì)比。

1 工程背景

1.1 工程概況

浦東機(jī)場南區(qū)地下交通樞紐及配套工程位于上海市浦東新區(qū)，浦東機(jī)場捷運(yùn)區(qū)以東、飛翱路以西、浦東機(jī)場衛(wèi)星廳以南和圍場河路以北?？傉嫉孛娣e約 162.8 萬 m2、總建筑面積約 220 萬 m2、基坑面積約 51 萬 m2。建筑主要為地上4 層，地下 3 層，國內(nèi)混流，國際出發(fā)，達(dá)到分流航站樓，地下空間主要為綜合交通樞紐。

1.2 地質(zhì)條件

擬建場地屬河口、砂嘴、砂島相地貌類型，場地受古河道斜向切割，整體分為正常區(qū)和古河道區(qū)域，如圖 1 所示。場地內(nèi)淺層分布有第 ② 3 層和第 ③ 2 層砂質(zhì)粉土層，砂性重，滲透性強(qiáng)。

圖1 古河道范圍

1.3 樁基概況

其中北區(qū)第一批擴(kuò)底試樁共 9 根，其中 6 根采用 AM 旋挖擴(kuò)底工藝施工，3 根采用 GPS-20 鉆機(jī)回轉(zhuǎn)擴(kuò)底施工，具體參數(shù)如表 1 所示。

表1 擴(kuò)底試樁參數(shù)

本次試樁最大樁深約為 68 m，旋挖擴(kuò)底樁垂直度要求≤1/300、回轉(zhuǎn)擴(kuò)底樁垂直度要求≤1/200，有效樁長以上部分安裝雙套筒。

2 AM 旋挖擴(kuò)底工藝簡介

2.1 AM 旋挖擴(kuò)底機(jī)理

AM 可視可控旋挖擴(kuò)底樁是在直孔灌注樁施工流程中增加一道擴(kuò)底工序而成，采用全液壓切削挖掘、成孔時(shí)電腦管理影像追蹤系統(tǒng)進(jìn)行全程調(diào)控、配合液壓鏟斗進(jìn)行樁底端或樁身水平切削擴(kuò)大的可控可視的擴(kuò)底灌注施工工藝。成孔全過程電腦控制，實(shí)現(xiàn)可視化操作，只要將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入操作室內(nèi)的電腦管理裝置，在電腦管理裝置的指揮下完成擴(kuò)底作業(yè)，擴(kuò)底深度及直徑均顯示在電腦屏幕上，完成后可打印圖像及數(shù)據(jù)[2]。

2.2 AM 旋挖擴(kuò)底施工流程

（1）樁位放樣：樁位放好后應(yīng)及時(shí)處理保護(hù)，打好十字控制樁并做好保護(hù)措施，旋挖鉆機(jī)就位對(duì)中，偏差小于2 cm。

（2）埋深鋼護(hù)筒：旋挖鉆機(jī)先鉆一個(gè)比護(hù)筒直徑略大的孔，深度比護(hù)筒略淺 50 cm，然后將護(hù)筒吊放入孔內(nèi)采用旋挖鉆機(jī)將其壓入，并根據(jù)十字線，控制護(hù)筒中心位置，周邊用粘土均勻回填并分層夯實(shí)。

（3）等徑部成孔：護(hù)筒埋設(shè)完畢后，用泥漿泵向孔內(nèi)注入穩(wěn)定液，一般最快不超過 10 m/h，松散地層控制在 3 m/h，嚴(yán)格控制泥漿的質(zhì)量；成孔至設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行一清。

（4）擴(kuò)底：等徑部成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，更換擴(kuò)底鏟斗，在電腦置換中心的控制下進(jìn)行擴(kuò)底作業(yè)，擴(kuò)底完成后采用清底鏟斗進(jìn)行二清。

（5）下放鋼筋籠、導(dǎo)管：鋼筋籠吊放采用吊車輔助下籠的方法，分 4 ～ 5 節(jié)吊裝，做到上、下節(jié)籠的中心軸線重合。鋼筋籠下放到位后，及時(shí)下放導(dǎo)管進(jìn)行第三次清孔。

（6）混凝土澆筑：清孔后，在半小時(shí)內(nèi)澆筑混凝土。

3 回轉(zhuǎn)擴(kuò)底工藝簡介

3.1 回轉(zhuǎn)擴(kuò)底機(jī)理

擴(kuò)底樁成孔是通過專用機(jī)械式擴(kuò)孔鉆頭，在樁底旋轉(zhuǎn)磨削土壁，在樁底形成一個(gè)擴(kuò)大頭。

當(dāng)?shù)戎睆匠煽淄戤叄M(jìn)行樁端擴(kuò)孔施工時(shí)，換上傘形擴(kuò)孔鉆頭，在自重作用下，該鉆頭下支座向下垂，從而拉動(dòng)斜撐，使整個(gè)可擴(kuò)展刀展呈豎直向收攏狀態(tài)，見圖。當(dāng)鉆頭放至孔底時(shí)，上支座在配重作用下向下移動(dòng)，上支座與下支座之間的距離減小，由于刀架兩頭與上、下支座之間的鉸結(jié)關(guān)系，使得刀片向兩邊擴(kuò)展，見圖。刀片在擴(kuò)展的同時(shí)，也不斷旋轉(zhuǎn)切割周圍的土體，達(dá)到擴(kuò)孔的目的。當(dāng)上支座下移至定位閥時(shí)，刀片便擴(kuò)展到設(shè)計(jì)的角度，最終完成整個(gè)擴(kuò)孔的施工，如圖 2 所示。擴(kuò)孔完成后，上支座上提，在下支座的自重作用下，整個(gè)鉆頭又收攏成原來形狀，沿孔提出。

圖2 回轉(zhuǎn)擴(kuò)底示意圖

3.2 回轉(zhuǎn)擴(kuò)底施工流程

（1）下入擴(kuò)底鉆頭，當(dāng)鉆頭下入孔底后，在孔口標(biāo)記下主動(dòng)鉆桿或機(jī)上鉆桿的位置。

（2）以此位置為起點(diǎn)，向上量一個(gè)擴(kuò)底鉆頭的擴(kuò)底行程，即為終點(diǎn)。

（3）將擴(kuò)底鉆頭提離孔底，使其處于懸吊狀態(tài)。

（4）啟動(dòng)鉆機(jī)和水泵，待鉆機(jī)和水泵工作正常后即可開始擴(kuò)底。

（5）擴(kuò)底時(shí)利用卷揚(yáng)機(jī)控制擴(kuò)底鉆頭的擴(kuò)底速度，為安全起見，擴(kuò)底速度應(yīng)越慢越好。一般情況下，卷揚(yáng)機(jī)的放繩速度應(yīng)保證主動(dòng)鉆桿以 10 mm/min 的速度下移，如果鉆機(jī)震動(dòng)太大，可進(jìn)一步減少擴(kuò)底速度。

（6）擴(kuò)底速度不能過快，否則，將由于刀頭切入太深，孔底阻力太大，極易損壞鉆頭的擴(kuò)底翼和鉸座等部位。

（7）當(dāng)主動(dòng)鉆桿走完擴(kuò)底行程后，說明擴(kuò)底鉆頭在孔底已擴(kuò)至預(yù)定直徑，此時(shí)，可在原地繼續(xù)回轉(zhuǎn) 2 ～ 3 min 后即可迅速提鉆。

其余工藝同普通的鉆孔灌注樁施工工藝。

4 試樁作業(yè)效果分析

4.1 AM 旋挖擴(kuò)底樁

本工程旋挖擴(kuò)底試樁選用 SWDM-28 擴(kuò)底旋挖機(jī)施工，主要成果如下。

（1）根據(jù)施工期間第三方檢測(cè)結(jié)果，旋挖成孔的垂直度均 ≤1/300，滿足設(shè)計(jì)要求。選用的 SWMD-28 型旋挖機(jī)進(jìn)行等直徑部分成孔可滿足機(jī)場地區(qū)地質(zhì)施工要求。選用AM 15 型擴(kuò)底旋挖機(jī)，做到“可視、可控、全電腦化操作控制”，經(jīng)檢測(cè)擴(kuò)底孔徑滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）試樁采用人工造漿，旋挖成孔，一清鉆斗撩抓，二清泵吸反循環(huán)清孔；過程中采用除砂機(jī)除砂。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，泥漿指標(biāo)、沉渣厚度等滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）充盈系數(shù)均 ＞1，平均為 1.08；滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

（4）本工程旋挖擴(kuò)底灌注樁施工時(shí)間約 24 h；大面積工程樁施工時(shí)，應(yīng)形成有效流水，進(jìn)一步提高工效。

（5）樁身完整性檢測(cè)均為一類樁，靜載報(bào)告顯示抗壓試樁極限承載力 ≥12 000 kN，抗拔試樁極限承載力 ≥6 200 kN。

4.2 回轉(zhuǎn)擴(kuò)底樁

本工程回轉(zhuǎn)擴(kuò)底試樁選用 GPS-20 設(shè)備施工，主要成果如下。

（1）根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，成孔的垂直度均 ≤1/200，滿足設(shè)計(jì)要求。選用的 GPS-20 型旋鉆機(jī)進(jìn)行等直徑部分成孔可滿足機(jī)場地區(qū)地質(zhì)施工要求。選用 GPS-20 型鉆機(jī)配合機(jī)械式擴(kuò)底器，做到切削成設(shè)計(jì)要求的形狀的效果，經(jīng)檢測(cè)擴(kuò)底孔徑滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）試樁采用人工造漿，GPS 成孔，一清正循環(huán)，二清泵吸反循環(huán)清孔；過程中采用除砂機(jī)除砂。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，泥漿指標(biāo)、沉渣厚度等滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）充盈系數(shù)均 ＞1，平均為 1.05；滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

（4）回轉(zhuǎn)擴(kuò)底灌注樁施工時(shí)間約 36 h（考慮除去雙套管、應(yīng)力計(jì)安裝等影響因素）。大面積工程樁施工時(shí)，應(yīng)形成有效流水，進(jìn)一步提高工效。

（5）樁身完整性檢測(cè)均為一類樁，靜載報(bào)告顯示抗壓試樁極限承載力 ≥12 000 kN。

5 結(jié) 語

大直徑擴(kuò)底樁通過改變樁端截面提高抗拔和抗壓承載力，能以較小的混凝土或水泥漿材料增加獲取顯著的承載力提高，因此被廣泛應(yīng)用于全國各地。本文就 AM 旋挖擴(kuò)底樁同回轉(zhuǎn)擴(kuò)底樁兩種施工技術(shù)就行了簡單研究，施工數(shù)據(jù)顯示在施工工效及成 孔垂直度控制兩方面 AM 旋挖擴(kuò)底工藝（24 h，1/300）較回轉(zhuǎn)擴(kuò)底工藝（36 h，1/200）有一定優(yōu)勢(shì)。但回轉(zhuǎn)擴(kuò)底工藝完成的灌注樁也能滿足規(guī)范要求，兩者的極限承載力均達(dá)到設(shè)計(jì)值，而且由于其設(shè)備較為普遍，因此施工費(fèi)用上具有優(yōu)勢(shì)，因此實(shí)際工程可根據(jù)自身需要選擇合適的工藝進(jìn)行施工。