低凈空下鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

沈 斌（上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200002）

近年來上海地我快速發(fā)展城市軌道交通、市域鐵路、公路隧道、地下綜合體項(xiàng)目等大型項(xiàng)目，交通線路穿越及建筑地下空間改擴(kuò)建施工均對既有建筑地下結(jié)構(gòu)提出新的要求，尤其是核心我域，如何保證既有建筑的正常運(yùn)行的同時(shí)又滿足核心我域社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求顯得尤為緊迫。

在既有建筑內(nèi)進(jìn)行地基加固或地下結(jié)構(gòu)改擴(kuò)建中，常常涉及施工所需的開挖平面、豎向凈空都較狹小，施工設(shè)備尺寸、作業(yè)環(huán)境、施工措施等均較常規(guī)地下工程施工難度大，給現(xiàn)場施工帶來困難，研究一種適應(yīng)于軟土地層低凈空下的樁基施工技術(shù)用于既有建筑地下結(jié)構(gòu)加固及改擴(kuò)建十分必要[1]。

本文將針對上述情況介紹一種運(yùn)用自主研發(fā)的適用于低凈空的分體拆裝式鉆孔灌注樁施工技術(shù)，為既有建筑地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行地基加固或改擴(kuò)建施工提供新的技術(shù)方案。

1 工程背景

1.1 項(xiàng)目位置及周邊環(huán)境

大眾空港賓館位于浦東國際機(jī)場 T1 航站樓和 T2 航站樓之間，西側(cè) 7.6 m 為磁懸浮樁基礎(chǔ)，東側(cè) 3.7 m 為在建市域線機(jī)場聯(lián)絡(luò)線浦東機(jī)場站工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)，屬于上海浦東國際機(jī)場核心我域內(nèi)，周邊環(huán)境十分復(fù)雜。

大眾空港賓館至今已運(yùn)營十余年，由于土質(zhì)和水箱荷載等綜合因素，底層水箱泵房內(nèi)出現(xiàn)較大的不均勻沉降，局部高差超過 10 cm，部分設(shè)備、管道出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。市域線基坑開挖將對其產(chǎn)生嚴(yán)重影響，為保證大眾空港賓館正常運(yùn)行，必須對底層地基進(jìn)行加固。同時(shí)施工場地只能在大眾空港賓館水箱泵房樓內(nèi)，具體位置見圖 1。

圖1 工程總平面圖

1.2 工程地質(zhì)條件

施工我域范圍涉及土層如表 1 所示。

表1 土層分布表

1.3 工程重、難點(diǎn)分析

根據(jù)現(xiàn)場破孔情況，水箱泵房基礎(chǔ)下為雜填土，厚度約為原狀地坪以下 3.0 m，土質(zhì)較為疏松，水土流失嚴(yán)重。上部雜填土我域無法有效地形成泥漿護(hù)壁，孔壁將存在嚴(yán)重塌方情況，因此無法正常成孔。

同時(shí)，本工程作業(yè)我域位于大眾空港賓館水箱泵房內(nèi)，樓層凈空高度僅 5.15 m，常規(guī)成孔設(shè)備無法施工，需采用適用于低凈空樁基施工設(shè)備，另外鋼筋籠分節(jié)多、拼接時(shí)間長、成樁時(shí)間長，樁身質(zhì)量控制難度大。

2 地層加固設(shè)計(jì)方案

2.1 加固范圍及形式

水箱泵房總體尺寸為 23.5 m（長）×5.8 m（寬）×5.15 m（凈高），門洞尺寸為 1.6 m。

（1）施工現(xiàn)場先將現(xiàn)場硬地坪鑿除，然后澆筑 300 mm鋼筋混凝土地坪，內(nèi)配 C14 @300 單層雙向鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級采用 C 30。樁孔位置預(yù)留 800 mm×800 mm 洞口。

（2）利用錨桿靜壓樁預(yù)先在樁孔位置壓入長度 5 m，外徑 700 mm，壁厚 5 mm 鋼護(hù)筒，分兩節(jié)施工，然后再進(jìn)行鉆孔灌注樁施工。

（3）鉆孔灌注樁共計(jì) 17 根，樁長 26 m，樁徑 600 mm，混凝土強(qiáng)度等級為水下 C35，泛漿高度 ≥1.0 m。分布位置如圖 2 所示。

圖2 鉆孔灌注樁布置形式

2.2 分體拆裝式鉆孔灌注樁主機(jī)

拆裝式鉆孔灌注樁主機(jī)由前臺成孔設(shè)備及后臺驅(qū)動(dòng)裝置組成，其主要構(gòu)件包括動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、拆裝式機(jī)架、鉆桿定位機(jī)構(gòu)、機(jī)架調(diào)平與防扭裝置、鉆機(jī)、鉆桿等，如圖 3 所示，鉆頭采用具備良好導(dǎo)向性能的三翼雙腰箍鉆頭，合金刀齒材質(zhì)，可減少砂質(zhì)地層對鉆頭的耗損，主機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸能滿足低凈空三維空間拼裝要求、施工操作簡便，具體參數(shù)見表 2。

表2 鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

圖3 分體拆裝式鉆孔灌注樁主機(jī)

2.3 門式鋼筋籠吊裝裝置

將鋼筋籠橫向放置平板卡車，由卡車縱向運(yùn)抵槽段邊。采用門式吊裝裝置將鋼筋籠兩點(diǎn)起吊翻身，垂直于槽段并緩慢下沉。施工工藝能夠?qū)崿F(xiàn)在高度受限環(huán)境下地連墻鋼筋籠的運(yùn)輸、吊裝，保證鋼筋籠下放精度以及提高施工效率。圖5 為門式鋼筋籠吊裝裝置。

圖5 門式鋼筋籠吊裝裝置

2.4 混凝土固定泵送裝置

因水箱泵房空間限制，灌注樁難以采用混凝土運(yùn)輸罐車直接傾瀉澆筑的方式，需采取拼接混凝土運(yùn)輸管路至適合澆筑的泵送口進(jìn)行泵送。

3 低凈空的分體拆裝式鉆孔灌注樁施工工藝

3.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→錨桿靜壓樁埋設(shè)護(hù)筒→分體式樁架拼裝→安裝鉆桿、對中調(diào)直→鉆進(jìn)成孔→一次清空→鋼筋籠吊裝及拼接→二次清孔→混凝土灌注→鉆機(jī)移位。

3.2 施工技術(shù)參數(shù)

混凝土強(qiáng)度等級為水下 C35，泛漿高度 ≥1.0 m，水灰比 1∶1。為保證成孔垂直度和孔壁穩(wěn)定，上部粘土層內(nèi)成孔轉(zhuǎn)速鉆壓為 10～25 kPa，轉(zhuǎn)速 40～70 r/min。循環(huán)漿液比重 ≤1.30，黏度為 22～30 s，pH 值為 8～11；清孔后泥漿比重 ≤1.15，黏度為18～22 s。

3.3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 錨桿靜壓樁埋設(shè)護(hù)筒

（1）在新建地坪上預(yù)留出的壓樁孔上進(jìn)行施工，根據(jù)樁孔的中心位置周圍布置 4～6 根錨桿。

（2）人工將樁架垂直豎起后根據(jù)錨桿的位置將樁架的固定，底角鋼板 4～6 根錨桿上壓兩層墊片，然后在進(jìn)行螺帽固定[2]，在全部固定前要分兩個(gè)方向垂直觀察樁架是否垂直度在1%范圍以內(nèi)。

（3）壓入鋼護(hù)筒，護(hù)筒埋設(shè)深度應(yīng)超過雜質(zhì)填土且埋進(jìn) ②3 深度 ≥0.2 m，護(hù)筒頂面應(yīng)高出地面 0.1 cm。鋼護(hù)筒埋設(shè)過程中如有偏差應(yīng)及時(shí)校正，使保持垂直，用粘性土分層填實(shí)，中心偏差應(yīng) ≤10 m。

3.3.2 分體式樁架拼裝

（1）將升降平臺架在底架上拼好后通過動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組件提升、抬移到升降平臺架的固定位置安裝就位；

（2）安裝鉆桿定位機(jī)構(gòu)；

（3）最后將卷揚(yáng)機(jī)、液壓泵站等配套設(shè)備安裝就位。

3.3.3 安裝鉆桿、對中調(diào)直

在鉆桿定位裝置中心設(shè)有裝配型翻板式哈夫卡位裝置，保證鉆機(jī)的鉆頭能順利通過；同時(shí)可固定鉆桿及旋轉(zhuǎn)定位。鉆桿對準(zhǔn)樁位中心，保證鉆桿應(yīng)與樁位一致，偏差應(yīng)在 10 mm 以內(nèi)，并保證成孔垂直度 ≤1/200。

試空車時(shí)，將升降平臺架提升到頂位，底架翻板打開，安裝鉆頭與首節(jié)特殊鉆桿、首節(jié)鉆桿定位裝置；負(fù)載試車時(shí)，必須試空車正常后開鉆，在鉆頭進(jìn)入土層穩(wěn)定切削、正常進(jìn)尺掘進(jìn)后，拆除首節(jié)鉆桿定位裝置、底架翻板合攏、裝好鉆桿定位機(jī)構(gòu)，進(jìn)入正常灌注樁成孔階段。

3.3.4 鉆進(jìn)成孔

成孔采用正循環(huán)工藝成孔，通過后臺控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)泥漿的循環(huán)方式，護(hù)壁漿液采用原土造漿。鉆桿定尺長度1.5 m，每節(jié)鉆桿鉆進(jìn)到底后，通過卷揚(yáng)機(jī)將鉆桿提升到操作平臺，鉆桿連接采用法蘭式接頭，保證鉆桿節(jié)段更好的連接垂直度及傳遞更大的扭矩。

3.3.5 清孔

一清、二清均采用正循環(huán)清孔。第一次清孔時(shí)應(yīng)將鉆頭提離孔底 200～300 mm，輸入泥漿緩慢循環(huán)清孔；第二次清孔采用灌注樁鋼筋籠吊放專用機(jī)架，在鋼筋籠及導(dǎo)管下放完成之后，通過往導(dǎo)管內(nèi)注入泥漿進(jìn)行循環(huán)清孔。

3.4.6 鋼筋籠吊裝及拼接

本項(xiàng)目鋼筋籠分節(jié)長度為 3 m，每節(jié)鋼筋籠重量約 35 kg，在場外加工完成之后，依靠人工搬運(yùn)至樁位處。拆除成孔設(shè)備并拼裝門式鋼筋籠吊裝裝置，通過底部萬向輪靈活移動(dòng)，起吊時(shí)四個(gè)輪子帶上剎車，再用楔形木枕固定好上下節(jié)鋼筋籠在孔口進(jìn)行對接，依次將鋼筋籠全部下放到位。

3.3.7 混凝土灌注

采取拼接混凝土運(yùn)輸管路至適合澆筑的泵送口進(jìn)行泵送。利用門式鋼筋籠吊裝裝置，下放混凝土導(dǎo)管至標(biāo)高深度，再邊灌注邊逐節(jié)提升、拆卸導(dǎo)管至混凝土澆注至設(shè)計(jì)標(biāo)高，至此根灌注樁施工結(jié)束。

3.3.8 鉆機(jī)移位

拆除成孔設(shè)備底座，通過萬向輪將成孔設(shè)備移至下一待施工樁位，

為確保樁頂標(biāo)高及質(zhì)量，提升鉆桿逐節(jié)拆除出孔口，清洗鉆桿、注漿泵及輸送管道，然后將鉆機(jī)移位至下一孔。

4 施工效果分析

在低凈空鉆孔灌注施工過程中，護(hù)壁泥漿液面始終保持在地面以下 0.5 m，成孔效果良好，同時(shí)采用高應(yīng)變動(dòng)測法和超聲波法針對工程樁身質(zhì)量檢驗(yàn)。高應(yīng)變抽查數(shù)量≥20%，且≥10根。超聲波法檢測數(shù)量不少于總樁數(shù)的10%[3]。檢測結(jié)果均滿足要求，這表明內(nèi)部樁體的均勻程度及其抗?jié)B能力良好。同時(shí)施工過程中對周圍建構(gòu)筑物地表沉降監(jiān)測結(jié)果也表明，滿足城市核心我域及磁懸浮范圍內(nèi)控制要求，低凈空鉆孔灌注施工具有良好的施工適宜性。

5 結(jié) 語

通過自主研發(fā)分體拆裝式鉆孔灌注樁主機(jī)、門式鋼筋籠吊裝裝置及混凝土固定泵送裝置等成套設(shè)備，進(jìn)一步系統(tǒng)介紹了低凈空的分體拆裝式鉆孔灌注施工技術(shù)，并成功應(yīng)用于上海浦東機(jī)場大眾空港賓館地下水箱泵房地基加固工程，施工效果良好，對周圍環(huán)境影響小，可為類似項(xiàng)目提供參考借鑒。