單軸攪拌樁樁架改造工藝設計及施工

趙 欣 郭延義 吳樟強 虞佰先

1. 上海建工二建集團有限公司 上海 200090；2. 上海建筑工程逆作法工程技術研究中心 上海 200090；3. 上海強勁地基工程股份有限公司 上海 201800

1 工程概況

1.1 上海白龍港污水處理廠提標改造工程BLG-C3標概況

上海白龍港污水處理廠提標改造工程BLG-C3標段工程將主要建筑物合建成集約化的水池及生產用房的專業地下污水處理設施。項目為1座287.45 m×254 m地下污水處理設施，地下2層，高6.9、5.4 m，包含1個生化反應池、1個二沉池、1間鼓風機房、2間中間提升泵房及高效沉淀池、1間加氯加藥間和2條進出通道。

本工程工程樁為勁性復合樁，采用柔剛復合樁形式。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90 d無側限抗壓強度≥0.8 MPa。剛性樁采用T-PHC-C500-460（110）預應力混凝土異形樁，共計12 435根。工程樁于－1.1 m地表施工，樁頂標高為－15.45、－14.75、－13.15 m，樁長25、28 m。

1.2 水文地質情況

本工程位于上海市浦東新區合慶鎮內人民塘西，張家浜河以南長江灘涂，白龍港污水處理廠位于西北地塊，擬建場地在60 m深度范圍內的地基土，主要由填土黏性土、粉性土、淤泥質土組成。按其沉積年代、成因類型及其物理力學性質的差異，場地沿線60 m深度范圍內土層可劃分為6個主要土層，其中第①、②、⑤、⑧層可分別根據各自的土層特性劃分為若干亞層及次壓層。潛水主要賦存于淺部填土、黏性土、粉性土中。

1.3 主要施工技術難點

1）超高密度勁性復合樁群樁施工。工程大量采用勁性復合樁，柔性樁采用φ700 mm水泥土攪拌樁。剛性樁采用T-PHC-C500-460（110）預應力混凝土異形樁。工程樁普遍間距僅2.25 m，數量達12 435根。群樁施工時，由于樁對周邊土體產生的擠密作用，會導致先打入的樁因水平的推擠作用造成偏移、變位，或因垂直的擠拔作用造成浮樁；導致后打入的樁難以達到設計標高、入土深度要求，從而造成土體隆起和擠壓，出現需截樁的情況。因此，必須考慮沉樁過程中的擠土效應對本工程及周邊環境的影響。

2）樁基施工垂直度控制要求高。工程樁為勁性復合樁，柔性樁為φ700 mm水泥土攪拌樁，剛性樁為φ500 mm竹節樁，竹節樁邊至攪拌樁邊僅100 mm，工程樁鉆孔深度最深42.5 m，允許偏差為1/450。樁身施工垂直度要求極高，對施工機械及過程控制提出較高要求[1-2]。

3）大型機械大批量組裝施工，施工期間安全風險大。工程樁施工擬投入共計8套機械設備，1臺靜壓樁機＋2臺攪拌樁機為1套機械設備，攪拌樁機樁架高約51 m。大型機械組裝高空吊裝作業施工墜物風險較大，機械穩定性要求高，組裝機械吊裝過程需嚴控風險，確保安全。

2 主要施工技術措施

2.1 勁性復合樁施工方案

勁性復合樁是現有常規樁型優化改造后的一種先進工藝，可充分發揮地基土與樁材的復合作用。該工藝及設計要求邊注漿邊攪拌成水泥土攪拌樁，在攪拌后的水泥土未初凝前植入預應力混凝土管樁，構成勁性復合樁（圖1）。

圖1 勁性復合樁構造示意

2.2 機械配備

考慮場地范圍、施工工效及勁性復合樁基特點，現場共計配備8套機械設備。攪拌樁機型號為8臺Jb160A型攪拌樁機及8臺JB280型攪拌樁機。

本工程水泥土攪拌樁直徑為700 mm，水泥摻量15%，鉆孔深度約42.5、39.5 m，現有常規單軸攪拌樁機高度不足，無法滿足施工要求，擬由原三軸攪拌樁機改造形成勁性復合樁單軸攪拌樁機進行施工。

3 改造實施過程

3.1 原三軸攪拌樁機設備

三軸攪拌樁施工設備由三軸攪拌樁機和配套設備組成，其中三軸攪拌樁機主要由鉆孔機和打樁架兩部分組成（圖2）。

圖2 鉆孔機示意

3.1.1 鉆孔機

鉆孔機主要包括動力頭、鉆桿、樁架、支撐架4個部分。

1）動力頭：提升導向機構，內含電機（選用不同頻率）。

2）鉆桿：主要有螺旋式和螺旋葉片式2種。

3）支撐架：主要保證樁體垂直度。

3.1.2 打樁架

打樁架主要有履帶式和液壓步履式2種。

3.1.3 配套設備

配套設備主要由制漿站、空壓機及泵送機組成。

3.2 Jb160A型攪拌樁機改造施工

3.2.1 鉆具改造

1）單通道上下噴漿鉆具。動力頭、鉆桿不變，對鉆頭及鉆頭噴漿口進行改進，由原來的下噴漿口改為上、下噴漿口，通過鉆桿的正轉、反轉來控制上、下噴漿口的開閉，從而通過鉆桿上、下一次動作實現二噴二攪要求。

2）雙通道上下噴漿鉆具。動力頭部位增設改進過的雙通道回轉接頭；鉆桿由原來的單通道鉆桿改為雙通道鉆桿；帶攪拌葉片的鉆桿及鉆頭由原來的下噴漿口改為上、下噴漿口，通過2臺壓漿泵控制上、下噴漿口的開閉，從而通過鉆桿上、下一次動作實現二噴二攪要求。

3.2.2 壓漿泵改造

對缸體、柱塞等結構進行改進，可以使流量下調及泵送高稠度水泥漿。

BW-250泵的改進：將缸徑由原來的80 mm改為65 mm，從而使流量改為35 L/min。

3.2.3 自動拌漿系統改造

改原來2道過濾為4道過濾，保證高濃度漿液泵送。

3.2.4 施工技術參數

水泥摻量15%，水灰比0.8，下沉速度0.6～0.7 m/min，提升速度1.0 m/min。深度6～10 m時，下沉速度為0.2～0.4 m/min。

3.3 JB280型攪拌樁機改造施工

3.3.1 鉆桿改進施工

鉆桿總長45.5 m，鉆桿采用麻花鉆及長螺旋鉆桿，其中：鉆頭長0.5 m，φ700 mm麻花鉆長度為24 m，φ700 mm長螺旋取土鉆桿長度6 m，光鉆桿長度為15 m。

上部長螺旋鉆桿取土，防止擠土效應產生，下部24 m長麻花鉆桿，充分實現攪拌生成。

3.3.2 導桿改進

導桿總長度51 m，導桿后部增加抗失穩梁，保證垂直中心，防止失穩，最高可起升65 m。

3.3.3 動力頭改進

采用雙動力頭，電機功率2×90 kW，扭矩69 kN·m，鉆速變頻可調，最大轉速30 r/min。

3.3.4 控制系統

1）駕駛室內部可實現對樁架垂直度、動力頭電機轉速、電流、深度、下鉆速度、上提速度等的有效監控。

2）駕駛室內部可實現后臺自動配比漿液，自動控制后臺漿液流量，空壓機的啟停控制，上、下噴漿口的切換控制。

3.3.5 施工技術參數

水泥摻量15%，水灰比1.0，下沉速度0.8 m/min，提升速度1.6 m/min。底部4 m復攪時，提升、下沉速度均為1.6 m/min。

4 實施效果

1）測量檢測情況：比較實測垂直度和設計垂直度，差值最終均控制在0.5%以內；比較實測坐標和設計坐標，各項樁位點偏差最終均控制在5 cm以內，且以上數據均符合設計規范要求[3-5]。

2）進度效果：通過合理規劃施工流程，2組攪拌樁配備1臺靜壓樁機施工，有效控制1根勁性復合樁施工時間為200 min內，樁基總根數12 435根，有效地滿足工期計劃節點要求。

3）質量安全效果：根據前期3組勁性復合樁試樁（9根抗拔、9根抗壓）施工及檢測試驗結果，所有試樁檢測結果均合格，滿足設計要求，施工中未發生安全及質量事故。

5 結語

新型樁基在國內首次大規模應用，檢驗了新型勁性復合樁工藝的實用性、高效性、經濟性、綠色性，滿足當下社會對綠色建筑的時代要求。通過對樁架的改進、創新，從設備上滿足了新工藝的要求，為新工藝進一步的大面積、大范圍運用提供了有效武器。通過合理的技術優化及選擇合理的施工方式、方法，在施工過程中切實落實設計與規范要求，加上人、機、料的合理搭配，工程樁基順利實施完畢，為后續工程提供了寶貴經驗。