勁性復合樁施工工藝的應用

郭延義

1.上海建工二建集團有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技術研究中心 上海 200090

1 勁性復合樁概述

工程樁常用的樁型有鉆孔灌注樁、預制樁。鉆孔灌注樁易產生坍孔、頸縮，樁底沉渣不易清除，樁身質量不易控制，且存在噪聲污染嚴重、泥漿排放量大等環境問題；預制樁易產生擠土效應，對周邊環境影響較大，遇密實性砂層施工的難度大，成樁質量難以保證。

通過對現有常規樁型的優化，改造形成勁性復合樁先進工藝，可充分發揮地基土與樁材相互結合的復合作用。該工藝按設計樁徑要求，在注漿的同時進行攪拌形成水泥土攪拌樁，在攪拌后的水泥土未初凝前（6 h）植入預應力混凝土管樁，構成勁性復合樁（圖1），其施工便捷且具備良好的經濟效益。本工程樁基采用柔剛復合樁形式，柔性樁采用φ700 mm水泥土攪拌樁，剛性樁采用T-PHC（TZ螺鎖式連接預應力混凝土異形樁）。其主要優點如下[1-4]：

圖1 勁性復合樁構造示意

1）承載力較高。通過水泥漿與樁體周圍土體的攪拌，起到加固的效果，提高了樁端阻力及樁側摩擦力。

2）施工工藝屬非擠土工藝（攪拌成孔后植樁），大大降低對周邊環境的影響。

3）泥漿排放量極少，符合文明施工的要求。

4）相對于其他樁型，其成樁速度加快、工效提高、工期縮短。

5）預應力混凝土管樁工廠化批量加工，質量可靠，植樁采用成熟工藝，易于操作。

6）采用先攪拌成孔后植樁工藝，適用于軟土、黏土、粉土、粉砂及風化巖等各種土層。

7）采用螺鎖式連接，接樁速度快，保證植樁的連續性。

8）與傳統樁型相比，具備一定的經濟優勢。

2 工程概況

2.1 工程簡介

上海白龍港污水處理廠是世界最大的污水處理廠之一。目前總處理能力2 800 000 m3/d，工程服務面積約995 km2，服務范圍包括浦東新區及部分中心城區，處理能力占上海市污水處理能力的1/3左右。通過本工程及周邊同期在建提標改造標段工程，總體新增1 200 000 m3/d生物處理設施和280 m3/d的深度處理設施。

本工程位于上海市浦東新區合慶鎮人民塘西，張家浜河以南長江灘涂，白龍港污水處理廠位于西北地塊。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。

2.2 樁基工程概況

本工程地下箱體采用勁性復合樁（等芯柔剛復合樁），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28 d無側限抗壓強度不小于0.8 MPa。剛性樁采用T-PHC-C500-460（110）預應力混凝土異形樁，樁距2.35～2.50 m。

2.3 水文地質條件

據勘探揭示，擬建場地在60 m深度范圍內的地基土，主要由黏性土、粉性土、淤泥質土等組成。且由于場地東側鄰近長江，淺層以粉性土為主，地下水位受長江漲落潮影響較大，屬于軟弱地基土。

按沉積的年代、成因的類型及其物理性能、力學性質的差異，將擬建場地內60 m深度范圍內的土層劃分為6個主要土層，其中第①、②、⑤、⑧層可分別根據各自土層的特性劃分為若干亞層、次壓層。潛水主要賦存于淺部填土、黏性土、粉性土中。

3 主要施工技術

3.1 機械選型技術

樁基工程施工作業面標高為－2.1 m，基坑底標高為－15.8 m，樁機空轉長度達到13.7 m，工程樁長分別為42 m和31 m，實際樁機施工深度達到55.7 m和44.7 m，普通單軸、雙軸攪拌樁機無法打設。為滿足打設深度及施工安全，選用三軸攪拌樁機，在運用其自身樁架及底座的基礎上，更換大功率動力頭，增加鉆桿轉速，在原有鉆桿中部增設1處鉆頭及噴漿口，使其改裝成滿足柔性樁施工的單軸攪拌樁機（圖2）。本工程樁基體量大（總計12 355根樁），時間緊（樁基施工時間100 d），為在保證施工質量的基礎上保證正常施工進度，根據柔性樁（單根施工時間90～120 min）和剛性樁（單根施工時間30～45 min）的時間配比（2∶1），配備8組機械，每組機械配備2臺經改裝的單軸攪拌樁機和1臺靜壓樁機（抱壓式），以此來滿足施工質量、進度要求。

圖2 勁性復合樁機

3.2 場地處理

樁基工程作業面在前期策劃階段有2種選擇：第1種是于－8.1 m處進行施工，即樁機設備均需從原地面進入深7 m的基坑內部，且該處標高土層為灰色淤泥質黏土，呈飽和水狀態，地基較軟弱，需進行大量地基處理；第2種是于原地面即－1.1 m標高處施工，地基承載力較好，但樁機空轉深度加長。最后出于安全的考量，決定采用第2種在原地面處施工。如此施工場地硬化只需鋪設厚50 cm道砟回填夯實，即可滿足樁機施工承載力要求。

3.3 柔性樁施工技術

柔性樁采用φ700 mm水泥土攪拌樁，空鉆區域內水泥摻入量為8%，有效樁長區域水泥摻入量為15%；攪拌樁采用兩噴兩攪（一上一下）的施工工藝（圖3）。

圖3 柔性樁施工

1）施工流程：測量放線→攪拌機就位→配制水泥漿→一次噴漿攪拌下沉→二次噴漿攪拌提升。

2）設備進場前，平整現場場地，清除施工區域內的表層障礙物，回填適量道砟并夯實，要求路基的承重荷載以能夠行走重型樁架為準，必要時可鋪設路基箱。

3）樁機應平穩、平正，運用線錘對立柱進行定位觀測以保證樁機樁身的垂直度，并在垂直方向上采用2臺經緯儀經常校核樁架的垂直度，有效控制垂直度。

4）水泥土攪拌樁樁位定位后需再次進行復核，樁位偏差值須小于設計要求值。

5）水泥土攪拌樁在下沉與提升的過程中均應注入水泥漿液，并嚴格控制下沉速度、提升速度及注漿量。攪拌樁下沉速度為0.5～0.8 m/min，下沉注漿量為70%，攪拌樁攪拌提升速度為1.0 m/min，提升注漿量為30%。攪拌提升時不應使孔內產生負壓，影響周邊地基進而造成沉降。

6）攪拌樁采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.8（經試樁確認0.8是擠土效應和翻漿量的一個平衡值），現場通過泥漿比重計檢測水泥漿液相對密度，以控制水灰比，進而保證水泥用量達到設計要求。拌漿注漿量以每鉆的加固土體方量換算，漿液流量通過漿液輸送能力進行控制。攪拌土體的28 d無側限抗壓強度不小于0.8 MPa。

3.4 剛性樁施工技術

剛性樁采用的是TZ螺鎖式連接預應力混凝土異形樁， 有效樁長42 m和31 m。剛性樁必須在柔性樁施工完成后的6 h內進行施工。

1）攪拌樁機移機施工下一根攪拌樁后，靜壓樁機就位并定位調直，定位樁中心誤差控制在10 mm以內。壓樁機就位時應對準樁位中心點，并啟動平臺的支腿油缸，校正平臺使其處于水平的狀態下。

2）卸樁由起重機采用兩點起吊，平移至樁架前，入壓樁機時單點起吊。

3）用鋼絲繩綁住樁身單點起吊，移入樁機后調平樁機，開動縱橫向油缸移動樁機調整對中，同時在樁機影響范圍外，成90°方向各設置1臺經緯儀，用以控制校準垂直度（垂直度偏差控制在1/250內）。校準通過樁機導架的旋轉、滑動進行，確保樁位及垂直度符合要求后再進行壓樁。柔性樁施工完成6 h內未壓入剛性樁，或者壓入剛性樁時發現垂直度偏差大、拔出重新壓入超過6 h的，需由攪拌樁機對原樁位進場復攪，并在6 h內施工剛性樁。壓樁施工必須連續進行，且同一根樁的中間間歇時間不宜超過30 min。

4）沉樁時，固定端大螺帽朝上（連接端應安裝好墊片、彈簧、卡片、中間螺母），張拉端小螺帽朝下。吊樁到位后方可安裝插桿。

5）抱壓沉樁時，夾具應抱在樁身凸出部位，避開樁身兩側的合縫位置，嚴禁夾具抱在樁身凹進部位。

6）剛性樁接頭連接即上下節樁拼接成整樁時，采用上螺下頂的接樁卡扣連接方式，接頭卡扣連接強度應不小于機械連接預應力混凝土異形樁樁身強度，必須確保錘擊回彈時無縫隙。

7）在下節樁的端面涂抹50 g專用的密封材料（由環氧樹脂、固化劑按比例組成），操作時間宜控制在2 min以內，初凝時間不超過6 h，終凝時間不超過12 h（圖4）。

圖4 剛性樁接樁施工

8）在專人指揮下，將插桿與中間套頭軸線移至同一直線上，插入過程中嚴禁碰撞。插接完成后以密封材料溢出接樁接口為宜，且接口間無縫隙。密封材料應在拌制完成后4 h內使用完畢，超出時間的嚴禁使用。每節樁應一次連續壓到底標高，接樁及送樁均應連續進行，中間停歇時間不得超過30 min[5-7]。

4 結語

在上海白龍港污水廠提標改造工程中運用新型的勁性復合樁工藝，充分發揮了地基土與樁材的復合作用。勁性復合樁具有施工效率高、經濟效益好、環境影響小的特點，符合國家建筑行業的發展模式，契合綠色建筑的理念。

勁性復合樁在本工程中的成功應用，形成了一系列的關鍵技術，可以進一步提煉和總結，系統集成技術要點，可在今后項目中繼續推廣運用，從而推動我國建筑行業的發展進步，提高我國建筑施工行業的技術水平。