老城區項目建設遇舊基礎時的支護樁施工創新研究

文/李青偉、楊迪 中國建筑第五工程局有限公司 河南鄭州 450009

1、工程概況

鄭州嘉里中心及雅頌居建設項目位于鄭州市花園路與緯二路交叉口東南角。項目總建筑面積約29萬平方米，包含3棟住宅樓、1棟商業樓、1棟香格里拉五星級酒店及酒店裙樓和1棟辦公樓。

基坑下為黃河沖擊平原，地質復雜多變，粉砂層及粉質黏土層等軟弱地層較多?；娱_挖深度為12～15M，基坑東西寬度為210米，南北寬度為200米。支護形式為土釘墻+樁錨結構，支護樁設計樁長為19.2M，樁徑為800MM，樁間距為1.5M?；訓|側為政二街，基坑上口距離用地紅線2.6M，最近舊供水管道距離基坑上口1.5米。原建筑為上世紀60年代磚混結構，地下老舊基礎多且分布不明；周邊地下管線有雨污水、給水、電力、熱力、燃氣、通訊等，管線復雜且陳舊。

2、基坑支護施工要點和難點

2.1 基坑支護施工面臨的問題分析

（1）現場基本情況。在基坑東側支護樁施工過程中，發現部分區域地下存在舊水泥土樁和設計樁位沖突，采用低應變對區域該水泥土樁群進行檢測，發現舊水泥土樁長約為12M，樁徑約400MM，共有31根，與支護樁位重疊。

（2）安全性問題。由于基坑上口存在帶壓的舊供水管道和熱力管道，均為上世紀80年安裝，經探測銹蝕嚴重，土釘墻施工過程中邊坡變形較大，在后續支護樁施工中不允許變形繼續擴大。

（3）技術問題。前期支護樁施工采用長螺旋后插筋和旋挖工藝均變形較大，雖然經專家論證后改為普通正循環工藝，但是現有普通正循環鉆機，水泥土樁無法破碎，造成大量水泥土塊沉積于樁底，影響支護樁施工質量，且成孔速度極慢、成孔震動很大，容易造成卡鉆、偏位等，施工質量無法保證。

（4）經濟問題。通過物資部調研，因河南無FECE回轉清障拔樁機，需從上海租賃，造成分包單位報價較高，單根樁拔除費用達到5500-6000元，總計需要拔樁費約18萬元，成本較高。

2.2 基坑支護施工問題的策略研究

（1）安全：為了能保證基坑安全穩定，應控制基坑邊坡變形，選擇對地基沖擊力小、基坑邊坡擾動較小的施工工藝，如正循環工藝。

（2）經濟：舊樁拔除采用外地調入設備成本高，應盡量使用現有設備來完成施工作業。

（3）技術：應設計一款新型鉆頭，對舊水泥土樁進行研磨成粉；由于新樁和舊水泥土樁不同心，在研磨過程中要有保證不偏位措施，舊水泥土樁強度較高，研磨需要較強的動力；可利用長螺旋鉆機實現正循環工藝施工。

2.3 解決方案及施工流程

經研究，最終決定對現場長螺旋鉆機進行改造，使其能在研磨舊水泥土樁的同時完成支護樁的正循環施工；研發一種硬度高，能把水泥土樁的研磨成粉的專用鉆頭；設計一款配套的鉆桿及連接器，要求足夠的剛度，避免施工中鉆頭偏位；現場安裝調試及試運行；試樁施工并使用超聲波測孔進行成孔質量檢查；根據測試結果改進施工；正式施工。

3、改造方案的研制要點分析

（1）對現場長螺旋鉆機進行改造。為了破除并磨碎水泥土樁，設計一個新型鉆頭，利用正循環泥漿的攜渣能力，帶出樁孔流入沉淀池；為了實現正循環施工，將施工中的商砼輸送泵替換為泥漿泵；長螺旋鉆桿無法與新型鉆頭連接，將其螺旋鉆桿拆卸，并采用與鉆頭配套的定制鉆桿來連接和支撐鉆頭，鉆桿應具有足夠的強度和剛度以抵抗較大的扭矩和撓度；加工連接件，將鉆頭與鉆桿、鉆桿與鉆桿、鉆桿與鉆機有效連接；為了保證鉆入過程中不因阻力大而造成鉆桿彎曲，保證鉆孔垂直，在鉆桿中部和鉆機底部加設定位器。

（2）鉆頭的研制。下段為6齒交叉破除結構，三個破除齒焊在空心葉片兩端，空心葉片焊接在鋼管上，由鋼管口流出循環泥漿；中段為3葉片研磨結構，空心鋼管的外表面焊接有三個研磨葉片，研磨葉片之間按照角度120分布，研磨葉片的底端均焊接有三個研磨齒，葉片左上角角度為45度，中間開洞，減小自重以及鉆動時的水下阻力；上段為加固結構。研磨葉片的外表面焊接有鋼護筒，鋼護筒的外表面焊接有帶狀鋼板，可根據帶狀鋼板調節孔徑并減小鉆機阻力；采用1.5CM厚鋼板制作出三段式交叉密齒鉆頭，上大下小，呈陀螺型，在鉆頭工作過程中，下段首先鉆入，將下部土體或堅硬巖層破碎成塊狀，后經中段3葉片9鉆齒結構能夠將破除的塊狀體繼續研磨成粉狀。循環泥漿通過鋼管口注入孔內，并從孔口流出返回泥漿池，同時將研磨的小顆粒或粉狀隨泥漿上升攜帶出孔口進入泥漿沉淀池，完成正循環泥漿護壁工藝一個循環。

（3）鉆桿、連接器、定位器研制。鉆桿采用2CM厚的鋼管制作，使其具有足夠的剛度抗扭和抗彎折能力，并分段進行加工；鉆桿的端部和中部設置兩道定位器，定位器上下同心，固定鉆桿，防止鉆桿鉆動時發生偏位。通過公母連接器連接鉆桿，母連接器內六棱布置，公連接器外六棱布置，公母連接器采用拴接，形成剛性接頭，有效控制鉆桿撓度。

4、改造后項目實施效果分析

（1）技術：與傳統正循環鉆機相比：新工藝破除舊水泥土樁能力強，速度快；交叉密齒鉆頭研磨效果，孔底沉渣少；鉆桿擾度小，成孔質量好，施工質量較高。

（2）文明施工：施工噪音小，不重復安拆鉆桿，現場文明施工好。

（3）安全：實現正循環施工，對土層擾動小，通過沉降觀測發現，該施工方法對基坑變形的影響較小，保證了基坑的安全穩定。

（4）采用新型鉆機鉆孔是采用普通正循環鉆機施工速度的3倍以上，同時鉆孔時設備操作人員能減少1-2人，提高了施工工效，降低了施工成本。

結語：

通過創新鉆機在本項目中的應用，在破除舊水泥土樁的同時保證支護樁的施工質量，基坑安全，施工快捷，縮短工期。經過實際核算，與傳統正循環的施工工藝，本項目節約施工成本約19萬元，同時節省工期約18天，能夠取得良好的經濟效益。希望可以給類似工程項目施工提供一定的參考價值。