全回轉機拔樁施工技術分析及應用

韓嘉胤

上海綠地建設（集團）有限公司 上海 200333

全回轉鉆機是采用360度回轉全套管設備，目前主要在涉及大型城市建設地下障礙物清除中大量使用。包括廢棄混凝土方樁、混凝土灌注樁、PHC管樁、鋼管樁等的拔除，也可以在軟基或巖石層地區進行成孔處理、灌注樁成孔施工等。施工較為安全、可靠、對周邊區域影響小、且施工中不產生泥漿等污染物等特點。目前，全回轉機已大量使用在舊樁拔除、地下清障等施工作業中。

1 工程概況

1.1 工程位置及規模

上海市虹口區北部公共衛生中心位于原江灣醫院舊址。本項目建設面積78135.2㎡，新建62188.96㎡，改建15946.24㎡。其中康復醫療中心13層，建筑高度55.5m，裙房5層，建筑高度23.95m；社區醫療服務中心地上7層，建筑高度37.1m；康復醫療中心和社區醫療服務中心共有連通的地下室，共地下三層；精衛中心地上14層，地下一層，建筑高度57.35m。項目于2020年10月開工，計劃于2024年7月竣工，目前已完成地下結構部分施工。

1.2 地下障礙物情況

原門急診大樓地下室老樁樁基情況如下：（1）門急診大樓：采用350*350預制方樁，數量485根，有效樁深度27m和27.5m，樁頂標高-6.25m和-5.45m，樁深約為31.8m。（2）后勤樓：全部為粉噴樁老建筑（門急診樓及后勤樓）地下室、重力壩及原樁位影響新基坑圍護范圍：

（1）新基坑東北角淺挖區域圍護樁34根直徑800mm鉆孔灌注樁與800mm高壓旋噴樁；（2）新基坑圍護東北角止水樁（三軸）影響計約12m；地連墻影響計約4.5m；（3）新基坑圍護東側止水樁（三軸）影響計約5m；（4）新基坑圍護南側止水樁（三軸）影響計約7.5m；（5）原重力壩影響新基坑圍護止水樁+地連墻約120㎡；（6）原粉噴樁影響新基坑止水樁+地連墻約80㎡。

老建筑（門急診樓及后勤樓）地下室、重力壩及原樁位影響范圍新建地下室工程樁位分布如下：

（1）原地下室基礎影響直徑800mm的ZH1型工程樁約有185根；（2）原地下室基礎影響直徑700mm的ZH2型工程樁約有60根；（3）原地下室基礎影響新基坑坑底加固面積約為：900㎡；（4）原粉噴樁影響直徑800mm的ZH1型工程樁約有32根；直徑700mm的ZH1型工程樁約有12根。

圖1 坑底加固面積范圍

2 拔樁清障方案比選

由于項目北側距離場中路約7m，西側鄰居民小區僅4m，故清障施工、拔樁施工均會對周邊環境造成一定影響。結合地勘報告和設計指導意見，邀請了同濟大學、建科院、上海地礦、中建三局等行業專家進行了兩次專項評審會，主要圍繞水沖法、拉森板樁圍護、全回轉清障等三個施工方案逐個進行評估。

圖2 拔樁范圍平面圖

2.1 水沖法

采用WEST-100履帶吊吊掛振動錘，振動錘夾制拔樁套具，利用振動錘振動下壓與套具的自重徐徐下沉直至樁底。

2.1.1 沖刷

高功率空氣壓縮機與高壓水刀將管內土體進行沖刷稀釋，利用高壓水刀沖刷套具內的土體，以水為土的載體，使其成為流沙狀泥水，高壓水刀沖刷的同時高功率空氣壓縮機不停的向孔內注入高壓空氣配合高壓水刀對土體的沖刷稀釋及防止水中的土體沉淀[1]。

2.1.2 拔樁

使用套具裝置扣住樁身底部，樁身引體型鋼鎖扣樁身上下兩端牢固后，即可利用地基專用吊車WEST-100將舊樁拔除或清除，起拔時速度不宜過快，待起拔到一定高度后，為保證安全，實行多點捆綁將舊樁拔出，堆放一定數量后及時外運，由于從底下部受力進行拉拔，即使樁身質量出現問題（如斷裂、破碎等）的舊樁均能一次性拔除[2]。

2.1.3 回填

舊樁拔除后，樁孔必須進行拌合土1：2回填，并激振密實樁孔，拌合土必須選用優質土加一定量水泥黃沙充分拌合待用，樁拔除后即行回填密實。

2.2 全回轉機拔樁

原理：利用HCR240TPN-2000全回轉設備，采用套管口上的合金刀頭對覆土層、鋼筋混凝土、廢棄老樁等障礙物進行切削，靠液壓設備的液壓反力將套管逐步壓至地下至障礙物的底部以下一米左右位置，再用沖抓斗將障礙物逐一清除。

圖3 施工場地布置

2.2.1 設備就位、固定

先將全回轉鉆機就位，固定在清障孔位置上方，連接動力箱等設備，然后再安裝反力架，反力架用履帶吊的履帶壓住，防止全回轉啟動時產生巨大扭力使機器發生扭動，120噸吊車配合清障、挖土[3]。

2.2.2 鋼套管周鉆進施工

鋼套管直徑800mm，鉆進深度不少于地下38m，且必須徹底清除障礙物為止。

（1）工藝流程。全回轉機停放位置基礎夯實——全回轉機就位及固定——帶合金刀頭套管壓入——第二節套管連接及壓入——其余套管根據標高要求逐節壓入。

（2）800mm鋼套管鉆入。根據事先定位位置壓入帶刀頭套管，將后續鋼套管與所定孔位同心壓入，利用全回轉機扭力帶動套管逐節打入，可根據地質和障礙物情況情況調整轉速，進行高效施工。

（3）清除地下障礙物。套管鉆到規定深度以后，吊車換液壓抓斗對套管內的土體及障礙物進行挖掘清除工作，清除直至指定標高。

（4）孔位回填土及拔除套管。老樁拔出后遺留的孔洞，采用8%左右水泥土回填、夯實。水泥土由水泥和粘土于現場拌合而成，水泥土要一直回填到和地面平。在回填土的過程中逐節拔除鋼套管[4]。

圖4 反力架布置及拔樁施工范圍圖

2.3 鋼板樁圍護

對拔樁進行分段拆除施工和分倉拔樁，事先需要沿東面、南面、北面地下室外墻外打12m長拉森鋼板樁，設地錨拉結后再進行拆除和拔樁施工。拆除和拔樁過程中應采取降水措施。

拆除頂板，過程中保留1、7、12、18軸的墻、梁作為臨時支撐，拆除到該跨時再將墻或梁拆除掉，拆除完馬上進行拔樁工作。采用該方案必須邊拆除邊回填，即拆除拔樁完成一跨回填一跨，防止塌方。

拆除過程中做好排水措施、地下室需邊拆除邊回填。

2.4 選定方案

原有地下室深度約5m，至老基礎底板約為6m。在沒有內支撐體系的前提下分層開挖到這個深度，造成圍護樁的形成懸臂狀態，對于圍護體的變形無法有效的控制，易發生變形，對基坑臨近主干道及地下管線可能造成影響。

水沖法及鋼板樁圍護對周邊建筑影響較大，且在拔樁過程中，可能造成承壓水突涌，采用水沖還會造成土體流失，擾動地層，并且產生大量泥漿，從而影響周邊環境，水沖法的孔洞回填也存在無法填實的弊端；鋼板樁拔除時無法確保周邊土體的穩定。

故這兩種施工方案雖然比較經濟，但出于安全性考慮，將其排除。

因此，基坑圍護封閉后，采用全回轉鉆進進行非開挖的形式處理障礙物，在做好樁孔回填和跳樁施工這些措施的前提下，能夠有效的控制基坑的變形。

最終確定了采用全回轉機（CD機），對影響棧橋、工程樁、坑底加固施工有影響的方樁進行局部拔樁，結合首道及二道支撐施工同時，對原地下一層結構進行拆除；結合三道支撐施工同時對不影響樁基施工的老方樁進行破除的施工方案。

3 全回轉機分段施工劃分及方案

確定了施工方案以后，對實施方案進行細化，將施工分為三個階段實施。

3.1 第一階段清障

對圍護樁區域進行清障：采用全回轉鉆機，對與本次新建地下室基坑圍護的地下連續墻及其槽壁加固影響范圍內的老基礎、老樁基、老攪拌樁等地下障礙物進行清除。全回轉鉆機清障施工放線以新建地下室基坑圍護的地下連續墻中心線作為定位依據，地下連續墻的槽壁加固外邊界線外放1m（寬度約5m），作為全回轉鉆機清障范圍，清障范圍為清障分區的A區、B區、C區、D區。

3.2 第二階段清障

待地墻及頂圈梁達到設計強度的80%后，進行內部障礙物清障工作：原重力壩影響新建樁基、圍護樁、立柱樁及坑內加固區域在-0.200場地標高位置，采用全回轉鉆機清除（圍護樁清理范圍外邊緣外擴1m）。坑內加固與棧橋板沖突區域，在-0.200場地標高位置，采用全回轉鉆機清除，剩余加固待第二道支撐施工完成后再施工。

3.3 第三階段清障

降水井與障礙物區域同樣在-0.200標高采用鉆機打孔后，再行布置降水井。

其余不影響新建施工的障礙物隨基坑開挖一同利用搞頭機拆除。

3.4 全回轉施工方案

采用HCR240TPN-2000全回轉鉆機一臺，120噸吊車一部（負責起吊及清障工作）。主要施工設備表如下表所示。

表1 施工設備表

施工總體流程如下：根據新樁位定出全回轉清孔的孔中心位置→主機就位及設備連接→鉆孔→清除地下障礙物→回填水泥土至地面→拔除套管→完成

施工前進行詳細的技術、安全和管線交底工作，測量放樣時放出所有需清障孔位的中心并在現場進行標注。孔位的定位問題是障礙物順利清除的前提和基礎，本工程為了保證鉆孔灌注樁和三軸攪拌樁的正常施工，采用800mm直徑的鋼套管進行施工，根據現場的布置及施工區域的情況，先將承臺破除，露出樁頭，用全站儀采取實際的坐標數據，與本工程的施工部位比對，確定清障位置，并視地下障礙物的具體進行合理的現場調整。

4 施工效果

通過虹口北部衛生中心項目拔樁清障工程證明，全回轉清障拔樁施工技術，在提升施工效率、減少對周邊環境影響等方面，相對于其他清障方案，都突顯出較大的優越性。

施工期間完畢后，第三方檢測單位對周邊建筑及道路進行了復測。復測結果令人滿意。地表沉降結果顯示，最大沉降量為12mm，小于設計值20mm；管線沉降值最大為9.5mm，小于設計值20mm。

同時，結合深基坑施工方案穿插進行清障拔樁施工，使混凝土支撐及坑底加固施工可以同時進行，縮短了施工周期，也節約了管理成本，提高了項目效益。

5 結語

全回轉機清障的鉆進速度快，對于一般土層，一般可以達到14米/小時左右，遇到混凝土障礙時鉆進速度也能達到6米/小時左右；鉆進深度大，本項目的絕對鉆進深度達到36～39m；成孔垂直度便于掌握，垂直度可以精確到1/1000；不易產生塌孔現象，成孔質量高，清底干凈，速度快，沉渣可清至30mm左右。

全回轉清障工藝，在實際工程應用中取得了顯著成效，設備便捷、施工周期短、質量有保證、有利于現場文明施工等優點，使其易于技術推廣，是一種施工工藝上的突破和創新。