低凈空下鉆孔灌注樁施工技術研究

沈 斌（上海市基礎工程集團有限公司，上海 200002）

近年來上海地我快速發展城市軌道交通、市域鐵路、公路隧道、地下綜合體項目等大型項目，交通線路穿越及建筑地下空間改擴建施工均對既有建筑地下結構提出新的要求，尤其是核心我域，如何保證既有建筑的正常運行的同時又滿足核心我域社會、經濟發展要求顯得尤為緊迫。

在既有建筑內進行地基加固或地下結構改擴建中，常常涉及施工所需的開挖平面、豎向凈空都較狹小，施工設備尺寸、作業環境、施工措施等均較常規地下工程施工難度大，給現場施工帶來困難，研究一種適應于軟土地層低凈空下的樁基施工技術用于既有建筑地下結構加固及改擴建十分必要[1]。

本文將針對上述情況介紹一種運用自主研發的適用于低凈空的分體拆裝式鉆孔灌注樁施工技術，為既有建筑地下結構進行地基加固或改擴建施工提供新的技術方案。

1 工程背景

1.1 項目位置及周邊環境

大眾空港賓館位于浦東國際機場 T1 航站樓和 T2 航站樓之間，西側 7.6 m 為磁懸浮樁基礎，東側 3.7 m 為在建市域線機場聯絡線浦東機場站工程圍護結構，屬于上海浦東國際機場核心我域內，周邊環境十分復雜。

大眾空港賓館至今已運營十余年，由于土質和水箱荷載等綜合因素，底層水箱泵房內出現較大的不均勻沉降，局部高差超過 10 cm，部分設備、管道出現傾斜現象。市域線基坑開挖將對其產生嚴重影響，為保證大眾空港賓館正常運行，必須對底層地基進行加固。同時施工場地只能在大眾空港賓館水箱泵房樓內，具體位置見圖 1。

圖1 工程總平面圖

1.2 工程地質條件

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、難點分析

根據現場破孔情況，水箱泵房基礎下為雜填土，厚度約為原狀地坪以下 3.0 m，土質較為疏松，水土流失嚴重。上部雜填土我域無法有效地形成泥漿護壁，孔壁將存在嚴重塌方情況，因此無法正常成孔。

同時，本工程作業我域位于大眾空港賓館水箱泵房內，樓層凈空高度僅 5.15 m，常規成孔設備無法施工，需采用適用于低凈空樁基施工設備，另外鋼筋籠分節多、拼接時間長、成樁時間長，樁身質量控制難度大。

2 地層加固設計方案

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）施工現場先將現場硬地坪鑿除，然后澆筑 300 mm鋼筋混凝土地坪，內配 C14 @300 單層雙向鋼筋，混凝土強度等級采用 C 30。樁孔位置預留 800 mm×800 mm 洞口。

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

（3）鉆孔灌注樁共計 17 根，樁長 26 m，樁徑 600 mm，混凝土強度等級為水下 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

拆裝式鉆孔灌注樁主機由前臺成孔設備及后臺驅動裝置組成，其主要構件包括動力傳動機構、拆裝式機架、鉆桿定位機構、機架調平與防扭裝置、鉆機、鉆桿等，如圖 3 所示，鉆頭采用具備良好導向性能的三翼雙腰箍鉆頭，合金刀齒材質，可減少砂質地層對鉆頭的耗損，主機結構尺寸能滿足低凈空三維空間拼裝要求、施工操作簡便，具體參數見表 2。

表2 鉆機主要技術參數表

圖3 分體拆裝式鉆孔灌注樁主機

2.3 門式鋼筋籠吊裝裝置

將鋼筋籠橫向放置平板卡車，由卡車縱向運抵槽段邊。采用門式吊裝裝置將鋼筋籠兩點起吊翻身，垂直于槽段并緩慢下沉。施工工藝能夠實現在高度受限環境下地連墻鋼筋籠的運輸、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輸罐車直接傾瀉澆筑的方式，需采取拼接混凝土運輸管路至適合澆筑的泵送口進行泵送。

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

施工準備→錨桿靜壓樁埋設護筒→分體式樁架拼裝→安裝鉆桿、對中調直→鉆進成孔→一次清空→鋼筋籠吊裝及拼接→二次清孔→混凝土灌注→鉆機移位。

3.2 施工技術參數

混凝土強度等級為水下 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定，上部粘土層內成孔轉速鉆壓為 10～25 kPa，轉速 40～70 r/min。循環漿液比重 ≤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 施工關鍵技術

3.3.1 錨桿靜壓樁埋設護筒

（1）在新建地坪上預留出的壓樁孔上進行施工，根據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，然后在進行螺帽固定[2]，在全部固定前要分兩個方向垂直觀察樁架是否垂直度在1%范圍以內。

（3）壓入鋼護筒，護筒埋設深度應超過雜質填土且埋進 ②3 深度 ≥0.2 m，護筒頂面應高出地面 0.1 cm。鋼護筒埋設過程中如有偏差應及時校正，使保持垂直，用粘性土分層填實，中心偏差應 ≤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力傳動機構組件提升、抬移到升降平臺架的固定位置安裝就位；

（2）安裝鉆桿定位機構；

（3）最后將卷揚機、液壓泵站等配套設備安裝就位。

3.3.3 安裝鉆桿、對中調直

在鉆桿定位裝置中心設有裝配型翻板式哈夫卡位裝置，保證鉆機的鉆頭能順利通過；同時可固定鉆桿及旋轉定位。鉆桿對準樁位中心，保證鉆桿應與樁位一致，偏差應在 10 mm 以內，并保證成孔垂直度 ≤1/200。

試空車時，將升降平臺架提升到頂位，底架翻板打開，安裝鉆頭與首節特殊鉆桿、首節鉆桿定位裝置；負載試車時，必須試空車正常后開鉆，在鉆頭進入土層穩定切削、正常進尺掘進后，拆除首節鉆桿定位裝置、底架翻板合攏、裝好鉆桿定位機構，進入正常灌注樁成孔階段。

3.3.4 鉆進成孔

成孔采用正循環工藝成孔，通過后臺控制系統調節泥漿的循環方式，護壁漿液采用原土造漿。鉆桿定尺長度1.5 m，每節鉆桿鉆進到底后，通過卷揚機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、二清均采用正循環清孔。第一次清孔時應將鉆頭提離孔底 200～300 mm，輸入泥漿緩慢循環清孔；第二次清孔采用灌注樁鋼筋籠吊放專用機架，在鋼筋籠及導管下放完成之后，通過往導管內注入泥漿進行循環清孔。

3.4.6 鋼筋籠吊裝及拼接

本項目鋼筋籠分節長度為 3 m，每節鋼筋籠重量約 35 kg，在場外加工完成之后，依靠人工搬運至樁位處。拆除成孔設備并拼裝門式鋼筋籠吊裝裝置，通過底部萬向輪靈活移動，起吊時四個輪子帶上剎車，再用楔形木枕固定好上下節鋼筋籠在孔口進行對接，依次將鋼筋籠全部下放到位。

3.3.7 混凝土灌注

采取拼接混凝土運輸管路至適合澆筑的泵送口進行泵送。利用門式鋼筋籠吊裝裝置，下放混凝土導管至標高深度，再邊灌注邊逐節提升、拆卸導管至混凝土澆注至設計標高，至此根灌注樁施工結束。

3.3.8 鉆機移位

拆除成孔設備底座，通過萬向輪將成孔設備移至下一待施工樁位，

為確保樁頂標高及質量，提升鉆桿逐節拆除出孔口，清洗鉆桿、注漿泵及輸送管道，然后將鉆機移位至下一孔。

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，同時采用高應變動測法和超聲波法針對工程樁身質量檢驗。高應變抽查數量≥20%，且≥10根。超聲波法檢測數量不少于總樁數的10%[3]。檢測結果均滿足要求，這表明內部樁體的均勻程度及其抗滲能力良好。同時施工過程中對周圍建構筑物地表沉降監測結果也表明，滿足城市核心我域及磁懸浮范圍內控制要求，低凈空鉆孔灌注施工具有良好的施工適宜性。

5 結 語

通過自主研發分體拆裝式鉆孔灌注樁主機、門式鋼筋籠吊裝裝置及混凝土固定泵送裝置等成套設備，進一步系統介紹了低凈空的分體拆裝式鉆孔灌注施工技術，并成功應用于上海浦東機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，對周圍環境影響小，可為類似項目提供參考借鑒。