老城区项目建设遇旧基础时的支护桩施工创新研究

文/李青伟、杨迪 中国建筑第五工程局有限公司 河南郑州 450009

1、工程概况

郑州嘉里中心及雅颂居建设项目位于郑州市花园路与纬二路交叉口东南角。项目总建筑面积约29万平方米，包含3栋住宅楼、1栋商业楼、1栋香格里拉五星级酒店及酒店裙楼和1栋办公楼。

基坑下为黄河冲击平原，地质复杂多变，粉砂层及粉质黏土层等软弱地层较多。基坑开挖深度为12～15M，基坑东西宽度为210米，南北宽度为200米。支护形式为土钉墙+桩锚结构，支护桩设计桩长为19.2M，桩径为800MM，桩间距为1.5M。基坑东侧为政二街，基坑上口距离用地红线2.6M，最近旧供水管道距离基坑上口1.5米。原建筑为上世纪60年代砖混结构，地下老旧基础多且分布不明；周边地下管线有雨污水、给水、电力、热力、燃气、通讯等，管线复杂且陈旧。

2、基坑支护施工要点和难点

2.1 基坑支护施工面临的问题分析

（1）现场基本情况。在基坑东侧支护桩施工过程中，发现部分区域地下存在旧水泥土桩和设计桩位冲突，采用低应变对区域该水泥土桩群进行检测，发现旧水泥土桩长约为12M，桩径约400MM，共有31根，与支护桩位重叠。

（2）安全性问题。由于基坑上口存在带压的旧供水管道和热力管道，均为上世纪80年安装，经探测锈蚀严重，土钉墙施工过程中边坡变形较大，在后续支护桩施工中不允许变形继续扩大。

（3）技术问题。前期支护桩施工采用长螺旋后插筋和旋挖工艺均变形较大，虽然经专家论证后改为普通正循环工艺，但是现有普通正循环钻机，水泥土桩无法破碎，造成大量水泥土块沉积于桩底，影响支护桩施工质量，且成孔速度极慢、成孔震动很大，容易造成卡钻、偏位等，施工质量无法保证。

（4）经济问题。通过物资部调研，因河南无FECE回转清障拔桩机，需从上海租赁，造成分包单位报价较高，单根桩拔除费用达到5500-6000元，总计需要拔桩费约18万元，成本较高。

2.2 基坑支护施工问题的策略研究

（1）安全：为了能保证基坑安全稳定，应控制基坑边坡变形，选择对地基冲击力小、基坑边坡扰动较小的施工工艺，如正循环工艺。

（2）经济：旧桩拔除采用外地调入设备成本高，应尽量使用现有设备来完成施工作业。

（3）技术：应设计一款新型钻头，对旧水泥土桩进行研磨成粉；由于新桩和旧水泥土桩不同心，在研磨过程中要有保证不偏位措施，旧水泥土桩强度较高，研磨需要较强的动力；可利用长螺旋钻机实现正循环工艺施工。

2.3 解决方案及施工流程

经研究，最终决定对现场长螺旋钻机进行改造，使其能在研磨旧水泥土桩的同时完成支护桩的正循环施工；研发一种硬度高，能把水泥土桩的研磨成粉的专用钻头；设计一款配套的钻杆及连接器，要求足够的刚度，避免施工中钻头偏位；现场安装调试及试运行；试桩施工并使用超声波测孔进行成孔质量检查；根据测试结果改进施工；正式施工。

3、改造方案的研制要点分析

（1）对现场长螺旋钻机进行改造。为了破除并磨碎水泥土桩，设计一个新型钻头，利用正循环泥浆的携渣能力，带出桩孔流入沉淀池；为了实现正循环施工，将施工中的商砼输送泵替换为泥浆泵；长螺旋钻杆无法与新型钻头连接，将其螺旋钻杆拆卸，并采用与钻头配套的定制钻杆来连接和支撑钻头，钻杆应具有足够的强度和刚度以抵抗较大的扭矩和挠度；加工连接件，将钻头与钻杆、钻杆与钻杆、钻杆与钻机有效连接；为了保证钻入过程中不因阻力大而造成钻杆弯曲，保证钻孔垂直，在钻杆中部和钻机底部加设定位器。

（2）钻头的研制。下段为6齿交叉破除结构，三个破除齿焊在空心叶片两端，空心叶片焊接在钢管上，由钢管口流出循环泥浆；中段为3叶片研磨结构，空心钢管的外表面焊接有三个研磨叶片，研磨叶片之间按照角度120分布，研磨叶片的底端均焊接有三个研磨齿，叶片左上角角度为45度，中间开洞，减小自重以及钻动时的水下阻力；上段为加固结构。研磨叶片的外表面焊接有钢护筒，钢护筒的外表面焊接有带状钢板，可根据带状钢板调节孔径并减小钻机阻力；采用1.5CM厚钢板制作出三段式交叉密齿钻头，上大下小，呈陀螺型，在钻头工作过程中，下段首先钻入，将下部土体或坚硬岩层破碎成块状，后经中段3叶片9钻齿结构能够将破除的块状体继续研磨成粉状。循环泥浆通过钢管口注入孔内，并从孔口流出返回泥浆池，同时将研磨的小颗粒或粉状随泥浆上升携带出孔口进入泥浆沉淀池，完成正循环泥浆护壁工艺一个循环。

（3）钻杆、连接器、定位器研制。钻杆采用2CM厚的钢管制作，使其具有足够的刚度抗扭和抗弯折能力，并分段进行加工；钻杆的端部和中部设置两道定位器，定位器上下同心，固定钻杆，防止钻杆钻动时发生偏位。通过公母连接器连接钻杆，母连接器内六棱布置，公连接器外六棱布置，公母连接器采用拴接，形成刚性接头，有效控制钻杆挠度。

4、改造后项目实施效果分析

（1）技术：与传统正循环钻机相比：新工艺破除旧水泥土桩能力强，速度快；交叉密齿钻头研磨效果，孔底沉渣少；钻杆扰度小，成孔质量好，施工质量较高。

（2）文明施工：施工噪音小，不重复安拆钻杆，现场文明施工好。

（3）安全：实现正循环施工，对土层扰动小，通过沉降观测发现，该施工方法对基坑变形的影响较小，保证了基坑的安全稳定。

（4）采用新型钻机钻孔是采用普通正循环钻机施工速度的3倍以上，同时钻孔时设备操作人员能减少1-2人，提高了施工工效，降低了施工成本。

结语：

通过创新钻机在本项目中的应用，在破除旧水泥土桩的同时保证支护桩的施工质量，基坑安全，施工快捷，缩短工期。经过实际核算，与传统正循环的施工工艺，本项目节约施工成本约19万元，同时节省工期约18天，能够取得良好的经济效益。希望可以给类似工程项目施工提供一定的参考价值。