老旧小区综合整治项目中桩基础施工的探索和应用

胥 刚（中国新兴建设开发有限责任公司,北京 100039）

桩基施工作为建筑工程重要部分,直接关系到建筑结构的可靠性和安全性,而笔者所参建的老旧小区项目，桩基施工遇到了些困难和阻力，通过摸索取得了一些成果，笔者从自己所参建的项目中得到的认识，通过本文进行浅显的分析。

1 工程概况

本项目为西黄城根南街45号院综合整治项目，位于北京市西城区西黄城根南街45号院院内，紧邻首都政治和经济核心圈，地理位置敏感。场地地貌位置属永定河冲洪积扇的中、上部，地形较平坦。小区建筑年代从1973年~1990年，笔者参建的本次施工改造项目内容众多，而其中新建电梯结构的完成，有着示范和展示的作用，对于改善院区内老人出行便利具有重大意义，电梯结构基础的顺利进行对于推进现场施工的开展有着立竿见影的效果，而基础桩施工是新建电梯结构在整个施工过程中的关键环节和控制要点。

2 原桩型存在的问题

原设计采用泥浆护壁钻孔灌注桩，在城市中心的老旧小区改造项目施工过程中，场地条件和环保要求限制了大型设备进出场，居民的出行安全又限制了泥浆池的位置、大小和数量，地理位置的特殊性限制了车辆通行时间，不能保障连续施工，桩身完整性无法保证，进而导致常规工艺在老旧小区改造项目中施工进度缓慢、机械选择局限、出行安全隐患大、质量难以保障等一系列问题的产生。

对原设计泥浆护壁钻孔灌注桩进行试桩施工检验发现，本改造项目可利用场地和施工时间十分有限，设备选择、泥浆池设置、加工场地、浇筑时间均不能同常规新建工程条件相比较，每台机械设备每日成桩数量2根，不能满足现场工期要求。如采用大型施工设备提升施工效率，又受老旧小区场地限制无法采用。车辆限行的规定限制了浇筑的桩数和连续性，泥浆池的设置严重影响了居民的出行安全，且废浆外运极其困难，钻机设备和泥浆搅拌设备噪声难以达到小区内施工不扰民的要求。

3 改变施工工艺

根据现场的实际情况及原设计采用泥浆护壁钻孔灌注桩在老旧小区内施工中发现的问题，笔者总结了几点改进意见：①老旧小区内建议采用小型可移动钻机，减少场地占用，消除成孔设备搬运组装的时间，增加施工机动灵活性；②建议采用干钻成孔的施工方法，避免湿作业，排出的渣土易于集中堆放外运；③桩身胶凝材料建议选用水泥，现场设置水泥罐，有利于材料集中进场，减小受车辆限行的影响，便于施工安排；④建议采用空心钻杆，完成钻孔清渣后，通过空心钻杆顶部的单向阀导出素水泥浆，边提钻边形成护壁；⑤桩身钢筋骨架建议采用钢管，减少钢加工场地占用面积；⑥建议采用压浆施工工艺，采用后压浆技术能显著提高桩身承载力，这样就可以缩小桩径，减小钻孔清土工程量，减小桩身浇筑量，施工机械也可选择相对小型的设备，减少场地占用。

综合上述情况，提出采用钢管水泥浆灌注桩施工工艺。

4 试验桩

4.1 试验桩目的

①验证施工成桩工艺的可行性和效率；②检验水泥钢管桩的竖向承载力；③对水泥钢管桩后注浆工艺及效果进行检验；④桩基工程造价估算。

4.2 试验工作内容

①φ180mm钢管桩4根，编号为S1、S2、S3、S4。S1、S2、S3桩长13m，其中S1、S2桩端后压浆，S4桩长15m，验证钻机成桩施工的可行性，S1、S2、S3、S4均进行竖向承载力试验；②S1、S2微型桩桩端后压浆施工工艺的可行性；③静载试验反力抗拔锚杆施工。

4.3 技术情况

①本工程采用水泥钢管微型桩基础，微型桩直径为180mm，桩顶标高48.1m，桩长13m、15m两种；②成孔工艺可采用锚杆钻机干钻成孔；③微型桩中配置直径114mm、壁厚4mm焊接钢管，桩身下部500mm范围设置直径不小于10mm的透浆孔10个，采用梅花形式均布，安放钢管后，灌浆成桩，也可采用提杆注浆后插钢管工艺；④水泥浆采用PO42.5水泥制备，水灰比0.5；⑤钢管上间隔3000mm焊接3φ6.5对中支架；⑥要求单桩承载力特征值不小于150kN；⑦成桩要求：S1、S2桩钻孔到位后，提钻压力灌浆使得钢管内外侧水泥浆饱满，插入后注浆管，用振捣器振动后注浆管尾部至不下沉停止振动，48h后桩端后注浆,每根桩桩端压浆水泥量不少于300kg，水灰比0.6～0.7，压力注浆不小于0.5MPa；S3、S4桩钻孔到位后，提钻压力灌浆使得钢管内外侧水泥浆饱满。

4.4 试验结果

试验桩号：S1，实际最大试验荷载300kN，累计沉降量3.71mm。

试验桩号：S2，实际最大试验荷载300kN，累计沉降量3.54mm。

试验桩号：S3，实际最大试验荷载300kN，累计沉降量8.73mm。

4.5 试验桩结论

①工艺可行、6～8根/d，效率提高3～4倍；②180mm水泥钢管桩的极限竖向承载力不小于300kN，满足设计要求；③后注浆工艺可有效保障桩基础质量；④环境友好、净空要求低（4m～5m）、干作业，效率高；⑤综合考虑桩基工程、地层的差异、时间（环境、天气、行政命令）、人员管理成本。

经过专家论证及现场试验桩施工及试验，达到了预期设定的目标，后经参建各方共同确认了基础桩施工工艺由泥浆护壁钻孔灌注桩工艺变换成钢管水泥浆灌注桩工艺。

5 桩基施工

采用MDL-135D型钻机平台进行施工，采用180mm带单项注浆孔钻头及配套180mm空心钻杆，干钻成孔；钻孔过程中，注意土层变化，针对不同地层调节钻速、钻进压力。提钻，排出渣土及时清理，集中堆放，覆盖防尘。成孔注意事项：

a.钻机就位时将钻具中心与桩位中心标志或预钻孔中心对齐，对中误差小于10mm；钻机就位后调整好钻机机架，保持钻机水平，然后起立大杆，用靠尺调整大杆垂直度，控制在1%内。之后将钻头对准桩中心点，缓慢下放钻杆，使桩头与点位接触。

b.启动钻机，钻进过程中，在孔口安装钻杆，注意检查钻机垂直度，垂直度偏差不大于1%；开钻后上部3.0m要慢进成孔，以免对老旧小区地下管线、地下构筑物等造成破坏。

完成钻孔及出土后，从桩机注浆导管出素水泥浆，边提钻边形成护壁，从而保证成孔周边土方不会塌落。放置钢管，钢管桩身采用长6m、直径114mm、壁厚4mm钢管焊接而成，钢管桩底部500mm～800mm处设置透浆孔，梅花形布置，孔径为20mm。

钢管水泥浆灌注桩所用的散装水泥，于晚高峰后运入现场，并且由生产部门提前计划好施工进度，在散装水泥快用完前，提前运来下一批散装水泥，确保施工连续性。施工前对水泥灌、水泥浆搅拌机、注浆泵、出浆管进行调试[1]。加工场设置水泥罐并将水泥浆搅拌机设置在加工场库房内，通过注浆加压泵连接的长导管泵送至钻孔处，MDL-135D型钻机自带注浆导管，在成孔下放钢管后直接注浆。注浆流量不宜超过75L/min。

制浆注意事项：

a.水泥浆液水灰比应按设计要求配制，水泥浆应具有良好的流动性和最佳的水灰比，灌注桩身用水泥浆水灰比0.5，后压浆水泥浆水灰比0.6～0.7，现场施工时可根据地质水文情况及后压浆工艺进行适当调整。

b.制浆时应采用合适的度量方法进行配料，配料的允许误差为土5%。

c.水泥浆液的搅拌时间：使用普通搅拌机时，应不少于3min；使用高速搅拌机时，宜不少于30s。浆液在使用前应过筛。

d.寒冷季节制浆时，水泥浆液的温度应不小于5℃，拌和料应不含雪、冰和霜；炎热季节制浆时应采取防热和防晒措施，浆液的温度应不超过40℃。寒冷季节若采用热水制浆，水温不得超过40℃。

e.水泥浆液从拌制至使用的最长保留时间应由试验来确定，一般不得超过4h。

钢管安装完成后，立即在管内放置注浆管，注浆管提前进行套丝，采用管箍连接，为确保注浆时的密封效果，可在管箍外侧缠裹透明胶带。压浆阀设置在注浆管底部，要超过钢管管底100mm～200mm。钢管及注浆管安置完毕后，进行二次补浆，直至液面与地面平齐，而后静止48h。后压浆质量控制以水泥注入量大于320kg为标准，在桩身底部形成扩大效果，提高了单桩承载力。注浆顺序应根据地基土质条件、现场环境确定，注浆应采用先外围后内部的注浆施工，不得采用单向推进的压注方式。

后压浆质量控制采用注浆量和注浆压力双控方法，以水泥注入量控制为主，泵送终止压力控制为辅。具体施工控制如下：

a.注浆总量和注浆压力均达到设计要求即可终止注浆；

b.水泥压入量达到预定值的75%，泵送压力超过0.5MPa可终止注浆；

c.水泥压入量达到设计值的75%，泵送压力不足预定压力的75%时，应调小水灰比，继续压浆至水泥量满足要求；若水泥浆从桩侧溢出或地面出现冒浆，应调小水灰比，改间歇压浆至水泥量满足预定值。

d.若遇到特殊地层，如断裂带、流沙、软弱层等，应召开技术专题会议研究处理。

e.注浆工作必须连续进行，若因故中断，应按以下原则进行处理：①尽可能缩短中断时间，尽早恢复注浆工作；②中断时间超过30min时，应立即设法冲洗设备、管道等，以防水泥浆固化，堵塞管道；③恢复注浆后，应先注入大水灰比的水泥浆，当管路及压力阀畅通后再恢复到正常的水灰比。

f.注浆时应制作水泥浆试件，并进行相关试验，施工中现场技术人员应认真填写现场资料。

新建电梯及阳台结构基坑开挖完成后，开展桩头标高测量放线工作，确定桩身剔凿部位；人工使用电镐剔除桩身外侧保护层，露出钢管；采用角磨机切断多余桩身，运输出基坑，统一堆放处理。

6 BIM应用

新工艺的应用虽然能有效地提升施工速度和施工质量，但是因为缺乏成熟的施工经验，这时BIM技术就能快速地完成新技术的摸索工作，让新技术能快速应用。

场布设计，老旧小区内场地布置是施工单位的一个难点，通过BIM就可以做“三维协同施工”。这样可以更好地融合老旧小区场地实际现状及总体的施工部署、技术部计算的空间需要、安全部提出的设施要求、生产部提出的施工安排要求，再进行各种细节的深化设计，让全项目部在同一个模型平台上展现自己的能力价值。还贯彻了一模多用的原则，各个专业的场地布置都在同一个模型上建立，还能相互计算空间预留，确保场布的可执行性[2]。

施组方案编制，使用BIM手段来制作施工组织方案，可以在编制过程中就发现施组中的问题，并进行虚拟验证。方案策划初期就通过三维模型及其相关模拟协助各方研究方案的各种可能性，提前预知施工难点，利用干涉检查计算了交通流线、确定罐车数量并将方案模拟视频用于方案交底和汇报工作。在方案实施过程中，利用BIM的信息化平台，实时收集、汇总现场数据，帮助管理者及时对交通、物资、人员等现场情况进行调整。

虚拟施工，运用BIM模型执行建造过程，模拟施工场地布置、施工工艺、施工流程等。在施工前预测新工艺下桩基工程项目功能及可建造性等潜在问题;提前反映出工程项目的施工难点，避免重复用工、返工。

可视化三维交底，将1:1的节点模型按工序拆分，做出爆炸图，这种三维立体图的形式可以形象直观地展现方案或者节点的动态施工过程，替代了传统的文字、表格的表达形式，不仅显著提高了方案交底的交流效率，还能作为材料采购的依据。对于施工质量的提高起到了促进作用，更重要的是可以直观快速地展示施工过程，对于新工艺的应用起到了保驾护航的作用。

物料需求分析，有了标准化的模型之后，计算工程量会变得非常轻松。安排专人进行现场工程量、模型实物量、预算清单量的三算对比，既帮助了经营部对比算量，也帮助了工长更有效地控制现场的材料量。且通过物资、清单、完工等对比，可以清楚地显现出当前项目的进度、预计收入情况、辅助动态成本管理，而这对于新技术的应用和推广有着积极的推动作用。

施工进度管控，使用BIM技术能直观便捷的展示项目进度与时间计划之间的关系，从而对进度计划进行可视化验证，在收集了各个工种的实际工效之后，进行虚拟施工工序模拟，来验证各时间节点的合理性，再重新编排施工作业，并统计施工数据，总结施工经验。

7 居民意见

随着桩基础施工采用新工艺，居民直观地感受到施工区域占用的时间和空间减少了，场地也不在泥泞不平，安全出行得到了有效保证，施工噪声也大幅降低，笔者所在项目部居民协调小组收到关于桩基础施工的居民投诉量也大幅减少。

8 结语

城镇老旧小区改造是重大民生工程和发展工程，对满足人民群众美好生活需要、推动惠民生扩内需、推进城市更新和开发建设方式转型、促进经济高质量发展具有十分重要的意义。目前国内老旧小区改造已经进入大范围推进阶段，但是应用此工艺的并不多，不同的工程地质条件也有很大的差异，不可能用相同的压浆参数及水灰比，预先设定的压浆参数往往作为参考，压浆参数的最终确定要依赖于试验桩的结果，但后压浆法工艺经验并不多，施工过程还需进一步实践和完善总结。