全回转机拔桩施工技术分析及应用

2022-06-30韩嘉胤

城市建设理论研究（电子版） 2022年17期

韩嘉胤

上海绿地建设（集团）有限公司上海 200333

全回转钻机是采用360度回转全套管设备，目前主要在涉及大型城市建设地下障碍物清除中大量使用。包括废弃混凝土方桩、混凝土灌注桩、PHC管桩、钢管桩等的拔除，也可以在软基或岩石层地区进行成孔处理、灌注桩成孔施工等。施工较为安全、可靠、对周边区域影响小、且施工中不产生泥浆等污染物等特点。目前，全回转机已大量使用在旧桩拔除、地下清障等施工作业中。

1 工程概况

1.1 工程位置及规模

上海市虹口区北部公共卫生中心位于原江湾医院旧址。本项目建设面积78135.2㎡，新建62188.96㎡，改建15946.24㎡。其中康复医疗中心13层，建筑高度55.5m，裙房5层，建筑高度23.95m；社区医疗服务中心地上7层，建筑高度37.1m；康复医疗中心和社区医疗服务中心共有连通的地下室，共地下三层；精卫中心地上14层，地下一层，建筑高度57.35m。项目于2020年10月开工，计划于2024年7月竣工，目前已完成地下结构部分施工。

1.2 地下障碍物情况

原门急诊大楼地下室老桩桩基情况如下：（1）门急诊大楼：采用350*350预制方桩，数量485根，有效桩深度27m和27.5m，桩顶标高-6.25m和-5.45m，桩深约为31.8m。（2）后勤楼：全部为粉喷桩老建筑（门急诊楼及后勤楼）地下室、重力坝及原桩位影响新基坑围护范围：

（1）新基坑东北角浅挖区域围护桩34根直径800mm钻孔灌注桩与800mm高压旋喷桩；（2）新基坑围护东北角止水桩（三轴）影响计约12m；地连墙影响计约4.5m；（3）新基坑围护东侧止水桩（三轴）影响计约5m；（4）新基坑围护南侧止水桩（三轴）影响计约7.5m；（5）原重力坝影响新基坑围护止水桩+地连墙约120㎡；（6）原粉喷桩影响新基坑止水桩+地连墙约80㎡。

老建筑（门急诊楼及后勤楼）地下室、重力坝及原桩位影响范围新建地下室工程桩位分布如下：

（1）原地下室基础影响直径800mm的ZH1型工程桩约有185根；（2）原地下室基础影响直径700mm的ZH2型工程桩约有60根；（3）原地下室基础影响新基坑坑底加固面积约为：900㎡；（4）原粉喷桩影响直径800mm的ZH1型工程桩约有32根；直径700mm的ZH1型工程桩约有12根。

图1 坑底加固面积范围

2 拔桩清障方案比选

由于项目北侧距离场中路约7m，西侧邻居民小区仅4m，故清障施工、拔桩施工均会对周边环境造成一定影响。结合地勘报告和设计指导意见，邀请了同济大学、建科院、上海地矿、中建三局等行业专家进行了两次专项评审会，主要围绕水冲法、拉森板桩围护、全回转清障等三个施工方案逐个进行评估。

图2 拔桩范围平面图

2.1 水冲法

采用WEST-100履带吊吊挂振动锤，振动锤夹制拔桩套具，利用振动锤振动下压与套具的自重徐徐下沉直至桩底。

2.1.1 冲刷

高功率空气压缩机与高压水刀将管内土体进行冲刷稀释，利用高压水刀冲刷套具内的土体，以水为土的载体，使其成为流沙状泥水，高压水刀冲刷的同时高功率空气压缩机不停的向孔内注入高压空气配合高压水刀对土体的冲刷稀释及防止水中的土体沉淀[1]。

2.1.2 拔桩

使用套具装置扣住桩身底部，桩身引体型钢锁扣桩身上下两端牢固后，即可利用地基专用吊车WEST-100将旧桩拔除或清除，起拔时速度不宜过快，待起拔到一定高度后，为保证安全，实行多点捆绑将旧桩拔出，堆放一定数量后及时外运，由于从底下部受力进行拉拔，即使桩身质量出现问题（如断裂、破碎等）的旧桩均能一次性拔除[2]。

2.1.3 回填

旧桩拔除后，桩孔必须进行拌合土1：2回填，并激振密实桩孔，拌合土必须选用优质土加一定量水泥黄沙充分拌合待用，桩拔除后即行回填密实。

2.2 全回转机拔桩

原理：利用HCR240TPN-2000全回转设备，采用套管口上的合金刀头对覆土层、钢筋混凝土、废弃老桩等障碍物进行切削，靠液压设备的液压反力将套管逐步压至地下至障碍物的底部以下一米左右位置，再用冲抓斗将障碍物逐一清除。

图3 施工场地布置

2.2.1 设备就位、固定

先将全回转钻机就位，固定在清障孔位置上方，连接动力箱等设备，然后再安装反力架，反力架用履带吊的履带压住，防止全回转启动时产生巨大扭力使机器发生扭动，120吨吊车配合清障、挖土[3]。

2.2.2 钢套管周钻进施工

钢套管直径800mm，钻进深度不少于地下38m，且必须彻底清除障碍物为止。

（1）工艺流程。全回转机停放位置基础夯实——全回转机就位及固定——带合金刀头套管压入——第二节套管连接及压入——其余套管根据标高要求逐节压入。

（2）800mm钢套管钻入。根据事先定位位置压入带刀头套管，将后续钢套管与所定孔位同心压入，利用全回转机扭力带动套管逐节打入，可根据地质和障碍物情况情况调整转速，进行高效施工。

（3）清除地下障碍物。套管钻到规定深度以后，吊车换液压抓斗对套管内的土体及障碍物进行挖掘清除工作，清除直至指定标高。

（4）孔位回填土及拔除套管。老桩拔出后遗留的孔洞，采用8%左右水泥土回填、夯实。水泥土由水泥和粘土于现场拌合而成，水泥土要一直回填到和地面平。在回填土的过程中逐节拔除钢套管[4]。

图4 反力架布置及拔桩施工范围图

2.3 钢板桩围护

对拔桩进行分段拆除施工和分仓拔桩，事先需要沿东面、南面、北面地下室外墙外打12m长拉森钢板桩，设地锚拉结后再进行拆除和拔桩施工。拆除和拔桩过程中应采取降水措施。

拆除顶板，过程中保留1、7、12、18轴的墙、梁作为临时支撑，拆除到该跨时再将墙或梁拆除掉，拆除完马上进行拔桩工作。采用该方案必须边拆除边回填，即拆除拔桩完成一跨回填一跨，防止塌方。

拆除过程中做好排水措施、地下室需边拆除边回填。

2.4 选定方案

原有地下室深度约5m，至老基础底板约为6m。在没有内支撑体系的前提下分层开挖到这个深度，造成围护桩的形成悬臂状态，对于围护体的变形无法有效的控制，易发生变形，对基坑临近主干道及地下管线可能造成影响。

水冲法及钢板桩围护对周边建筑影响较大，且在拔桩过程中，可能造成承压水突涌，采用水冲还会造成土体流失，扰动地层，并且产生大量泥浆，从而影响周边环境，水冲法的孔洞回填也存在无法填实的弊端；钢板桩拔除时无法确保周边土体的稳定。

故这两种施工方案虽然比较经济，但出于安全性考虑，将其排除。

因此，基坑围护封闭后，采用全回转钻进进行非开挖的形式处理障碍物，在做好桩孔回填和跳桩施工这些措施的前提下，能够有效的控制基坑的变形。

最终确定了采用全回转机（CD机），对影响栈桥、工程桩、坑底加固施工有影响的方桩进行局部拔桩，结合首道及二道支撑施工同时，对原地下一层结构进行拆除；结合三道支撑施工同时对不影响桩基施工的老方桩进行破除的施工方案。

3 全回转机分段施工划分及方案

确定了施工方案以后，对实施方案进行细化，将施工分为三个阶段实施。

3.1 第一阶段清障

对围护桩区域进行清障：采用全回转钻机，对与本次新建地下室基坑围护的地下连续墙及其槽壁加固影响范围内的老基础、老桩基、老搅拌桩等地下障碍物进行清除。全回转钻机清障施工放线以新建地下室基坑围护的地下连续墙中心线作为定位依据，地下连续墙的槽壁加固外边界线外放1m（宽度约5m），作为全回转钻机清障范围，清障范围为清障分区的A区、B区、C区、D区。

3.2 第二阶段清障

待地墙及顶圈梁达到设计强度的80%后，进行内部障碍物清障工作：原重力坝影响新建桩基、围护桩、立柱桩及坑内加固区域在-0.200场地标高位置，采用全回转钻机清除（围护桩清理范围外边缘外扩1m）。坑内加固与栈桥板冲突区域，在-0.200场地标高位置，采用全回转钻机清除，剩余加固待第二道支撑施工完成后再施工。

3.3 第三阶段清障

降水井与障碍物区域同样在-0.200标高采用钻机打孔后，再行布置降水井。

其余不影响新建施工的障碍物随基坑开挖一同利用搞头机拆除。

3.4 全回转施工方案

采用HCR240TPN-2000全回转钻机一台，120吨吊车一部（负责起吊及清障工作）。主要施工设备表如下表所示。

表1 施工设备表

施工总体流程如下：根据新桩位定出全回转清孔的孔中心位置→主机就位及设备连接→钻孔→清除地下障碍物→回填水泥土至地面→拔除套管→完成

施工前进行详细的技术、安全和管线交底工作，测量放样时放出所有需清障孔位的中心并在现场进行标注。孔位的定位问题是障碍物顺利清除的前提和基础，本工程为了保证钻孔灌注桩和三轴搅拌桩的正常施工，采用800mm直径的钢套管进行施工，根据现场的布置及施工区域的情况，先将承台破除，露出桩头，用全站仪采取实际的坐标数据，与本工程的施工部位比对，确定清障位置，并视地下障碍物的具体进行合理的现场调整。