低净空下钻孔灌注桩施工技术研究

2022-10-23上海市基础工程集团有限公司上海200002

建筑科技 2022年3期

沈斌（上海市基础工程集团有限公司，上海 200002）

近年来上海地我快速发展城市轨道交通、市域铁路、公路隧道、地下综合体项目等大型项目，交通线路穿越及建筑地下空间改扩建施工均对既有建筑地下结构提出新的要求，尤其是核心我域，如何保证既有建筑的正常运行的同时又满足核心我域社会、经济发展要求显得尤为紧迫。

在既有建筑内进行地基加固或地下结构改扩建中，常常涉及施工所需的开挖平面、竖向净空都较狭小，施工设备尺寸、作业环境、施工措施等均较常规地下工程施工难度大，给现场施工带来困难，研究一种适应于软土地层低净空下的桩基施工技术用于既有建筑地下结构加固及改扩建十分必要[1]。

本文将针对上述情况介绍一种运用自主研发的适用于低净空的分体拆装式钻孔灌注桩施工技术，为既有建筑地下结构进行地基加固或改扩建施工提供新的技术方案。

1 工程背景

1.1 项目位置及周边环境

大众空港宾馆位于浦东国际机场 T1 航站楼和 T2 航站楼之间，西侧 7.6 m 为磁悬浮桩基础，东侧 3.7 m 为在建市域线机场联络线浦东机场站工程围护结构，属于上海浦东国际机场核心我域内，周边环境十分复杂。

大众空港宾馆至今已运营十余年，由于土质和水箱荷载等综合因素，底层水箱泵房内出现较大的不均匀沉降，局部高差超过 10 cm，部分设备、管道出现倾斜现象。市域线基坑开挖将对其产生严重影响，为保证大众空港宾馆正常运行，必须对底层地基进行加固。同时施工场地只能在大众空港宾馆水箱泵房楼内，具体位置见图 1。

图1 工程总平面图

1.2 工程地质条件

施工我域范围涉及土层如表 1 所示。

表1 土层分布表

1.3 工程重、难点分析

根据现场破孔情况，水箱泵房基础下为杂填土，厚度约为原状地坪以下 3.0 m，土质较为疏松，水土流失严重。上部杂填土我域无法有效地形成泥浆护壁，孔壁将存在严重塌方情况，因此无法正常成孔。

同时，本工程作业我域位于大众空港宾馆水箱泵房内，楼层净空高度仅 5.15 m，常规成孔设备无法施工，需采用适用于低净空桩基施工设备，另外钢筋笼分节多、拼接时间长、成桩时间长，桩身质量控制难度大。

2 地层加固设计方案

2.1 加固范围及形式

水箱泵房总体尺寸为 23.5 m（长）×5.8 m（宽）×5.15 m（净高），门洞尺寸为 1.6 m。

（1）施工现场先将现场硬地坪凿除，然后浇筑 300 mm钢筋混凝土地坪，内配 C14 @300 单层双向钢筋，混凝土强度等级采用 C 30。桩孔位置预留 800 mm×800 mm 洞口。

（2）利用锚杆静压桩预先在桩孔位置压入长度 5 m，外径 700 mm，壁厚 5 mm 钢护筒，分两节施工，然后再进行钻孔灌注桩施工。

（3）钻孔灌注桩共计 17 根，桩长 26 m，桩径 600 mm，混凝土强度等级为水下 C35，泛浆高度 ≥1.0 m。分布位置如图 2 所示。

图2 钻孔灌注桩布置形式

2.2 分体拆装式钻孔灌注桩主机

拆装式钻孔灌注桩主机由前台成孔设备及后台驱动装置组成，其主要构件包括动力传动机构、拆装式机架、钻杆定位机构、机架调平与防扭装置、钻机、钻杆等，如图 3 所示，钻头采用具备良好导向性能的三翼双腰箍钻头，合金刀齿材质，可减少砂质地层对钻头的耗损，主机结构尺寸能满足低净空三维空间拼装要求、施工操作简便，具体参数见表 2。

表2 钻机主要技术参数表

图3 分体拆装式钻孔灌注桩主机

2.3 门式钢筋笼吊装装置

将钢筋笼横向放置平板卡车，由卡车纵向运抵槽段边。采用门式吊装装置将钢筋笼两点起吊翻身，垂直于槽段并缓慢下沉。施工工艺能够实现在高度受限环境下地连墙钢筋笼的运输、吊装，保证钢筋笼下放精度以及提高施工效率。图5 为门式钢筋笼吊装装置。

图5 门式钢筋笼吊装装置

2.4 混凝土固定泵送装置

因水箱泵房空间限制，灌注桩难以采用混凝土运输罐车直接倾泻浇筑的方式，需采取拼接混凝土运输管路至适合浇筑的泵送口进行泵送。

3 低净空的分体拆装式钻孔灌注桩施工工艺

3.1 工艺流程

施工准备→锚杆静压桩埋设护筒→分体式桩架拼装→安装钻杆、对中调直→钻进成孔→一次清空→钢筋笼吊装及拼接→二次清孔→混凝土灌注→钻机移位。

3.2 施工技术参数

混凝土强度等级为水下 C35，泛浆高度 ≥1.0 m，水灰比 1∶1。为保证成孔垂直度和孔壁稳定，上部粘土层内成孔转速钻压为 10～25 kPa，转速 40～70 r/min。循环浆液比重 ≤1.30，黏度为 22～30 s，pH 值为 8～11；清孔后泥浆比重 ≤1.15，黏度为18～22 s。

3.3 施工关键技术

3.3.1 锚杆静压桩埋设护筒

（1）在新建地坪上预留出的压桩孔上进行施工，根据桩孔的中心位置周围布置 4～6 根锚杆。

（2）人工将桩架垂直竖起后根据锚杆的位置将桩架的固定，底角钢板 4～6 根锚杆上压两层垫片，然后在进行螺帽固定[2]，在全部固定前要分两个方向垂直观察桩架是否垂直度在1%范围以内。

（3）压入钢护筒，护筒埋设深度应超过杂质填土且埋进 ②3 深度 ≥0.2 m，护筒顶面应高出地面 0.1 cm。钢护筒埋设过程中如有偏差应及时校正，使保持垂直，用粘性土分层填实，中心偏差应 ≤10 m。

3.3.2 分体式桩架拼装

（1）将升降平台架在底架上拼好后通过动力传动机构组件提升、抬移到升降平台架的固定位置安装就位；

（2）安装钻杆定位机构；

（3）最后将卷扬机、液压泵站等配套设备安装就位。

3.3.3 安装钻杆、对中调直

在钻杆定位装置中心设有装配型翻板式哈夫卡位装置，保证钻机的钻头能顺利通过；同时可固定钻杆及旋转定位。钻杆对准桩位中心，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在 10 mm 以内，并保证成孔垂直度 ≤1/200。

试空车时，将升降平台架提升到顶位，底架翻板打开，安装钻头与首节特殊钻杆、首节钻杆定位装置；负载试车时，必须试空车正常后开钻，在钻头进入土层稳定切削、正常进尺掘进后，拆除首节钻杆定位装置、底架翻板合拢、装好钻杆定位机构，进入正常灌注桩成孔阶段。

3.3.4 钻进成孔

成孔采用正循环工艺成孔，通过后台控制系统调节泥浆的循环方式，护壁浆液采用原土造浆。钻杆定尺长度1.5 m，每节钻杆钻进到底后，通过卷扬机将钻杆提升到操作平台，钻杆连接采用法兰式接头，保证钻杆节段更好的连接垂直度及传递更大的扭矩。

3.3.5 清孔

一清、二清均采用正循环清孔。第一次清孔时应将钻头提离孔底 200～300 mm，输入泥浆缓慢循环清孔；第二次清孔采用灌注桩钢筋笼吊放专用机架，在钢筋笼及导管下放完成之后，通过往导管内注入泥浆进行循环清孔。

3.4.6 钢筋笼吊装及拼接

本项目钢筋笼分节长度为 3 m，每节钢筋笼重量约 35 kg，在场外加工完成之后，依靠人工搬运至桩位处。拆除成孔设备并拼装门式钢筋笼吊装装置，通过底部万向轮灵活移动，起吊时四个轮子带上刹车，再用楔形木枕固定好上下节钢筋笼在孔口进行对接，依次将钢筋笼全部下放到位。

3.3.7 混凝土灌注

采取拼接混凝土运输管路至适合浇筑的泵送口进行泵送。利用门式钢筋笼吊装装置，下放混凝土导管至标高深度，再边灌注边逐节提升、拆卸导管至混凝土浇注至设计标高，至此根灌注桩施工结束。

3.3.8 钻机移位

拆除成孔设备底座，通过万向轮将成孔设备移至下一待施工桩位，

为确保桩顶标高及质量，提升钻杆逐节拆除出孔口，清洗钻杆、注浆泵及输送管道，然后将钻机移位至下一孔。

4 施工效果分析

在低净空钻孔灌注施工过程中，护壁泥浆液面始终保持在地面以下 0.5 m，成孔效果良好，同时采用高应变动测法和超声波法针对工程桩身质量检验。高应变抽查数量≥20%，且≥10根。超声波法检测数量不少于总桩数的10%[3]。检测结果均满足要求，这表明内部桩体的均匀程度及其抗渗能力良好。同时施工过程中对周围建构筑物地表沉降监测结果也表明，满足城市核心我域及磁悬浮范围内控制要求，低净空钻孔灌注施工具有良好的施工适宜性。