绿化工程资质,地铁超敏感区域灌注桩切削式快速

来源：逆作法工程中心

作者：龙莉波

原标题：地铁超敏感区域灌注桩切削式快速成桩技术研究

1 工程概况

上海市爱马仕历史保护建筑改造项目位于上海市黄浦区淮海中路与嵩山路交叉口，北面为淮海中路，西面为嵩山路。项目由A1、A2、A3三个单体组成，其中A1和A3为 2 幢为3～4 层砖木结构的历史保护建筑改建，A2为新建 2 层地下室，如图1所示。

轨交1号线隧道位于A3的正下方，深度为地面以下 13.3 m，其覆土厚度11 m左右，这直接约束了保护建筑的基础托换工艺的选择，因此本项目基础托换采用了“桩基+基础梁”的托换形式，同时由于在距离地铁盾构1～3 m范围内进行桩基施工，属于地铁盾构区间的超敏感区域，施工稍有不慎将会对轨交运营产生较不利的影响。为了减少挤土效应对轨交产生的不良影响，成桩工艺采用灌注桩，灌注桩桩径为600 mm，桩底埋深约47 m，桩底进入⑤3层，共76 根。

本场地大部分区域填土过深，含较多的碎砖、石子，埋深0.9～2.6 m，场地内第③层、第④层均为淤泥质软土层，属于饱和、流塑状态，2 层总厚度超过10 m。场地内第③层淤泥质粉质黏土层夹有砂质粉土，透水性好；⑤1b灰色粉质黏土，厚度23.4 m；⑤2层灰色砂质粉土，厚度2.17 m，砂性重，易造成坍孔和桩底沉渣较厚。

2 工程难点

（a）工程桩位离轨交最近距离只有1.5 m左右，轨交运行期间易坍孔，而一旦坍孔则对相邻的地铁隧道产生不利影响。

（b）工程地处城市核心区，场地狭小，根据设计有部分桩位在建筑内部，较大的施工机械难以实施。

（c）轨交1号线是上海最繁忙的地铁线路，以黄陂南路站为例，该站停运时间为22：58～次日5：13，地铁停运时间短，故成桩要求在7 h内完成。

（d）常规成桩工艺施工47 m灌注桩的时间一般在12 h以上，难以满足地铁部门的要求。

3 方案选择

以往适合本项目的灌注桩施工工艺主要有套管法，即在地铁早晨启运前，在桩孔中插入护壁钢管，保护桩孔避免坍孔。该工艺较为成熟，各个环节时间的控制有把握。但施工时间较长，一般需2 d；护壁钢套管难以埋设且钢

护筒与孔壁之间存在空隙，不能完全避免坍孔；钢护筒无法回收，造价高。结合本项目的实际情况，经过反复的试验和比选，借鉴车载反循环钻机工艺，对钻头刀片、吸浆管坡口角度、泵管及动力装置进行改良，采用新型泵吸反循环法，将钻头切削产生的泥条，通过大功率的泥浆泵吸走，加快成孔速度，如图2所示。

4 方案实施

4.1 机械设备

采取“快速钻削成孔设备”，其成孔设备动力装置可安放于低净空桩架上，配合浆、泥分离系统使用。

切削钻头快速均匀地强制分层切削土体，达到快速成孔。与传统钻头不同，切削钻头采用长齿，能快速将土体切削成泥条。钻杆头管腔采用十字形钢板分割，防止大粒径渣滓进入钻杆，并可增加吸渣量，提高成孔速度，如图3所示。

钻机主轴动力11 kW，主轴扭矩16 kN·m，主轴转速 11 r/min；泥浆泵220m3/h，功率22 kW。

4.2 成孔质量

为了减小桩基施工对轨交的影响，针对各个土层制定相对措施，并根据需要制定相应的泥浆指标。对于粉质黏土、淤泥质黏土层，采用轻压大泵量快速穿过；对于灰色粉质黏土层，由于其造浆性能好，可以造优质成孔泥浆，但由于本层易缩径，故低速勤扫通过成孔；因局部地层自然造浆性能差，极易坍垮孔，采用自行调配优质泥浆进行施工。泥浆性能指标如表1所示。

4.3 时间控制

由于对成桩时间有严格的限制，因此施工前应制定出详细、可行的分工序施工时间控制标准。

晚上地铁停运前0.5 h进行开钻准备工作，成孔时间控制在2.5 h以内，提钻杆1 h，下放钢筋笼1.5 h，下放浇捣管并二清1 h，浇筑混凝土1 h，整个过程7 h内完成。在轨交车辆到达工地前完成混凝土浇灌。

如果5：30还未完成二清，需立即用混凝土灌入孔内，再另找合适的位置补桩。

5 实施效果

钻削成孔施工快，76 根靠地铁桩施工时间均控制在 7 h内；成孔精度高、孔径稳定；桩基施工对地铁隧道基本无扰动；浆泥分离后，泥浆为循环使用、泥浆全部集中在封闭管道内、现场文明施工度提高。

5.1 土体测斜

桩基施工前我们在桩位边缘位置布置了测斜管，测斜管距离工程桩为2 m左右。我们收集了桩基施工不同阶段的土体变形数据，数据表明桩周土体变形最大值均在2 mm以内。

5.2 隧道影响

在整个桩基施工过程中，地铁监护公司都进行了同步监测。监测结果表明在整个桩基施工过程中地铁隧道的位移都保持在1 mm左右。基本做到了对地铁隧道零扰动。图4是地铁隧道部分位置在桩基施工过程中的变形曲线。

5.3 桩基质量

采用钻削快速成桩法施工，过程中经检测，各项指标均达到了《钻孔灌注桩施工规程》的要求。孔径稳定，没有缩颈和坍孔的情况发生；孔底沉渣实测值均在 100 mm以内；充盈系数基本在1.07左右。小应变检测，一类桩达到100%。静载试验单桩荷载达到3 000 kN，最大沉降量4.21 mm，最大回弹量1.75 mm，满足设计使用荷载 1 500 kN的要求。

6 结语

钻削快速成桩技术在上海市爱马仕历史保护建筑改造项目的成功实践，实现了在地铁超敏感区域灌注桩的安全施工，同时也得到以下结论和经验：

（a）在地铁超敏感区域，采用钻削快速成桩技术可以保证成桩时间、成孔效果、对地铁影响满足相关技术要求；相较传统套管法工艺可以缩短工期，降低成本；

（b）反循环桩机可调节桩架高度，可以低净空作业，从而实现需在室内打桩的要求；

（c）采取减少钢筋笼分节、加快下放钢筋笼速度和混凝土蓄车待命等措施，可进一步压缩施工时间；

（d）为保证成孔的质量，应针对各个土层制定相对措施，并根据需要制定相应的泥浆控制指标；泥浆处理设备可实现浆泥分离，大幅减少泥浆排放量。

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