上海建工四建集團有限公司 上海 201103

1 工程概況

背景工程位于上海市張楊北路、啟帆路、蘭谷路和軌道交通6號線所圍成的區(qū)域，整個基地東西向分別劃分為D5-3地塊與D5-4地塊，北鄰啟帆路，東靠蘭谷路，南側(cè)為規(guī)劃的景觀河道，西側(cè)與D5-2地塊毗鄰。項目工程占地面積為43 776 m2，場地呈扇形?？偨ㄖ娣e約136 800 m2，基坑開挖深度約為11.70 m。本工程為多單體公共建筑，包括1幢酒店式公寓和5幢商業(yè)樓（圖1）?；訃o系統(tǒng)采用旋挖成孔灌注樁結(jié)合三軸攪拌樁止水帷幕的形式，支撐系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)框架逆作的方式，在結(jié)構(gòu)框架逆作完成后進行結(jié)構(gòu)外墻板的澆筑。

圖1 總平面布置

2 工程地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)勘察單位提供的專業(yè)勘測報告，基坑開挖土層自上而下為：①雜填土，②褐黃-灰黃色粉質(zhì)黏土，③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土，④灰色淤泥質(zhì)黏土，⑤1灰色黏土，⑤2灰色黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土，⑤3灰色粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土，⑥暗綠色粉質(zhì)黏土。

3 工藝實施過程控制

由于成孔工程水文地質(zhì)復雜，部分位置下有廢棄暗溝并伴有易坍孔土質(zhì)，且本工程旋挖樁采用泥漿護壁工藝，而泥漿護壁穩(wěn)定性差，易出現(xiàn)坍孔等現(xiàn)象，故混凝土充盈系數(shù)控制難度較大，是本工藝實施過程的控制關(guān)鍵點。

3.1 施工方法比選

旋挖成孔灌注樁按成孔方法可分為：干作業(yè)旋挖成孔灌注樁、濕作業(yè)旋挖成孔灌注樁、套筒護壁作業(yè)旋挖成孔灌注樁。

考慮地層首層主要為雜填土及黏土，為防止土層出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象，本工程采用濕作業(yè)加套筒護壁旋挖成孔灌注樁的方法。護筒采用普通鋼護筒，筒長為3 m，穿過表層雜填土進入黏土層，埋設(shè)護筒時需用水準尺檢查垂直度，護筒頂一般要高于原地面0.30 m，以便鉆頭定位及保護樁孔。

3.2 成孔內(nèi)容控制

1）成孔前：對鉆具參數(shù)進行標定，包括鉆頭高度、直徑、主桿與加桿長度、孔口及平臺標高、孔底標高等。

2）成孔中：在鉆進過程中應記錄泥漿相對密度、黏度、鉆進速度、轉(zhuǎn)速、進尺速度及各地層鉆進異常情況描述等參數(shù)信息。泥漿性能指標為：相對密度1.10～1.35、黏度20～24 s、含砂量＜14%、pH值8～10。泥漿制備的技術(shù)要求：對孔內(nèi)泥漿的漿面下1 m處及離孔底以上1 m處各取一次試件進行測試。若達不到標準規(guī)定，則要及時調(diào)整泥漿性能。

3）成孔后：終孔孔深及時記錄，同時做好調(diào)節(jié)泥漿相對密度與時間的記錄、測量孔深記錄、提鉆時間記錄等。

3.3 其他參數(shù)控制

1）鋼筋籠制作控制：為防止坍孔，成孔后至混凝土澆筑的間歇時間不宜過長，鋼筋籠須提前制作。鋼筋籠在現(xiàn)場分節(jié)制作，主筋與加強筋全部焊接牢固，螺旋筋與主筋采用隔點焊加固，制作好的鋼筋籠立即進行逐節(jié)驗收，合格后掛牌存放。鋼筋焊接完好后，應緩慢下放入孔內(nèi)，嚴禁砸籠。

2）旋挖鉆機就位控制：鉆機就位必須穩(wěn)固、周正、水平定位，鉆頭中心與樁位中心誤差不大于10 mm。

3）埋設(shè)護筒控制：護筒的直徑應比樁孔的直徑大200 mm，長度應滿足護筒底進入黏土層不少于0.50 m的要求，護筒頂端需高出地面0.30 m。護筒埋設(shè)的傾斜度控制在1%以內(nèi)，護筒埋設(shè)偏差不超過30 mm，護筒四周用黏土回填，并分層夯實。

4）混凝土澆筑控制：用混凝土攪拌車運輸，混凝土坍落度控制在18～22 cm；用攪拌車將混凝土直接運到孔口倒入料斗內(nèi)。水下混凝土澆筑：澆筑前，對不同直徑、深度的樁孔分別計算出混凝土澆筑初灌量。施工中要保證澆筑初灌量達到計算要求。澆筑時，導管埋深控制在2～6 m，拆管前由專人測量孔內(nèi)混凝土面標高，并做記錄。澆筑混凝土接近樁頂標高時，應控制最后一次澆筑量，確保樁頂標高符合設(shè)計要求。

4 施工實況

本項目自2014年7月1日開始進行旋挖樁施工，采用1臺FR615B旋挖鉆機、1臺SR200C旋挖鉆機、4臺GPS-10鉆孔灌注樁機進行清孔及混凝土澆筑施工。根據(jù)圍護施工進度計劃，每天應完成的樁數(shù)為11根，但實際施工情況是僅完成了計劃的1/3，影響施工進度。

在已完成的旋挖樁施工過程中，已采取手段進行控制成孔質(zhì)量，如通過改變原有泥漿相對密度，采取摻入火堿及羥甲基纖維素CMC，以增加泥漿的黏度及附著力；調(diào)整鉆頭尺寸并減緩鉆機鉆進速度等方法。

過程中的控制收效甚微，成孔坍孔現(xiàn)象及混凝土超方現(xiàn)象沒有得到明顯的控制，如圖2及表1所示。

原因分析：混凝土超方區(qū)域土層可能由于黏土層的影響，土質(zhì)松軟并伴有流砂土，容易造成坍孔。在混凝土澆筑過程中，土體受到混凝土的擠壓，向兩側(cè)擴徑，最終導致超方現(xiàn)象嚴重。

5 旋挖成孔施工方案的新探索

5.1 方案一：調(diào)整護壁泥漿參數(shù)

圖2 φ1 000 mm旋挖樁成孔質(zhì)量檢測報告

表1 混凝土實際方量對比（理論充盈系數(shù)：1.15）

1）旋挖樁泥漿護壁采用人工造漿，原施工方案采用新漿與循環(huán)漿混合的方式，不利于漿液指標的控制，無法確定廢漿標準，現(xiàn)調(diào)整為新漿與循環(huán)漿分池攪拌使用，循環(huán)漿應進行沉淀或除砂等再生處理手段并達到循環(huán)漿要求后方可使用，否則應當作為廢漿處理。

2）泥漿制備時參照下述指標進行控制（表2），加大目前的泥漿黏度、減小相對密度，并控制含砂率等指標，避免產(chǎn)生較厚的沉渣。

表2 泥漿性能指標

5.2 方案二：雙軸套打預加固方案

因旋挖樁施工過程中出現(xiàn)大面積坍孔現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)整各個施工工序無效后，根據(jù)施工檢驗及超聲波測孔分析，發(fā)現(xiàn)地面下至12 m區(qū)間坍孔嚴重，該區(qū)間土層較差，導致旋挖樁施工過程中泥漿支護作用下降。加之三軸樁和雙軸樁施工后，其與旋挖樁有20 cm間距，導致被攪動土層的穩(wěn)定性被破壞。在旋挖樁施工過程中，間距內(nèi)土體大面積被剝離，導致混凝土超方嚴重，后續(xù)相鄰旋挖樁施工難度加大。經(jīng)進一步分析，決定對基坑內(nèi)土層較差區(qū)域的旋挖樁采用施工前土層預加固處理，具體方案為：

1）先抽取5根旋挖樁進行試驗檢測。采用水泥摻量為8%的雙軸攪拌樁以三排布置，樁長12 m，將旋挖樁施工面與工法樁間距的20 cm區(qū)域與被動區(qū)雙軸攪拌樁間距的20 cm區(qū)域加固。

2）經(jīng)上述加固處理后，該施工區(qū)間內(nèi)土體穩(wěn)定性加強，旋挖樁施工能夠正常進行，混凝土超方現(xiàn)象將大大降低[1,2]。

5.3 方案三：調(diào)整圍護工程常規(guī)施工流程方案

為保證基坑的抗?jié)B性能，根據(jù)設(shè)計要求及施工經(jīng)驗，基坑圍護止水工程施工流程一般為三軸止水帷幕—圍護樁—雙軸土體加固，背景工程依舊沿用該施工流程。在旋挖樁施工過程中，出現(xiàn)了混凝土嚴重超方現(xiàn)象，為防止超方現(xiàn)象影響基坑后期結(jié)構(gòu)施工，要求專業(yè)檢測單位對成孔正交四個方向進行檢測。檢測報告顯示地面下至12 m區(qū)間坍孔嚴重，該區(qū)間土層較差，且四周均有此現(xiàn)象發(fā)生。多方案試驗階段設(shè)想調(diào)整施工流程，考慮到背景工程雙軸土體加固基坑內(nèi)滿布圍護樁，若將雙軸土體加固做在旋挖樁之前，即三軸止水帷幕—雙軸土體加固—圍護樁，在控制成孔兩個方向變形的基礎(chǔ)上達到擋水并保護基坑結(jié)構(gòu)施工的要求，雙軸土體加固布置如圖3所示。

圖3 雙軸土體加固布置

6 多方案試驗成果對比

1）方案一。調(diào)整泥漿參數(shù)后，泥漿護壁效果有所改善，但是坍孔及超方現(xiàn)象并沒有顯著改善（圖4）。結(jié)論：方案可行，施工進度緩慢。

2）方案二。通過雙軸套打預加固措施后，坍孔及超方現(xiàn)象明顯改善（圖5）。缺點：雙軸預加固需現(xiàn)場再投入3～4臺雙軸機械配合施工，現(xiàn)場用電比較緊張；圍護樁需待到預加固土體達到強度后方可施工，工期將滯后更多；該方案將導致工程圍護樁成本高出原有基礎(chǔ)近300萬元人民幣。結(jié)論：方案可行但不建議采用，施工成本增加較大。

3）方案三。調(diào)整施工流程，雙軸土體加固做在旋挖樁成孔前，坍孔及超方現(xiàn)象明顯改善（圖6）。優(yōu)點：該方案的采取可以提高工作效率并保證基坑結(jié)構(gòu)施工的安全穩(wěn)定，改善施工環(huán)境，也可以保證施工成本的變化幅度，確保施工方及業(yè)主的共同利益及期望目標的實現(xiàn)。結(jié)論：方案可行，需調(diào)整現(xiàn)場機械配置及計劃[3-5]。

圖4 調(diào)整泥漿參數(shù)成孔

圖5 雙軸套打預加固成孔

圖6 調(diào)整施工流程成孔

7 擇優(yōu)方案施工成果

綜合考慮成孔質(zhì)量、施工進度及經(jīng)濟效益等因素，背景工程采用方案一來鞏固成孔質(zhì)量，用方案三來彌補旋挖工藝在軟土地基中的施工缺陷。兩方案相結(jié)合，現(xiàn)場配合調(diào)整機械、材料及人工配置，待三軸及雙軸旋挖樁施工完成并達到一定強度后，在雙向“扶植”的基礎(chǔ)上，采用“挖一跳三”的方式順利完成了全部旋挖樁施工。擇優(yōu)方案的采納不僅順利完成圍護樁施工，更為基坑安全提供了保障，并且為今后類似工程積累了豐富的施工經(jīng)驗。