緊鄰機場滑行道的鉆孔灌注樁施工關鍵技術

董 鴿

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

1 工程概況

上海浦東國際機場（下稱“機場”）三期擴建工程新建T1-S1下穿通道，位于機場現狀航站區與新建航站區之間，南起新建S1衛星廳北指廊東側，北至既有T1航站樓小機坪，呈南北方向布置，總長1 173 m。該下穿通道結合了敞開段和暗埋段2種結構形式，其中794 m的暗埋段從既有飛機滑行道下方垂直穿過（圖1）。

根據機場三期擴建的總體部署，本下穿通道采用基坑明挖的形式進行施工，明挖后的基坑將造成飛機滑行道中斷。但浦東機場的實際運營又要求在整個下穿通道施工過程中，須保證至少2條滑行道的正常運營，以滿足飛機雙向通行要求，確保機場東西兩側飛行區之間聯系暢通。另外，根據相關規定，在飛機滑行道兩側安全距離內的施工作業均視為禁區施工，因此第1階段施工區域北端需深入T3滑行道安全距離內27.5 m，屬于禁區施工范圍（圖2）。綜合以上因素，本下穿通道工程須在T4滑行道不停航、T3滑行道間歇式關停的情況下，停用T0滑行道，完成T3滑行道以南區域的第1階段施工。

圖1 T1-S1下穿通道周邊環境示意

為保障機場正常運營，T3滑行道僅能在夜間飛機起降頻率較低時實施間歇性關停。數據顯示，在T3滑行道關停的情況下，T4滑行道滿負荷運行的最長時間為6 h，因此第1階段每晚禁區施工的時長被限制在6 h以內（含施工準備及場地清理時間），遠低于按照常規工藝施工鉆孔灌注樁所需的時間。

圖2 第1階段禁區施工范圍示意

此外，機場運營指揮中心根據每晚的天氣情況，決定是否開展禁區施工。若天氣條件較差時，為確保飛機滑行安全，指揮中心將取消當晚的施工計劃。當出現大霧、雷電等突發二類天氣時，指揮中心有權要求所有進入禁區的施工人員和機械設備在20 min內全部撤離，并恢復滑行道運行。

T1-S1下穿通道第1階段禁區內共有圍護樁99根、工程樁38根，均采用φ800 mm混凝土灌注樁。其中，圍護樁設計樁長21.3 m，工程樁設計樁長25 m，考慮禁區內9.495 m的基坑最大挖深，工程樁成孔深度接近34.5 m。

2 工程地質情況

2.1 地質條件

經勘察，本工程場地自地表以下45.38 m深度范圍內土層自上而下依次為①1填土（以黏性土為主）、①2浜填土、②1粉質黏土、②2粉質黏土夾黏質粉土、②3砂質粉土、③1淤泥質粉質黏土、③2砂質粉土、④淤泥質黏土、⑤1黏土、⑤3粉質黏土、⑤4粉質黏土、⑦1砂質粉土、⑦2-1粉砂、⑦2-2粉砂。

2.2 地下水

2.2.1 潛水

本工程場地淺部地下水屬潛水類型，受大氣降水及地表徑流補給。上海市潛水年平均水位埋深為0.50～0.70 m，低水位埋深為1.50 m。機場地下水靜止水位埋深一般在0.40～1.90 m間，其相應絕對高程一般在2.12～3.64 m間。

2.2.2 承壓含水層

本工程場地內承壓水分布于第⑦層，經計算，基坑開挖后該承壓水層無突涌風險。

3 施工設備選型

混凝土灌注樁施工主要分為成孔和成樁2個階段。成樁施工包括鋼筋籠就位、下導管、澆筑混凝土等工序，施工速度和施工質量的可控程度較高，但在浦東機場軟弱土層較厚、地質情況復雜的條件下，影響成孔施工質量好壞的因素很多，包括土質條件、設備選型、工藝參數、泥漿相對密度等，其中設備選型決定了整個成孔施工的技術路線和施工工藝，對成孔施工起到關鍵性作用。

3.1 普通水文鉆機正循環成孔工藝

該工藝是指采用GPS-10、GPS-15等型號的普通水文鉆機，根據不同的地質特點，控制鉆進參數（鉆速、鉆壓），控制泥漿相對密度，通過正循環的方式利用泥漿將沉渣從孔口排出，攜渣泥漿經沉淀后與沉渣分離，泥漿循環利用。

該工藝的優點為：操作簡便、成熟經驗較多；在機場禁區的特殊工況條件下，施工機械形體大小適中，便于吊運和緊急撤離。

該工藝的缺點為：經多次試驗和成孔檢測發現，在③1層和④層中，正常鉆速和鉆壓下極易出現擴徑現象，局部樁徑達到設計樁徑的150%，而這些擴徑位置大多與基坑內支撐標高重疊，這意味著基坑開挖后無法及時施工鋼圍檁，無法及時形成基坑內支撐傳力體系，非常不利于周邊飛機滑行道的運營安全。在采取增加水泥用量調節泥漿相對密度或添加膨潤土人工造漿等措施后，擴徑現象雖有一定的改善，但仍需配合減慢鉆頭的鉆進速度，因此造成成孔時間大幅度增加。

3.2 壓灌樁成孔工藝

近年來壓灌樁施工工藝在混凝土灌注樁施工領域的運用日趨頻繁。該工藝是指先采用專用螺旋鉆具鉆至樁底設計深度形成樁徑，然后通過鉆具中空管道由底向上連續高壓泵注混凝土至樁頂，形成素混凝土樁，同時利用螺旋葉片將置換土原狀取出，最后將整根鋼筋籠振動插入素混凝土樁中，形成鋼筋混凝土灌注樁。

該工藝的優點為：成孔時間短且質量穩定，單樁施工效率高。缺點為：施工機械體積龐大，移動不便，緊急情況下無法在規定時間內撤離，無法確保機場運營安全。

3.3 汽車鉆反循環成孔工藝

該工藝是指循環介質流向從地面沿鉆具與孔壁的環狀間隙進入鉆孔，至孔底攜帶鉆渣從鉆桿內返回地面的一種鉆進工藝。反循環鉆進常用于大直徑鉆孔施工，適用于填土層、砂性土層、淤泥質土層、黏土層、卵礫石層等，鉆進效率較高，擴徑現象少，節省電費，噪聲低。由于反循環汽車鉆機采用直接吸除的方式將土渣吸出，故成孔速度比正循環施工工藝快。同時，將反循環鉆機與汽車結合，實現了鉆機自身的可移動性能。

3.4 施工設備選型結果

因為機場禁區內特殊的施工環境和施工要求，同時為了確保鉆孔灌注圍護樁施工質量，工程部決定采用汽車鉆反循環成孔工藝進行施工。此工藝將鉆機與汽車相結合，在滿足圍護樁成孔要求的同時，極大提高了鉆機的機動性以及樁位定位的準確性。另外，使用反循環成孔工藝可以有效加快成孔施工的速度，同時減少擴徑現象的產生。

4 反循環成孔主要工藝流程

埋設護筒：孔口處埋設鋼質護筒，用以護住孔口，護筒內徑大于鉆頭直徑150 mm，壁厚4～8 mm，護筒埋置深度為2 m，其上部開設1～2個溢漿孔。埋設護筒時，以樁位為基準，中心偏移不得超過30 mm。護筒周圍用黏土分層夯實，并經測量人員復測后方可進入下道工序。

鉆機就位：鉆機就位后確保機座平穩，轉盤中心與樁位偏差不得大于20 mm，并做到“三點一線”，即天車中心、回轉器中心與鉆頭中心在同一鉛垂線上，否則應及時調整桅桿和鉆桿的角度。鉆機安裝就位后應精心調平，確保施工中不發生傾斜移位。

鉆進：為保證孔壁穩定，應視表層松散土層的厚度在孔口放置長度適當的護筒，并保持泥漿柱液面高度。鉆進過程中隨泥漿漏失及孔深增加及時向孔內補充泥漿。

泥漿排放、外運：成孔及回填土時，孔內泥漿按事先挖好的泥漿溝排放，排放時由專人負責疏導。泥漿池內泥漿隨時清理外運，以保證樁孔內泥漿排放暢通，同時避免泥漿外溢污染滑行道道面。

鉆進過程中的其他注意事項[1-3]：

1）鉆進時控制鉆壓、鉆速，平穩鉆進，并保證鉆孔垂直。

2）鉆進過程中根據地層變化情況，適時調整鉆進技術參數，并經常檢查鉆孔情況，防止鉆機傾斜。

3）鉆進過程中嚴格保持穩定的泥漿水頭高度，防止孔口坍塌。

4）接近設計孔深時，準確控制鉆進深度并做好深度記錄。鉆進至設計深度后進行清孔，以保證孔底沉渣符合規范要求。

5）鉆進過程中泥漿護壁采用孔內自然造漿的方法，泥漿相對密度控制在1.05～1.15。

5 總體施工部署

為提高禁區內的施工效率，鉆孔灌注樁成孔采用反循環汽車鉆機完成；放置鋼筋籠、下導管以及混凝土灌注施工由混凝土運輸車配合汽車吊完成。

禁區內安排2臺汽車鉆機，分別為3#鉆機和5#鉆機。靠近基坑東側的69根鉆孔灌注樁成孔施工由5#鉆機完成，靠近基坑西側的68根鉆孔灌注樁成孔施工由3#鉆機完成。

由于禁區內場地有限，2臺鉆機同時成孔時，無法設置1個容量足夠大的泥漿池同時向2個作業點供給泥漿，因此在基坑中部設置2個15 m3的過渡泥漿池（5.0 m×2.0 m×1.5 m），同時在禁區外部設置1個容量為54 m3的大泥漿池（6.0 m×6.0 m×1.5 m）。大、小泥漿池之間通過泥漿泵和泥漿管連通。禁區施工時同時進駐2輛排漿車，防止出現泥漿排放不及時的情況。

配合2個小泥漿池的平面布置，將2臺汽車鉆機錯開設置。施工中每個鉆孔作業點就近連接小泥漿池。

6 禁區外成樁試驗

常規混凝土鉆孔灌注樁的施工流程包括場地平整、定位放線以及泥漿池開挖，這3項工作內容均可以脫離成樁過程提前施工。為加快禁區施工速度，合理分配施工時間，設計樁位的場地平整、定位工作以及開挖泥漿池等準備工作，均在前一天的夜間禁區施工中完成，即每天禁區施工時，不僅完成當天的灌注樁成樁任務，而且要完成第2天的施工準備工作。

經過禁區外模擬，形成以下禁區內鉆孔灌注樁施工流程：鉆孔前準備（50 min）→鉆孔（90 min）→清孔（30 min）→提鉆桿（20 min）→下鋼筋籠（30 min）→下導管（20 min）→澆筑混凝土（40 min），共計4 h 40 min。

7 實際施工效果

第1階段禁區鉆孔灌注圍護樁施工的具體時間為2015年6月11日—2015年10月30日，其間實際施工天數僅為61 d，不足總時長的50%，其余時間由于機場運營要求或指揮中心臨時調整，均未能進入禁區展開施工。盡管如此，經過精心策劃、合理部署，第1階段禁區鉆孔灌注樁施工仍如期完成，為基坑的后續施工打下了堅實基礎。

禁區施工過程中，根據機場運營指揮中心的安排，施工人員、機械的實際進場時間一般為凌晨1點，鉆孔灌注樁于5點40分左右成樁。完成禁區內場地清掃后，所有施工人員、機械設備在6點前全部撤離。

在整個禁區施工過程中，共出現3次因二類天氣緊急撤離的情況。由于設備選型合理、施工部署得當，所有進入禁區的人員、設備均在限定時間內全部撤離，在完成施工任務的同時，保障了機場的安全運營。