AM 旋挖擴底樁同回轉擴底樁施工技術的對比研究

王?？。ㄉ虾Ｊ谢A工程集團有限公司，上海 200002）

近年來擴底樁技術在全國各地被廣泛應用，相較于傳統等截面抗拔樁僅靠樁周側摩阻力提供側阻，擴底抗拔樁通過改變樁端截面提高抗拔和抗壓承載力，以較小的混凝土或水泥漿材料增加（＜5%）獲取顯著的承載力提高（＞30%）[1]。

擴底樁有多種不同工藝可供選擇，其中 AM 旋挖擴底樁及回轉擴底樁都是較為通用的工藝，本文將結合浦東機場南區地下交通樞紐及配套工程的試樁施工針對這兩種工藝進行簡單介紹，并重點研究其施工效率及質量的對比。

1 工程背景

1.1 工程概況

浦東機場南區地下交通樞紐及配套工程位于上海市浦東新區，浦東機場捷運區以東、飛翱路以西、浦東機場衛星廳以南和圍場河路以北?？傉嫉孛娣e約 162.8 萬 m2、總建筑面積約 220 萬 m2、基坑面積約 51 萬 m2。建筑主要為地上4 層，地下 3 層，國內混流，國際出發，達到分流航站樓，地下空間主要為綜合交通樞紐。

1.2 地質條件

擬建場地屬河口、砂嘴、砂島相地貌類型，場地受古河道斜向切割，整體分為正常區和古河道區域，如圖 1 所示。場地內淺層分布有第 ② 3 層和第 ③ 2 層砂質粉土層，砂性重，滲透性強。

圖1 古河道范圍

1.3 樁基概況

其中北區第一批擴底試樁共 9 根，其中 6 根采用 AM 旋挖擴底工藝施工，3 根采用 GPS-20 鉆機回轉擴底施工，具體參數如表 1 所示。

表1 擴底試樁參數

本次試樁最大樁深約為 68 m，旋挖擴底樁垂直度要求≤1/300、回轉擴底樁垂直度要求≤1/200，有效樁長以上部分安裝雙套筒。

2 AM 旋挖擴底工藝簡介

2.1 AM 旋挖擴底機理

AM 可視可控旋挖擴底樁是在直孔灌注樁施工流程中增加一道擴底工序而成，采用全液壓切削挖掘、成孔時電腦管理影像追蹤系統進行全程調控、配合液壓鏟斗進行樁底端或樁身水平切削擴大的可控可視的擴底灌注施工工藝。成孔全過程電腦控制，實現可視化操作，只要將設計數據輸入操作室內的電腦管理裝置，在電腦管理裝置的指揮下完成擴底作業，擴底深度及直徑均顯示在電腦屏幕上，完成后可打印圖像及數據[2]。

2.2 AM 旋挖擴底施工流程

（1）樁位放樣：樁位放好后應及時處理保護，打好十字控制樁并做好保護措施，旋挖鉆機就位對中，偏差小于2 cm。

（2）埋深鋼護筒：旋挖鉆機先鉆一個比護筒直徑略大的孔，深度比護筒略淺 50 cm，然后將護筒吊放入孔內采用旋挖鉆機將其壓入，并根據十字線，控制護筒中心位置，周邊用粘土均勻回填并分層夯實。

（3）等徑部成孔：護筒埋設完畢后，用泥漿泵向孔內注入穩定液，一般最快不超過 10 m/h，松散地層控制在 3 m/h，嚴格控制泥漿的質量；成孔至設計深度后進行一清。

（4）擴底：等徑部成孔至設計標高后，更換擴底鏟斗，在電腦置換中心的控制下進行擴底作業，擴底完成后采用清底鏟斗進行二清。

（5）下放鋼筋籠、導管：鋼筋籠吊放采用吊車輔助下籠的方法，分 4 ～ 5 節吊裝，做到上、下節籠的中心軸線重合。鋼筋籠下放到位后，及時下放導管進行第三次清孔。

（6）混凝土澆筑：清孔后，在半小時內澆筑混凝土。

3 回轉擴底工藝簡介

3.1 回轉擴底機理

擴底樁成孔是通過專用機械式擴孔鉆頭，在樁底旋轉磨削土壁，在樁底形成一個擴大頭。

當等直徑成孔完畢，要進行樁端擴孔施工時，換上傘形擴孔鉆頭，在自重作用下，該鉆頭下支座向下垂，從而拉動斜撐，使整個可擴展刀展呈豎直向收攏狀態，見圖。當鉆頭放至孔底時，上支座在配重作用下向下移動，上支座與下支座之間的距離減小，由于刀架兩頭與上、下支座之間的鉸結關系，使得刀片向兩邊擴展，見圖。刀片在擴展的同時，也不斷旋轉切割周圍的土體，達到擴孔的目的。當上支座下移至定位閥時，刀片便擴展到設計的角度，最終完成整個擴孔的施工，如圖 2 所示。擴孔完成后，上支座上提，在下支座的自重作用下，整個鉆頭又收攏成原來形狀，沿孔提出。

圖2 回轉擴底示意圖

3.2 回轉擴底施工流程

（1）下入擴底鉆頭，當鉆頭下入孔底后，在孔口標記下主動鉆桿或機上鉆桿的位置。

（2）以此位置為起點，向上量一個擴底鉆頭的擴底行程，即為終點。

（3）將擴底鉆頭提離孔底，使其處于懸吊狀態。

（4）啟動鉆機和水泵，待鉆機和水泵工作正常后即可開始擴底。

（5）擴底時利用卷揚機控制擴底鉆頭的擴底速度，為安全起見，擴底速度應越慢越好。一般情況下，卷揚機的放繩速度應保證主動鉆桿以 10 mm/min 的速度下移，如果鉆機震動太大，可進一步減少擴底速度。

（6）擴底速度不能過快，否則，將由于刀頭切入太深，孔底阻力太大，極易損壞鉆頭的擴底翼和鉸座等部位。

（7）當主動鉆桿走完擴底行程后，說明擴底鉆頭在孔底已擴至預定直徑，此時，可在原地繼續回轉 2 ～ 3 min 后即可迅速提鉆。

其余工藝同普通的鉆孔灌注樁施工工藝。

4 試樁作業效果分析

4.1 AM 旋挖擴底樁

本工程旋挖擴底試樁選用 SWDM-28 擴底旋挖機施工，主要成果如下。

（1）根據施工期間第三方檢測結果，旋挖成孔的垂直度均 ≤1/300，滿足設計要求。選用的 SWMD-28 型旋挖機進行等直徑部分成孔可滿足機場地區地質施工要求。選用AM 15 型擴底旋挖機，做到“可視、可控、全電腦化操作控制”，經檢測擴底孔徑滿足設計要求。

（2）試樁采用人工造漿，旋挖成孔，一清鉆斗撩抓，二清泵吸反循環清孔；過程中采用除砂機除砂。根據檢測結果，泥漿指標、沉渣厚度等滿足設計要求。

（3）充盈系數均 ＞1，平均為 1.08；滿足規范及設計要求。

（4）本工程旋挖擴底灌注樁施工時間約 24 h；大面積工程樁施工時，應形成有效流水，進一步提高工效。

（5）樁身完整性檢測均為一類樁，靜載報告顯示抗壓試樁極限承載力 ≥12 000 kN，抗拔試樁極限承載力 ≥6 200 kN。

4.2 回轉擴底樁

本工程回轉擴底試樁選用 GPS-20 設備施工，主要成果如下。

（1）根據檢測結果，成孔的垂直度均 ≤1/200，滿足設計要求。選用的 GPS-20 型旋鉆機進行等直徑部分成孔可滿足機場地區地質施工要求。選用 GPS-20 型鉆機配合機械式擴底器，做到切削成設計要求的形狀的效果，經檢測擴底孔徑滿足設計要求。

（2）試樁采用人工造漿，GPS 成孔，一清正循環，二清泵吸反循環清孔；過程中采用除砂機除砂。根據檢測結果，泥漿指標、沉渣厚度等滿足設計要求。

（3）充盈系數均 ＞1，平均為 1.05；滿足規范及設計要求。

（4）回轉擴底灌注樁施工時間約 36 h（考慮除去雙套管、應力計安裝等影響因素）。大面積工程樁施工時，應形成有效流水，進一步提高工效。

（5）樁身完整性檢測均為一類樁，靜載報告顯示抗壓試樁極限承載力 ≥12 000 kN。

5 結 語

大直徑擴底樁通過改變樁端截面提高抗拔和抗壓承載力，能以較小的混凝土或水泥漿材料增加獲取顯著的承載力提高，因此被廣泛應用于全國各地。本文就 AM 旋挖擴底樁同回轉擴底樁兩種施工技術就行了簡單研究，施工數據顯示在施工工效及成 孔垂直度控制兩方面 AM 旋挖擴底工藝（24 h，1/300）較回轉擴底工藝（36 h，1/200）有一定優勢。但回轉擴底工藝完成的灌注樁也能滿足規范要求，兩者的極限承載力均達到設計值，而且由于其設備較為普遍，因此施工費用上具有優勢，因此實際工程可根據自身需要選擇合適的工藝進行施工。