重庆来福士广场项目位于长江与嘉陵江交汇处, 项目总占地面积9万m², 总建筑面积约113万m², 其中地下室总建筑面积9.8万m²;由3层地下车库、6层商业裙楼和8栋>200m超高层塔楼组成;基础形式为桩筏基础, 最深筏板厚度4m;裙房、地下室为框剪结构, 塔楼均为框剪-核心筒-伸臂桁架结构, 整个外立面为弧形无饰面混凝土立面。

本工程位于嘉陵江以及长江的交汇处, 场地东、西两侧与江水联系密切, 场内基岩上部覆土层及砂卵石层厚度大、透水性好且分布不均, 为含水层, 江水透过卵石层侧向补给场地中地下水, 连通性好, 水量大, 地下水位与江水位基本一致, 场内地下水受江水水位直接影响, 人工开挖过程中易出现塌孔、涌水、流砂等不良地质现象。

本工程桩基设计总数达2 600根, 桩端持力层均为中风化泥岩。其中, 塔楼桩均为抗压桩, 且以椭圆桩居多, 最大桩径5.8m, 扩大头直径11m。椭圆形桩最大桩径3.4m (平直段3m) ;设计要求抗拔桩嵌岩深度≥5倍桩径, 抗压桩≥1倍桩径。最大桩长35m, 单桩最大钢筋笼总重约40t。

1) 桩径较大圆形桩最大桩径5.8 m, 扩大头11 m;椭圆形桩最大桩径3.4 m (平直段3 m) ;且深度较大 (桩长最长达到35m) 、间距小, 采用人工挖孔时, 施工安全性是重点。

2) 场地大部分挖孔桩将穿越卵石层且厚度大, 由于卵石层因江水影响地下水较丰富, 施工时要防止坍塌。本工程处于长江与嘉陵江交汇口, 地下水较丰富, 施工期间可能出现渗水、涌水现象。

3) 由于本工程孔径较大、钢筋数量较多、钢筋笼较重, 钢筋笼加工制作和吊装是难点。

本工程临近两江、受江水影响大, 场区内下卧土层复杂、障碍物多。临江区域砂卵石层厚度大、透水性强、分布不均匀, 人工开挖过程中易产生塌孔和流砂现象, 桩基成孔尤其是砂卵石层开挖极为困难。针对上述情况, 本工程采用连续抽水帷幕+坑内深井降水疏干的方法进行地下水处理, 以确保桩基顺利开挖。即沿坑外围施工排井形成连续抽风帷幕, 有效降低场区内整体水位, 坑内桩基开挖时, 就近布设降水井, 起到疏干作用, 确保桩基顺利开挖。降水井平面布置如图1所示。

本工程桩基扩大头开挖斜率包括1∶2, 1∶3两种类型。进行扩大头段开挖时, 桩基已入岩, 岩层开挖需采用水钻分层掘进。

水钻采用150mm钻头, 开挖时沿开挖边界线连续钻孔, 钻孔深度600mm。钻孔完成后钻孔范围内的基岩通过液压劈裂机破碎并转运。

为固定水钻并确保钻孔角度, 项目技术人员研发制作了一种可调角度的人工挖孔桩扩大头施工水磨钻, 如图2所示。

扩孔完成后, 立即采用支撑架对扩孔位置进行支撑。支撑架采用I16焊接制作而成, 对称的2块支撑架在顶部和底部用工字钢进行焊接, 如图3所示。

出于受力要求, 本工程塔楼桩大多数设计为异形椭圆, 最大桩径6.4m, 其中平直段达3m;由于异形人工挖孔桩平直段两侧土体不能形成土拱效应, 护壁内存在正负弯矩, 对护壁的要求较传统圆桩护壁要求高出很多, 且护壁混凝土均为现浇混凝土, 达到设计强度需要一定时间, 工人孔内作业过程中, 上部护壁存在不稳定风险, 需在浇筑完成后进行加固处理, 确保作业安全。

传统异形人工挖孔桩护壁浇筑成型后, 采用向桩内吊入钢管、扣件、顶托后在桩内搭设架体的方式进行支撑, 对应不同的桩径需分别搭设不同固定尺寸的架体, 不可重复利用, 耗时耗工;钢管长短需根据不同桩径大小进行切割, 不环保;架体由钢管、扣件搭设而成, 稳定性较差;架体拆除时, 扣件、钢管、顶托等构件零散易落, 容易造成物体打击事故。

本工程在实践过程中总结研制了一种成品化、标准化、适应多种桩径、可周转利用的异形人工挖孔桩护壁内撑, 如图4所示。

作业原理如下。

1) 尺寸粗调的框架系统中, 桩径方向的大矩形管、桩径方向的小矩形管、平直段方向的大矩形管、平直段方向的小矩形管, 管壁每隔100mm间距开1个搭接孔, 小矩形管套入大矩形管, 通过调整大、小矩形管的搭接位置, 并用销钉对大、小矩形管进行限位, 实现桩径方向1 500~2 600mm、平直段方向900~1 600 mm范围护壁内撑尺寸的粗调。

2) 尺寸微调的顶撑系统中, 通过调节拧入套筒内钢筋的长度, 实现护壁内撑桩径方向0~100mm范围的微调, 最终采用顶撑钢板顶紧护壁内侧的木板 (木方) , 达到护壁内撑的功能。

本工程设计桩径种类多, 最大桩长达35m, 塔楼单桩最大钢筋笼总重达40t。针对较小直径桩钢筋笼细长易变形的特点, 采用通长加工整体吊装;针对超大直径塔楼桩钢筋笼自重大、含芯桩的特点, 采用孔内绑扎分步安装。

钢筋笼在加工房整体绑扎成型后, 需先采用塔式起重机将水平放置的钢筋笼吊运至具备汽车式起重机作业条件的平敞区域, 再采用汽车式起重机配合塔式起重机将钢筋笼竖立, 最后塔式起重机将竖立的钢筋笼吊放进桩内。

转运钢筋笼时, 钢筋笼两侧共设置8个吊点, 用I16和钢板焊接而成的扁担辅助钢筋笼的转运。如图5所示。

竖立钢筋笼时, 钢筋笼两侧共设置10个吊点, 采用汽车式起重机配合塔式起重机竖立钢筋笼。各吊点卸扣安装完毕后, 塔式起重机和汽车式起重机指挥工到位, 开始同时平吊, 钢筋笼吊至离地面0.3~0.5 m后, 检查钢筋笼是否平稳, 起钩过程中, 需确保钢筋笼的轴心大致顺直, 最终完成钢筋笼的竖立。如图6所示。

钢筋笼竖立完成后, 取掉汽车式起重机主、辅钩, 采用塔式起重机将竖立的钢筋笼吊入桩孔内。在钢筋笼下放过程中, 在孔口处进行钢丝绳的解卸。

考虑到塔楼超大直径桩及椭圆形状钢筋笼质量大、易变形的特点, 钢筋笼采取孔内绑扎。

1) 孔内操作架的搭设操作架采用钢管架搭设, 操作架水平钢管及竹跳板采用塔式起重机吊入桩内, 操作架立杆采用白粽绳捆绑结实后人工放入孔内。各层水平杆搭设完毕后, 适时吊入竹跳板满铺作业层, 依次向上进行各层操作架的搭设。

2) 加劲箍安装操作架搭设过程中, 每竖向间隔3m, 适时设置加劲箍。加劲箍大小根据桩径和钢筋保护层大小而定, 采用钢筋在孔外焊接而成, 塔式起重机吊入孔内搁于架体水平杆上, 移动加劲箍位置, 直至加劲箍边缘距离桩孔孔壁处处相等后, 采用铁丝将加劲箍与架体绑扎牢固。加劲箍加工时, 内框大小需与芯桩尺寸大小一致, 加劲箍同时兼做外侧钢筋笼和芯桩的定位箍。如图7所示。

3) 主筋吊运钢筋笼主筋在钢筋加工房内机械连接成型后, 用白粽绳将6根主筋绑紧成捆 (白粽绳间距2m) , 采用塔式起重机将成捆的主筋平吊至离桩口较近的平敞区域, 汽车式起重机配合塔式起重机将成捆的主筋竖立, 最后塔式起重机将竖立的钢筋束吊入桩内。

为防止竖直吊运钢筋束过程中单根钢筋滑落, 纵向每隔2m采用白粽绳捆紧系牢, 在套筒接头两端, 采用铁丝将各主筋穿插绑扎成束。此外, 在桩顶端头处, 采用短钢筋与各主筋端头进行点焊, 钢筋束下放完成后, 在桩顶处对短钢筋进行破除。

4) 主筋绑扎计算主筋间距, 在定位箍上采用粉笔做好位置标识, 操作架各作业层布置人员齐力将主筋分布在标识位置, 采用铁丝完成主筋与定位箍的绑扎。主筋分布均匀后, 在主筋内侧采用 22钢筋斜向交叉与主筋绑扎加固。如图8所示。

5) 箍筋传递及绑扎主筋绑扎完成后, 从下往上进行箍筋的绑扎。操作架各作业层布置人员人工将单根箍筋 (长9m) 从桩口往下传至盘绕高度, 完成对主筋的盘绕及绑扎。

6) 操作架拆除箍筋绑扎完成后, 从上往下进行操作架的拆除, 拆除的钢管采用白粽绳单根捆绑牢靠后, 人工提出井口。

7) 拉筋绑扎存在拉筋的钢筋笼, 需在操作架拆除过程中, 计算步距对应的拉筋量, 每拆1层作业层, 将对应的拉筋采用塔式起重机吊入孔内, 从上往下依次完成拉筋的绑扎。

对于超大直径人工挖孔扩底桩, 受设计本身及地质条件影响, 存在人工作业环境恶劣、安全风险大、护壁及扩大头施工困难、钢筋笼绑扎吊装难度大等问题, 在实践过程中, 应结合现场实际, 集思广益, 大胆摸索, 不断寻求突破问题新方法、新措施, 将技术创新应用到实际生产中, 为项目生产创效增益。