FCEC拔桩工艺在复杂环境中的应用

蔡 芸 飞

(上海市市政工程建设发展有限公司，上海 200002)

0 引言

在城市隧道建设过程中，盾构推进往往会遇到很多障碍物，这些障碍物多为城市发展过程中遗留下的一些废弃建筑物桩基。目前的盾构刀盘技术还不能做到大面积清除地下遗留的钢筋混凝土桩基，这就要求我们建设者在盾构推进前，在地面上对障碍物进行清除。

地下清障工程在上海发展已久，早在外滩通道建设的过程中，拆除亚洲第一湾后的桩基清除工作就已经有很成功的经验。但是常规的全回转冲抓清障工艺对周边环境影响较大，在一些环境复杂的工况下需要采用更环保的工艺进行拔桩清障。

1 工程概况

北横通道工程为上海市中心内一条城市快速路，其主线为盾构隧道，拟采用直径15.56 m的泥水气平衡盾构掘进施工。根据北横通道的设计线路，以中山公园工作井为界，盾构隧道分为东、西两段。主线盾构从中山公园工作井始发260 m，以平面R500的小半径曲线，3.8%的纵坡下穿华阳路330号，穿越段长度约40 m，隧道覆土厚度为22.7 m～23.9 m。根据相关调查资料，穿越范围内共有钻孔灌注桩58根，直径为700 mm，桩长30 m,如图1所示。

2 地质条件及周边环境

遗留桩基深度范围内的地层从上到下依次为：①表层杂填土、③灰色淤泥质粉质粘土、④灰色淤泥质粘土、⑤1灰色粉质粘土、⑥暗绿～黄色粉质粘土、⑦1草黄～灰色粉砂、⑦2草黄～灰色粉细砂。

华阳路330号为5层独立的办公场所，建筑面积4 941 m2，房屋建于1986年，建筑结构为钢筋混凝土框架结构，基础为条形基础，埋深3.0 m，底标高为-0.5 m，大楼内有重要机房24 h不间断工作，对周边环境振动要求较为苛刻(振动加速度不大于0.5 m/s2)。北横主线盾构需拔除的桩距离办公大楼最近仅为4 m左右，由于大楼有精密仪器设备工作，施工中需要将振动控制在规定的范围内，同时对大楼的差异沉降、噪声、扬尘的控制也甚为苛刻。

3 拔桩工艺比选

与其他拔桩工程相比，该项目的难点与特点分析如下：

1)桩的位置与数量均存在不确定性(由于只有设计桩位图，没有竣工图)；

2)桩身有荤(上部12 m有钢筋笼)有素(下部18 m为素混凝土)；

3)紧邻建筑有精密设备工作，桩基处理振动控制要求苛刻(振动加速度不大于0.5 m/s2)。

针对本工程的上述难点与特点，对拔桩工艺进行了比选：

首先想到的是采用传统全回转拔桩工艺，该工艺利用全回转设备产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体、岩层及钢筋混凝土等障碍物的切削作用，将套管钻入地下，去除套管内桩体，最后向套管内回填土体并逐节顶拔套管。该工法最大的特点是可将套管钻入有岩层或高强障碍物的土层，利用套管的护壁作用，在套管内进行清障。

通过对采用全回转拔桩工艺的项目实地考察后，发现传统全回转钻机清障的本质是将地下桩基分段强行扭断，在扭断的过程中噪声过大，同时存在二次冲抓的可能性。在抓斗对破碎混凝土进行冲抓的过程中，周边建筑物振动感较为明显。结合本工程周边环境的情况，后经专家论证和实验模拟后认为传统的全回转钻机清桩工艺不适合在本工程中运用，拟采用FCEC全回转拔桩进行清障施工。

FCEC全回转拔桩清障施工工艺弥补了传统施工工艺的不足，对传统的拔桩清障施工工艺进行了技术改进。采用目前国际上最先进的FCEC清障机，以履带式自行走机械为基架，由360°旋转的旋转动力装置驱动外钢套管高速旋转，将旧桩周土体旋转切割、切削实施土体分离，从而减小桩侧摩阻力后拔桩。

4 FCEC拔桩清障实例

4.1 拔桩施工过程

根据现场实际情况，结合工程地质条件和环境保护要求，分别对以下3根桩进行全过程跟踪研究讨论，定位W50号工程桩，36号锚桩(全笼)及33号工程桩。

拔桩施工主要分以下4个步骤：

设备就位→套管钻进→钢丝绳下放与拔桩→回填。

根据对上述3根桩全过程拔桩研究，FCEC工艺确实能达到快速清障的效果，同时在整个拔桩过程中体感噪声、振动都是在可承受范围内，具体后有数据分析。但是在结合本工程特点上，还有以下方面需要进行改进：

1)桩基进入地下18 m以下⑥层土较硬，粘结力好，桩周土体分离难度大，需对钢套管底部进行适当改装，增加一个气雾喷射嘴，同时将气雾喷射嘴适当调整角度2°～3°，增大气压力至0.9 MPa，钢套管内壁增加3个5 cm左右的钢丝刷，适当减慢钻进速度，以确保桩不卡死在套管内。

2)拔桩中采用原装德国静力抓斗抓桩时，由于抓斗口较小，仅为720 mm，很难将桩夹住，通过试拔桩几次调整，将抓斗口由720 mm调整至760 mm，通过几次调整，抓桩成功率从10%提高到50%。静力抓斗振动噪声比较小，只是在具体使用中比较考验操作者的水平，初期需要多试几次才能完成桩基抓取工作。

3)FCEC拔桩工艺与传统拔桩工艺最大的区别就在于桩基的截断，FCEC采取整节桩基起吊，分段截断分吊的形式。在这个过程中减少了土体的扰动和对周边环境的影响，不过截桩还是有稍许噪声，可以通过使用低功率电镐来降低噪声对环境的影响。

4.2 周边环境监测

在整个拔桩的过程中，采用自动化手段对华阳路330号大楼实施监测。监测内容包括大楼振动、大楼不均匀沉降，并实时在监测平台上传监测数据。

1)大楼振动监测。

根据大楼机房的位置分布，振动监测点共布设6个，其中1楼设1个铅锤+水平振动监测点；3楼设1个铅锤+水平振动监测点和1个铅锤振动监测点；5楼设2个铅锤振动监测点；6楼设1个铅锤+水平振动监测点。

2)大楼不均匀沉降监测。

沿大楼周边一圈设置10个静力水准点，均在大楼外侧墙角。

4.3 监测成果总结

4.3.1大楼振动监测

所有振动监测点于拔桩工作开始前完成布设调试并开始正常工作。整个拔桩过程中，振动值基本在0.03g以内；个别瞬间超过0.03g，但小于报警值0.05g(如图2所示)。

4.3.2大楼不均匀沉降监测

所有静力水准点于拔桩前完成布设，并于拔桩开始前一周调试完成正常工作，期间不均匀沉降值在+7.84 mm～-3.63 mm范围。其中沉降较大的为Z1点(离拔桩作业最近4 m处)，考虑到后续可能的持续沉降，已在大楼和作业面间进行注浆加固处理，后期沉降控制良好(如图3所示)。

5 结语

从北横通道主线盾构拔桩施工来看，FCEC工艺能有效地完成地下桩基清除工作，同时通过对周边环境的监测可以得出结论，FCEC工艺对周边环境影响很小。整个拔桩过程中可以有效控制土体沉降，有效控制振动和噪声，和传统的拔桩工艺比较还是有较大优势的，唯一的缺点就是经济性不高。希望随着城市道路的不断建设，建设者们将继续摸索探寻，国产化FCEC拔桩设备的主要核心部件，真正做到“中国制造”，这样成本高的问题也能得到有效缓解。