地下锚杆清除施工方法探讨

唐立飞，韩寿兵

（1.江苏通州基础工程有限公司，江苏 淮安 223001；2.江苏省淮阴商业学校，江苏 淮安 223005）

0 引 言

现今高层建筑越来越多，地下开挖深度也越来越深，周边原有建筑物的基坑支护和新建建筑物的基坑支护方案存在交叉区域，必然会影响新建建筑物基坑支护方案的实施，处理不好极有可能导致新建建筑物基础施工出现较大的安全隐患。

由于深基坑施工属于危险性较大的分部分项工程施工内容，很多施工技术人员都在工程实践中通过不断的摸索，寻找到了解决问题的方法。本文结合前人的经验并经过公司技术人员的多年实践总结，提出全套管全回转钻机清障和三轴深搅机清障等施工方法，并在工程实践中通过实施应用比较，确定方案优劣，取得了较好的效果。

1 工程概况

拟建的二期工程位于某市主城区中心商业闹市区，施工区域北侧为城市唯一一条电车轨道，南侧紧邻的金马广场是大型商业广场，东侧为该商业区的一期工程，西侧为城市主干道。笔者单位施工的主要是拟建二期工程的基坑支护、桩基及降水工程。该工程基坑面积为 27 160 m2，基坑支护周长约为 744.7 m，基坑开挖深度为 14～17.8 m，属于超大面积深基坑。基坑支护结构设计采用 Φ1 200@1 400 钻孔灌注围护桩结合单排 Φ850@1 200 三轴深搅桩作为止水帷幕，桩间缝采用单重管高压旋喷桩进行土体加固，基坑围护结构分别在 -1.9、-7.4、-12.0 m 位置各设置一道钢筋混凝土水平支撑。

根据收集到的拟建工程周边建筑物、构筑物及地下管线的相关资料，南侧紧邻的大型商业广场有地下停车场，基坑开挖应该是深基坑，通过查阅该商业广场业主保存的原工程残缺施工图纸，发现该广场和拟建建筑相邻的深基坑支护采用是当时临时的土层锚杆支护，经核对其锚杆支护与拟建建筑物的基坑支护结构及工程桩位置相冲突，其影响范围长达约 196 m。依据本工程设计图纸统计影响范围内共有支护桩 99 根、三轴深搅桩 117 根、SMW 工法桩 46 根，由于工程桩图纸没到位，影响范围内的工程桩的位置、数量未统计。由于搜集到的该广场基坑设计图纸不全，而且残破，仅显示锚杆长约 15 m，锚杆水平间距约 1.2 m，层间距为 1.0～1.4 m。经走访原建设的相关单位和相关人员并经现场开挖探测，第一、二层锚杆为Φ25 的注浆钢筋，其他 3～7 层不详（原计划采用部分 Φ48 的钢管注浆，后来施工时全部采用Φ25 的注浆钢筋）。具体锚杆情况统计如表1 所示，具体分布情况如图1、图2 所示。

表1 商业广场锚杆清理数量统计表

图1 锚杆区平面图（单位：m）

图2 锚杆区剖面图（单位：m）

2 工程地质及水文地质条件

根据野外勘探鉴别及现场原位测试，场地岩土层自上而下分布如下。

①杂填土。杂色，松散～稍密，主要由粉质黏土、粉土混建筑垃圾组成，含较多砖块碎石，密实度不均，中等偏高压缩性，填龄小于 10 年。

②粉质黏土。灰黄色，软塑，局部为流塑状淤泥质粉质黏土，夹粉土，具水平层理，高压缩性。

③粉土。灰黄色，湿，中密，含云母碎片，局部夹粉砂、粉质黏土，中等压缩性。

④粉砂夹粉质黏土。灰色，饱和，中密，粉质黏土为软塑～流塑状，夹细砂，矿物成份以石英和长石为主，中等压缩性，土质较均匀。

⑤粉砂。灰色，饱和，中密，局部稍密，夹细砂、粉质黏土，矿物成份以石英和长石为主，中等压缩性，土质较均匀，含云母碎片，颗粒级配较差。

⑤A粉质黏土。灰色，软塑～流塑，含少量螺壳碎片，高压缩性，局部为淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土，该层以透镜体形式夹于⑤层之中，土质不均。

⑥粉质黏土夹砂。灰色，软塑～流塑，具水平层理，中等压缩性，局部夹黏土和粉土。

⑦粉砂。灰色，局部灰白色、灰绿色，饱和，密实，含云母碎片，级配较差，含少量砾石，粒径 0.3 cm 左右，个别 3～4 cm，含量 5～10 %，局部夹粉质黏土、中砂，中等压缩性。

⑧A粉质黏土。灰白色、灰黄色，硬塑，含铁锰质结核，含少量钙质结核，粒径 1～3 cm，中等压缩性，土质均匀，局部粉质黏土。该层以透镜体形式夹于⑦层之中，土质不均。

⑨黏土。灰白色、灰黄色，硬-坚硬，含铁锰质结核，含少量钙质结核，粒径 1～3 cm，中等压缩性，土质均匀，局部粉质黏土。

3 拟采用的支护区域处理方案

因支护结构距商业广场距离约 6～8 m，且之间有自来水、煤气、光缆等各类城市管道。从图1、图2 可以看出，该商业广场采用了上下 7 排注浆土钉锚杆，最下层深度达到地面以下 10.2 m，考虑施工锚杆可能存在偏差，锚杆处理深度应至少到地面以下10 m 外。从现场条件看，直接采用常规的土方开挖清理方法是无法实现的。

3.1 方案一 全套管全回转钻机进行清障

3.1.1 全回转清障施工原理

利用全回转设备启动作业时产生的下压力和扭矩，驱动钢套管一起转动，利用钢套管管口的高强度刀头对地下障碍物（如钢筋、混凝土等）进行切削作业，将套管强制逐步钻入地下的同时，用长臂抓斗将套管内钢筋等地下障碍清除出来，直至设计标高后再向套管内回填素土的同时逐节顶拔套管。全套管全回转钻机如图3 所示。

图3 全套管全回转钻机

3.1.2 全回转清障施工的特点

该工法最大的特点是可将套管钻入有锚杆障碍物的土层，利用套管的护壁作用，在套管内进行切割，施工安全，工效高，对周围环境影响极少［1］。

3.1.3 全回转清障施工方案

因本工程支护桩桩径 1.2 m，深搅桩桩径 0.85 m，为保证后期施工顺利进行，计划采用直径 1.2 m的套管来切割锚杆，深搅桩区域全套筒全回转钻机处理深度大于锚杆埋置深度 5 m，最终确定清障处理深度为15 m，同时要将切断锚杆取出。为确保三轴深搅施工区域锚杆被机械全部切断，全套管处理搭接 200 mm，孔洞用素土及时回填（孔径 1.2 m、清障深度约 15 m，回填素土方量约：0.6×0.6×3.14×15×196 孔=3 323.38 m3），保证三轴深搅桩机械顺利施工，清障及回填素土完成后进行深搅桩和支护桩的施工，该区域支护桩计划在深搅桩施工完成并达到一定强度后视实际清理情况采用 20 型钻机或旋挖钻机或全套筒设备施工支护桩，确保止水帷幕和支护桩的成桩质量［2］。

止水帷幕是基坑成败的关键因素，为确保三轴深搅桩连续，处理时钢套管搭接 200 mm（见图4），防止局部锚杆未全部切断，造成无法施工。清障方法如图5 所示。

图4 搭接施工（单位：mm）

图5 清障过程

3.1.4 施工主要工艺流程及施工方法

1）施工场地准备。由于该广场是正在营业的商业广场，人流量较大，虽然施工区域位于该广场的东北角，但有小门外通主要街道，为保证安全，方便施工，经与该广场业主联系，拆除广场围墙，封闭小门及外通道路，清除围墙基础，平整场地。

2）设备进场、就位、固定。对进场的设备进行全方位的检查验收，并请有资质的设备安装单位及有资格的安装人员进场负责安装。

先将全回转钻机固定在钻孔桩中心上方，将钻机和动力箱、操作室相接，然后安装反力架，反力架的另一头停置履带吊车（吊车同时可作为安装钢套筒和清障配合工作），该吊车履带压住反力架，反力架的作用是当钻机全回转钻进过程中防止机器发生扭动。

3）定位、放线。依据设计图纸，准确定位深搅桩的位置。

4）工艺流程。桩位测量定位→设备安装及固定→第一节钢套管压入→第二节钢套管螺栓连接→第二节钢套管压入→……重复至钢套管底部达到预定标高。

5）控制要点。由于钢套管是全回转钻进的，且端部刀头配置了负载控制装置，可以确保刀头的负载在最合适的范围内，且钻机在钻进过程中可根据需要调节套管的回转扭矩、回转速度、压入力以及夹紧力等数值，同时设定发动机的高速、中速、低速，所以可以根据地质和障碍物情况，进行高效施工。

钢套管直径Ф1 200 mm，长度每节 6 m，每沉完一节钢管，吊装上一节钢管并在位置对准后，用高强螺栓连接。

在钢套管逐步压入的同时，用冲抓斗不断地抓出套管内的土体及锚杆钢筋等障碍物（见图6）。

图6 冲抓抓出的障碍

清障完成后，进行钢套筒内回填土施工，回填土可采用塑性较好的素土，在回填完成后进行下根桩的处理。

3.2 方案二 三轴深搅机进行清障

进场后先从 E 点位置向 D 点位置施工，清理分三次施工，先从深搅桩外侧 1 m 开始清理，缠绕锚杆，尽量将内侧锚杆拽出来。再清理深搅桩位置区域下一层锚杆钢筋，最后清理支护桩区域锚杆区域锚杆钢筋，逐层清理。DE 段清理完成后再清理 EH 段 SMW 工法桩施工段。

3.2.1 三轴深搅清障施工原理

利用三轴深搅桩机（见图7）的深搅钻头下压力扭矩旋转，对土体内钢筋缠绕作用，钻头下沉旋转与钢筋相碰，钢筋缠到钻头上，钻头提升将钢筋拽上地面来清除，每次清理一层锚杆，完成清理钢筋后钻头原位入土清理下层锚杆，分层逐步清理至最下层锚杆。

图7 三轴深搅桩机

3.2.2 三轴深搅清障施工的特点

该工法的特点就是利用深搅钻头钻入有锚杆障碍物的土层，利用钻头旋转搅动拽出土层中的锚杆。

3.2.3 三轴深搅清障施工工艺流程（见图8）

图8 三轴深搅清障施工工艺流程图

3.2.4 三轴深搅清障施工方法

场地准备、设备进场、测量放线等同全套管全回转钻机进行清障方法，这里仅说明一下控制要点。

因考虑深搅机钻头只能将锚杆钢筋在土体内缠在钻头上将钢筋扯断，断裂处无法控制，计划每个横向位置采取三次清障施工，第一次计划在深搅外侧 1 m 位置进行最外侧的切断，第二次计划在深搅桩施工位置原位清除，第三次在支护桩区域清除，按照深搅桩施工工艺原理进行施工，进行跳打清理，防止中间有遗留锚杆（三轴深搅搭接施工安排参见图9 和图10）。

4 两种方案的比较

4.1 机械设备的选择比较

图9 三轴深搅施工顺序

图10 三轴深搅搭接施工

如果选择全套管全回转钻机，需要在市场上购买新设备，目前市场价在 400～500 万元，成本高，成本回收时间长。

如果选择三轴深搅桩机，公司自有数台三轴新深搅设备，施工中可以根据施工需要，及时调整或更换。

4.2 工艺成熟度比较

三轴深搅桩公司已经施工多年，公司员工已经非常熟悉该设备的性能，工人操作经验丰富，有利于处理施工过程中遇到的各种问题和控制工程施工质量。

如果选择全套管全回转钻机设备施工，公司员工没有任何操作经验，要专门组织人员进行一段时间专业培训，适应期较长，目前也无法预知后期施工可能遇到的状况。

4.3 工期比较

为保证在目标工期内顺利完成基坑支护、桩基的施工，各施工生产要素优化配置、精心组织、动态管理，力争优质、高产、安全、低消耗。依据本公司在类似工程处理施工经验，结合施工场地的情况和设备机具的配备，计划安排 1 台全套管全回转钻机或三轴深搅桩机进场进行南侧金马广场支护施工遗留下来锚杆清障处理。具体施工进度安排如表2 所示。

表2 施工进度计划图

进度计划说明如下。

①采用全套管全回转钻机三轴深搅桩区域位置清障深度约 15 m 共 196 根，平均计划每天完成 2 m距离196 根（孔）÷2 根÷1 台机≈98 d，素土回填恢复期 30 d，计划 140 d 完成深搅桩区域清障施工任务。

②采用三轴深搅桩机清障处理三轴深搅桩区域位置清障深度约 15 m 共 160 根，均计划每天完成 2 m 距离164 根÷2 根÷1 台机≈82d，扰动土恢复期 25 d，计划120 d 完成深搅桩区域清障施工任务。

由此可见采用三轴深搅钻机清障可以缩短近 20 d 工期。

4.4 处理范围比较

三轴深搅桩机施工可以通过在支护桩及深搅桩外侧三次施工，处理范围较大。而且通过钻机叶片转动可以拽出锚杆整根钢筋，有利于后期支护桩、深搅桩和附近工程桩的施工。

采用全套管全回转钻机施工只能在套管范围内切断锚杆，其他部位的锚杆仍在地下土层中，可能会影响到后期支护桩、深搅桩和附近工程桩的施工。

4.5 与后期工程施工的衔接问题

采用全套管全回转钻机施工结束后，机械设备要撤出现场，再让三轴深搅桩机进场施工支护桩和深搅桩；而如果采用三轴深搅桩机进场不但可以用于清障，也可以直接用于支护桩、深搅桩的施工，减少了机械设备的进退场费用，有利于节约投资。

5 清障方案的最终确定

经过多方面比较论证，决定采用三轴深搅机进行清障。

计划先处理支护区域范围内 DE 段深搅桩施工位置，从 E 点位置向 D 点位置施工，待清理至 90 根桩位置时，另一台三轴深搅桩机进场开始工程基坑支护设计方案中的三轴深搅桩施工，该台桩机可以自 G 点向西进行施工，确保三轴深搅桩连续施工。而原来的这台三轴深搅桩机则开始进行 EH 段 SMW工法桩施工段的上部清障处理，清障结束后加入到工程基坑支护设计方案中的三轴深搅桩 DE 段支护桩的施工。进行交叉作业施工，缩短工程施工总工期，达到最好的经济效益。

由于清障处理自然地面以下约 15 m，7 道锚杆Φ25 注浆锚杆是一个摸索过程，无类似清障处理工程可以借鉴，为了做好这个工程项目，公司组织了有多年工程施工经验的精干技术班组常驻现场，进行工程施工过程中的技术指导，虽然在清障的过程中也经历了很多困难，但从最终的支护桩、工程桩施工过程来看，清障的效果很好，后期的支护桩、工程桩施工非常顺利，没有遇到锚杆的障碍（见图11）。

图11 三轴深搅施工效果图

6 结 语

本文重点针对全套管全回转钻机清障和三轴深搅机清障的两种施工方法，分别从施工机械设备的选择、工艺成熟度、工期、处理范围以及与后期工程施工的衔接问题 5 个方面进行施工方法的比较，最终确定本例工程具体采用三轴深搅机清障施工方法，工程实施后取得了较好的效果，后期深基坑支护施工过程一直顺利，土方开挖后没有因为原有锚杆问题出现渗漏等安全隐患，得到了有关部门的认可。