城市中心紧凑场地的深基坑工程清障技术研究

2021-11-05徐杰

建筑施工 2021年7期

徐杰

上海环江投资发展有限公司上海 200135

当前城市可施工场地条件越发复杂严苛，多数工程会在有建筑旧址的场地上进行建造，场内普遍存在有旧建筑物的地基、桩基和地面原有市政设施的情况，需要在工程开展前抓紧清理完毕。因此既要减小对原有市政设施的影响，又要将场内障碍物清理完毕，以保证工程的进度顺利开展，成了众多深基坑项目施工中的重大难点及关注点。

本文以上海浦东新区黄浦江沿岸E10单元E06-2地块商业办公项目为例，分析并研究了不同障碍物清障的一系列处理技术，通过施工措施制定及监测数据监控，来确保障碍物的顺利清除和场内市政设施的安全。

1 工程概况

1.1 工程简介

本工程地处上海市浦东新区浦东大道内环区域，由3栋11～17层商业主楼和部分裙房组成，地下设置3层地下室。本工程基坑总面积约15 200 m2，周长为600延长米。主楼普遍区域挖深16.00 m，坑中坑挖深17.75～19.75 m。围护结构采用厚1 000 mm“两墙合一”地下连续墙。

1.2 场内市政设施概况

本工程场地中部存在一条给水居杨管及工作井，管道有明排段和暗埋段，其中工作井北侧给水管从黄浦江对面的杨树浦自来水厂引出，埋藏较深，南侧段埋深较浅；东侧及北侧为明排段的敷设方式。水管管径1 m，长度约160 m，间隔6 m设一墩式基础，最近一侧的管道边离基坑不足3 m，东侧最近处离基坑仅1.8 m。该管线为重要的市政管道（图1）。

图1 场内障碍物分布示意

1.3 障碍物概况

本工程原为老厂区高层建筑及配套设施，现上部建筑已经拆除，场地基本平整，场地的地表层为遗留建筑垃圾，建筑垃圾下存在厂房基础、设备基础、结构基础，地下障碍物较多，桩基围护阶段施工受到影响，导致无法进行正常施工。为保证工程桩基及基坑工程的顺利开展，需对原建筑物基础进行探明、破除、清运及回填、场地平整等。考虑到场地东侧居杨水管与地下障碍物距离较近，清障过程中势必会对水管产生不利影响，同时基坑开挖与回筑过程中对居杨水管也会产生不利影响，因此需要采取适当保护措施，确保水管安全。

根据地质探测情况，总体划分为五大区（A～E区），具体如表1和图2所示。

表1 原有建筑物旧基础

图2 障碍物分区平面示意

2 工程重、难点

2.1 场地内障碍物多，情况复杂

地下障碍物分布于整个场地，深浅不一，且情况各异，所以不能采取统一的清障方案，需制定多种不同的措施，且B区障碍物为桩基础，埋藏较深，局部靠近居杨水管，清障难度高。因此，如何在保证场内重要管线安全的情况下，顺利进行整体的清障工作成为了方案制定的重点和难点。

2.2 水管与地面间隙小，保护措施布置难度高

居杨水管一侧紧贴场地围墙，距离约50 cm，另一侧邻近基坑，管道下方距离地面约30 cm。面对如此狭小的空间及工作面，设置有效的隔离防护措施将相当困难。因此每一个布置细节都要经过现场距离情况比对，深化得出最终结果，保证最终保护措施既不会碰到围墙，又能起到隔离防护的作用。

3 各区域清障措施制定

结合地质障碍物类型，综合考虑对水管的影响，在五大区（A～E区）的基础上，按与居杨水管距离8 m为界，细分为非居杨水管保护区和居杨水管保护区。针对基础的类型，制定如表2所示的清障方式。

表2 各区域不同的清障方式

3.1 非居杨水管保护区域

1）障碍物A区、D区、E区及C区非邻居杨水管区域主要障碍物形式为旧混凝土基础，埋深在1.4～2.8 m之间，拟采用履带式液压挖机配合镐头机，通过放坡开挖的形式进行清障。

施工流程：钢板铺设→杂填土挖除（外运）→清除障碍（挖机挖除、镐头机破除）→挖除（外运）→土方回填（水泥掺量为8%的水泥土）。

清除障碍物位置开挖前，将需挖（凿）的部分撒好灰线，按1∶1.5坡度放坡，用挖土机挖走上部杂填土，大块的混凝土基础采用挖机镐头破碎，钢筋割除重新破碎后挖走。开挖的分块面积不超过100 m2，局部开挖、局部回填压实，开挖过程中，密切监视土体，严防坍塌。

开挖地下潜水水位较高，在开挖清除过程中需不间断排水，以保证开挖正常进行。土方回填前，确保施工区域的碎石、混凝土基础及土方全部清理外运完成。清障区域的三轴搅拌桩（槽壁加固）水泥掺量应适当提高。为确保清障后上层土体的密实度，回填土采用水泥掺量为8%的水泥土（水泥P.O 42.5）。

2）B区非邻居杨水管区域的主要障碍物形式为旧承台＋方桩基础，承台埋深约3.0 m，桩长约为25.7 m。对后续部分钻孔灌注桩的施工造成影响。由于该区障碍物埋藏较深，无法进行大面积开挖清障，所以清障方式采用SWSD3618全套管多功能钻机清障施工。

施工流程：定位放线→钻机定位调试→校正桩位→校正垂直度→钻进成孔→控制电流→钻至设计标高→校正孔深→提升钻具、清土。

先校正桩位，无误后进行对位，而后校正桩机垂直度，进一步校正对位情况，满足要求后开钻。钻机对位前对桩位进行复核，复核无误后再对位，控制对位偏差小于2.0 cm，并用麻绳将钻具下口活瓣绑住封口，然后下放钻具完成对位。对位后，通过调节液压支腿调整钻机水平，并校核钻杆垂直度，确保其垂直度小于0.5%。

严格控制钻进速度，分析地层情况，严格控制钻进电流，并做好记录。在地面以上用钢卷尺丈量钻具长度，并做好孔深标记。开钻时钻进速度要慢，以防下口进水涌泥，地层反转带上来的土应随钻随清。钻至孔底后，由质检员检查验收后方可终孔。将钻机带出的土石方倒运至基坑边缘，由挖机装至自卸汽车外运。钻进过程中，不得反转或提升。

地下障碍全部清除后，在钢套管内回填土方，为避免坍孔等情况发生，回填作业是随起拔套管同时进行的。即套管正式起拔前，先在套管内回填一定高度的回填土，再边拔套管边回填，始终保持套管内回填土面高于套管底面一定高度，最终回填至场地标高。回填土采用水泥掺量为8%的水泥土（水泥P.O 42.5）。

3.2 居杨水管保护区域

居杨水管退界8 m范围内为居杨水管保护区，在清障过程中应充分考虑对居杨水管的影响。该区域部分障碍物为埋深在1～3 m的混凝土基础，其余为承台＋方桩基础，埋深约25 m。部分方桩与地下连续墙位置重合，需清除（图3）。通过对现场实际情况进行分析，拟采取“先加固、隔离，再清障”[1]的方式对该区域进行清障。

图3 居杨水管平面位置

1）微扰动双液注浆（居杨水管基础）[2]。微扰动双液注浆是利用注浆泵，在一定的压力下将拌制好的水泥及水玻璃等混合浆液通过劈裂注浆管压入指定深度的土体中，分层压入土体中的浆液挤压注浆管周围的土体并迫使其排出空气和水分，减小孔隙比，从而使土体得到挤密，经过一定时间后浆液凝固，把原来松散的土粒或裂缝固结在一起，形成一种高强的“人造石”新结构；另一方面，浆液在土体中通过劈裂穿透，凝固后形成空间网状结构的浆脉，成为土体中的骨架；注浆后土体随即形成一道隔水防渗的帷幕体。居杨水管基础位置土体的强度和刚度得到提高，同时降低了土体的渗透系数（图4）。

图4 微扰动双液注浆施工工艺

施工流程为：测量定位放线→钻孔引孔→插入注浆管→预埋跟踪注浆管→注浆、提升注浆→注浆结束、封管、移位。

2）静压拉森钢板桩。针对水管的位置特殊性及确保清障工程顺利开展，项目部策划沿管线西侧打设一圈钢板桩进行隔离[3]，以隔断清障阶段镐头机施工带来的土体振动影响；考虑到打桩过程中也可能会产生振动，所以项目部拟采用静压的方法打桩。桩型为Ⅳ（FSP-U）型拉森钢板桩，有效长度6 m，钢材牌号Q235B。引孔设备拟选用1台螺旋钻机，钢板桩施打设备拟选用1台SA100型静压植桩机打桩及1台25 t汽车吊配合喂桩（图5）。

图5 钢板桩施工工艺

施工流程为：测量定位放线并复核→钢板桩施工前引孔→开挖走向沟槽→铺设导向夹架→起吊钢板桩→插桩并测量其垂直度→沉打钢板桩并随时观测→拆除导梁→清障施工→拔除钢板桩→钢板桩桩孔灌浆回填→废钢板桩回收处理。

3）明挖＋全套管全回转钻孔机清障[4-5]。在针对居杨水管区域的土体加固及隔离完成后，对浅层的混凝土基础采用明挖＋人工凿除的方式进行清障；而对于深层的桩基础，为最大限度地减少清障产生的振动对居杨水管的影响，项目部拟选用RT-200H全套管全回转钻孔机对该区域方桩进行清除。

RT-200H全套管全回转钻孔机是目前一种较为多见的成孔设备，其优点是对于地下存在钢筋混凝土结构、钢筋混凝土桩、钢桩等的地层具有较强的切割穿透能力，能够对单轴压缩强度为137～206 MPa的巨砾、岩床进行切削，在砂砾、软岩层等地质条件下，钢套管旋转沉入深度可以达到62 m，在淤泥、黏土层等地质条件下，钢套管旋转沉入深度可以达到3 m，且切割精度高，施工垂直精度可以达到1/500。因其是在套管内工作，所以对周边环境的影响较小。其缺点是费用较高，且对场地要求较高，施工前需铺设较平整的硬化地坪。

全套管全回转钻孔机清障流程：平整硬化场地→测量孔位→全套管全回转钻机就位对中→吊装安放第1节套管→测控垂直度→压入第1节套管→第2节钢套管螺栓连接→第2节钢套管压入→直至钢套管底部达到预定标高→校对垂直度→地下清障→填充土回填压实，逐次拔套管→全回转钻机移位。

方桩桩顶混凝土暴露后，清除桩侧周围垃圾。劈桩清障分为两步：第1步将钢套管钻入老桩的一半位置进行劈桩，第2步将钢套管与方桩同心压入。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任意调节套管的回转扭矩、回转速度、压入力以及夹紧力等的最高值，同时可以设定发动机的转速，根据地质和障碍物情况进行高效施工。

钢套管直径1 000 mm，长度每节6 m，壁厚48 mm，总长25 m。每沉完一节钢管，吊装上一节钢管；位置对准后，用高强螺栓连接。

考虑到本工程需清除的老桩直径、埋深、整桩的抗拔力较大等因素，整个清桩过程将采用分段截除、吊离，多次重复的方式来实现。