FCEC拔樁工藝在復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用

蔡 蕓 飛

(上海市市政工程建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 200002)

0 引言

在城市隧道建設(shè)過程中，盾構(gòu)推進(jìn)往往會遇到很多障礙物，這些障礙物多為城市發(fā)展過程中遺留下的一些廢棄建筑物樁基。目前的盾構(gòu)刀盤技術(shù)還不能做到大面積清除地下遺留的鋼筋混凝土樁基，這就要求我們建設(shè)者在盾構(gòu)推進(jìn)前，在地面上對障礙物進(jìn)行清除。

地下清障工程在上海發(fā)展已久，早在外灘通道建設(shè)的過程中，拆除亞洲第一灣后的樁基清除工作就已經(jīng)有很成功的經(jīng)驗(yàn)。但是常規(guī)的全回轉(zhuǎn)沖抓清障工藝對周邊環(huán)境影響較大，在一些環(huán)境復(fù)雜的工況下需要采用更環(huán)保的工藝進(jìn)行拔樁清障。

1 工程概況

北橫通道工程為上海市中心內(nèi)一條城市快速路，其主線為盾構(gòu)隧道，擬采用直徑15.56 m的泥水氣平衡盾構(gòu)掘進(jìn)施工。根據(jù)北橫通道的設(shè)計(jì)線路，以中山公園工作井為界，盾構(gòu)隧道分為東、西兩段。主線盾構(gòu)從中山公園工作井始發(fā)260 m，以平面R500的小半徑曲線，3.8%的縱坡下穿華陽路330號，穿越段長度約40 m，隧道覆土厚度為22.7 m～23.9 m。根據(jù)相關(guān)調(diào)查資料，穿越范圍內(nèi)共有鉆孔灌注樁58根，直徑為700 mm，樁長30 m,如圖1所示。

2 地質(zhì)條件及周邊環(huán)境

遺留樁基深度范圍內(nèi)的地層從上到下依次為：①表層雜填土、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④灰色淤泥質(zhì)粘土、⑤1灰色粉質(zhì)粘土、⑥暗綠～黃色粉質(zhì)粘土、⑦1草黃～灰色粉砂、⑦2草黃～灰色粉細(xì)砂。

華陽路330號為5層獨(dú)立的辦公場所，建筑面積4 941 m2，房屋建于1986年，建筑結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)，埋深3.0 m，底標(biāo)高為-0.5 m，大樓內(nèi)有重要機(jī)房24 h不間斷工作，對周邊環(huán)境振動要求較為苛刻(振動加速度不大于0.5 m/s2)。北橫主線盾構(gòu)需拔除的樁距離辦公大樓最近僅為4 m左右，由于大樓有精密儀器設(shè)備工作，施工中需要將振動控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，同時對大樓的差異沉降、噪聲、揚(yáng)塵的控制也甚為苛刻。

3 拔樁工藝比選

與其他拔樁工程相比，該項(xiàng)目的難點(diǎn)與特點(diǎn)分析如下：

1)樁的位置與數(shù)量均存在不確定性(由于只有設(shè)計(jì)樁位圖，沒有竣工圖)；

2)樁身有葷(上部12 m有鋼筋籠)有素(下部18 m為素混凝土)；

3)緊鄰建筑有精密設(shè)備工作，樁基處理振動控制要求苛刻(振動加速度不大于0.5 m/s2)。

針對本工程的上述難點(diǎn)與特點(diǎn)，對拔樁工藝進(jìn)行了比選：

首先想到的是采用傳統(tǒng)全回轉(zhuǎn)拔樁工藝，該工藝?yán)萌剞D(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生的下壓力和扭矩，驅(qū)動鋼套管轉(zhuǎn)動，利用管口的高強(qiáng)刀頭對土體、巖層及鋼筋混凝土等障礙物的切削作用，將套管鉆入地下，去除套管內(nèi)樁體，最后向套管內(nèi)回填土體并逐節(jié)頂拔套管。該工法最大的特點(diǎn)是可將套管鉆入有巖層或高強(qiáng)障礙物的土層，利用套管的護(hù)壁作用，在套管內(nèi)進(jìn)行清障。

通過對采用全回轉(zhuǎn)拔樁工藝的項(xiàng)目實(shí)地考察后，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清障的本質(zhì)是將地下樁基分段強(qiáng)行扭斷，在扭斷的過程中噪聲過大，同時存在二次沖抓的可能性。在抓斗對破碎混凝土進(jìn)行沖抓的過程中，周邊建筑物振動感較為明顯。結(jié)合本工程周邊環(huán)境的情況，后經(jīng)專家論證和實(shí)驗(yàn)?zāi)M后認(rèn)為傳統(tǒng)的全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清樁工藝不適合在本工程中運(yùn)用，擬采用FCEC全回轉(zhuǎn)拔樁進(jìn)行清障施工。

FCEC全回轉(zhuǎn)拔樁清障施工工藝彌補(bǔ)了傳統(tǒng)施工工藝的不足，對傳統(tǒng)的拔樁清障施工工藝進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。采用目前國際上最先進(jìn)的FCEC清障機(jī)，以履帶式自行走機(jī)械為基架，由360°旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)動力裝置驅(qū)動外鋼套管高速旋轉(zhuǎn)，將舊樁周土體旋轉(zhuǎn)切割、切削實(shí)施土體分離，從而減小樁側(cè)摩阻力后拔樁。

4 FCEC拔樁清障實(shí)例

4.1 拔樁施工過程

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，結(jié)合工程地質(zhì)條件和環(huán)境保護(hù)要求，分別對以下3根樁進(jìn)行全過程跟蹤研究討論，定位W50號工程樁，36號錨樁(全籠)及33號工程樁。

拔樁施工主要分以下4個步驟：

設(shè)備就位→套管鉆進(jìn)→鋼絲繩下放與拔樁→回填。

根據(jù)對上述3根樁全過程拔樁研究，F(xiàn)CEC工藝確實(shí)能達(dá)到快速清障的效果，同時在整個拔樁過程中體感噪聲、振動都是在可承受范圍內(nèi)，具體后有數(shù)據(jù)分析。但是在結(jié)合本工程特點(diǎn)上，還有以下方面需要進(jìn)行改進(jìn)：

1)樁基進(jìn)入地下18 m以下⑥層土較硬，粘結(jié)力好，樁周土體分離難度大，需對鋼套管底部進(jìn)行適當(dāng)改裝，增加一個氣霧噴射嘴，同時將氣霧噴射嘴適當(dāng)調(diào)整角度2°～3°，增大氣壓力至0.9 MPa，鋼套管內(nèi)壁增加3個5 cm左右的鋼絲刷，適當(dāng)減慢鉆進(jìn)速度，以確保樁不卡死在套管內(nèi)。

2)拔樁中采用原裝德國靜力抓斗抓樁時，由于抓斗口較小，僅為720 mm，很難將樁夾住，通過試拔樁幾次調(diào)整，將抓斗口由720 mm調(diào)整至760 mm，通過幾次調(diào)整，抓樁成功率從10%提高到50%。靜力抓斗振動噪聲比較小，只是在具體使用中比較考驗(yàn)操作者的水平，初期需要多試幾次才能完成樁基抓取工作。

3)FCEC拔樁工藝與傳統(tǒng)拔樁工藝最大的區(qū)別就在于樁基的截斷，F(xiàn)CEC采取整節(jié)樁基起吊，分段截斷分吊的形式。在這個過程中減少了土體的擾動和對周邊環(huán)境的影響，不過截樁還是有稍許噪聲，可以通過使用低功率電鎬來降低噪聲對環(huán)境的影響。

4.2 周邊環(huán)境監(jiān)測

在整個拔樁的過程中，采用自動化手段對華陽路330號大樓實(shí)施監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括大樓振動、大樓不均勻沉降，并實(shí)時在監(jiān)測平臺上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1)大樓振動監(jiān)測。

根據(jù)大樓機(jī)房的位置分布，振動監(jiān)測點(diǎn)共布設(shè)6個，其中1樓設(shè)1個鉛錘+水平振動監(jiān)測點(diǎn)；3樓設(shè)1個鉛錘+水平振動監(jiān)測點(diǎn)和1個鉛錘振動監(jiān)測點(diǎn)；5樓設(shè)2個鉛錘振動監(jiān)測點(diǎn)；6樓設(shè)1個鉛錘+水平振動監(jiān)測點(diǎn)。

2)大樓不均勻沉降監(jiān)測。

沿大樓周邊一圈設(shè)置10個靜力水準(zhǔn)點(diǎn)，均在大樓外側(cè)墻角。

4.3 監(jiān)測成果總結(jié)

4.3.1大樓振動監(jiān)測

所有振動監(jiān)測點(diǎn)于拔樁工作開始前完成布設(shè)調(diào)試并開始正常工作。整個拔樁過程中，振動值基本在0.03g以內(nèi)；個別瞬間超過0.03g，但小于報警值0.05g(如圖2所示)。

4.3.2大樓不均勻沉降監(jiān)測

所有靜力水準(zhǔn)點(diǎn)于拔樁前完成布設(shè)，并于拔樁開始前一周調(diào)試完成正常工作，期間不均勻沉降值在+7.84 mm～-3.63 mm范圍。其中沉降較大的為Z1點(diǎn)(離拔樁作業(yè)最近4 m處)，考慮到后續(xù)可能的持續(xù)沉降，已在大樓和作業(yè)面間進(jìn)行注漿加固處理，后期沉降控制良好(如圖3所示)。

5 結(jié)語

從北橫通道主線盾構(gòu)拔樁施工來看，F(xiàn)CEC工藝能有效地完成地下樁基清除工作，同時通過對周邊環(huán)境的監(jiān)測可以得出結(jié)論，F(xiàn)CEC工藝對周邊環(huán)境影響很小。整個拔樁過程中可以有效控制土體沉降，有效控制振動和噪聲，和傳統(tǒng)的拔樁工藝比較還是有較大優(yōu)勢的，唯一的缺點(diǎn)就是經(jīng)濟(jì)性不高。希望隨著城市道路的不斷建設(shè)，建設(shè)者們將繼續(xù)摸索探尋，國產(chǎn)化FCEC拔樁設(shè)備的主要核心部件，真正做到“中國制造”，這樣成本高的問題也能得到有效緩解。