緊鄰地鐵的地下深層障礙物清除及基坑圍護結(jié)構(gòu)連續(xù)施工技術(shù)

張少駿 周 強 侯海芳

中國建筑第八工程局有限公司上海分公司 上海 200433

1 工程概況

上海國際航空服務(wù)中心（X-1地塊）位于上海市徐匯區(qū)黃浦江南延伸區(qū)域，基地總面積37 131 m2，建筑面積238 737 m2。

項目基坑開挖面積約33 000 m2，分7個分區(qū)施工，開挖深度：1區(qū)～3區(qū)大面區(qū)域為15.7 m，場地西側(cè)4區(qū)～7區(qū)為11.5 m?；泳o鄰上海市軌道交通11號線，距離基坑最近處僅8.3 m（圖1）。

圖1 基坑分區(qū)平面布置

云錦路過街連通道東側(cè)工作井伸入項目基坑5區(qū)內(nèi)，影響基坑咬合樁圍護結(jié)構(gòu)施工，作為坑內(nèi)障礙物需要清除（圖2）。圍護結(jié)構(gòu)采用φ1 200mm@950mm咬合樁，樁身標(biāo)高－26.40～－2.00 m，樁體埋深L=24.4 m，圍護長度約15 m，共計有15根。

圖2 工作井與圍護結(jié)構(gòu)平面

2 施工重、難點分析及對策

1）工程緊鄰地鐵，周邊環(huán)境復(fù)雜，地鐵保護要求高；施工場地狹小，施工難度大。運用全回轉(zhuǎn)鉆機在障礙物原地進行鋼套管內(nèi)旋轉(zhuǎn)切割清障取土、成孔，并兼作圍堰，完成下鋼筋籠與混凝土澆筑等咬合樁施工工序。該方法無需增設(shè)臨時圍護結(jié)構(gòu)、降水體系和泥漿循環(huán)系統(tǒng)，能有效解決場地狹小、施工受限的難題，尤其是施工無擾動，對周邊環(huán)境影響極小，噪聲低，場地干凈，綠色環(huán)保。

2）障礙物埋深深，清除較困難，同時還需在較短時間內(nèi)快速完成后續(xù)咬合樁圍護體系，工期緊迫。采用原位清障、原位施工后續(xù)圍護結(jié)構(gòu)，清障與咬合樁圍護結(jié)構(gòu)連續(xù)施工，大大節(jié)約了時間。全套管切割障礙物后，就原清障孔位進行咬合樁施工，采用硬咬合工藝咬合相鄰樁體，形成咬合排樁，最后咬合排樁兩端切割并咬合與之相接的地下連續(xù)墻，形成一套完整、封閉的圍護結(jié)構(gòu)體系。

3 總體施工方法及技術(shù)

3.1 工藝原理

清障采用全回轉(zhuǎn)鉆機驅(qū)動鋼套管在（待施工圍護咬合樁）樁周作360°旋轉(zhuǎn)切割鉆進，對咬合樁施工區(qū)域障礙物進行分離，套管內(nèi)側(cè)裝有刀盤，旋轉(zhuǎn)破碎套管內(nèi)脫離的障礙物，而后利用沖抓斗清除套管內(nèi)雜物直至設(shè)計標(biāo)高；待地下障礙物全部清除完畢后，原位跟進咬合排樁圍護施工，咬合樁采用硬咬合工藝，即運用鋼套管旋轉(zhuǎn)下壓成孔，鋼套管兼作咬合樁護壁圍堰，灌注混凝土成樁，待先施工樁體終凝后，后施工樁體運用鋼套筒旋轉(zhuǎn)下壓切割先施工已終凝樁體的素混凝土區(qū)域，使樁體部分圓周相嵌相咬，形成樁體相互咬合的無縫銜接，最后形成的咬合排樁起始兩端硬咬合場地內(nèi)前期已施工完成的地下連續(xù)墻，使之形成封閉的地下圍護結(jié)構(gòu)[1-3]。

3.2 施工工藝流程及控制要點

3.2.1 清障施工

1）表層清障。人工配合鎬頭機揭除工作井頂板混凝土，工作井內(nèi)側(cè)壁上下端植臨時封堵墻主筋，施工厚400mm臨時封堵墻，適當(dāng)養(yǎng)護后，利用本工程場內(nèi)三軸攪拌樁水泥置換土回填工作井，壓實整平，為深層清障做好前期準(zhǔn)備。

2）放樣、測定清障孔位。表層清渣完畢后，依據(jù)咬合樁的設(shè)計樁位，測量放樣出待清障的孔位中心，并做好相應(yīng)標(biāo)定。

3）施工鋼筋混凝土導(dǎo)墻：依放樣的清障孔位，施工厚600mm的C30鋼筋混凝土導(dǎo)墻（兩邊外擴2 500mm）內(nèi)配φ16mm@150mm×150mm雙層雙向鋼筋網(wǎng)片，為全套管鉆機和吊裝設(shè)備提供一個平整、堅實穩(wěn)固的工作平臺，導(dǎo)墻定位孔徑宜比咬合樁樁徑大20mm，以便完全包含咬合樁，徹底清障。

4）全回轉(zhuǎn)鉆機就位。全回轉(zhuǎn)鉆機由液壓動力設(shè)備、鋼套管、鉆頭等組成，組件較重，吊機配合吊裝。導(dǎo)墻養(yǎng)護達到強度后，拆除模板重新定位放樣排樁中心位置，將點位引到導(dǎo)墻頂面上，作為鉆機定位控制點。全回轉(zhuǎn)鉆機先移機至導(dǎo)墻上初步定位，再精調(diào)，調(diào)整鉆機的水平位置和垂直度，使鉆機抱管器中心與定位在導(dǎo)墻上的孔位中心一致。

5）安裝鋼套管。全回轉(zhuǎn)鉆機就位后，吊裝鋼套管在鉆機鉗口中，使其順插入鉆機抱管器中，調(diào)整垂直度，使鋼套管中心、抱管器中心與清障孔位中心保持在一條直線上，隨即固定鋼套管并校準(zhǔn)后即可進行切割清障工作。

6）套管鉆進、破碎障礙物。鋼套管安裝就位后，在液壓系統(tǒng)驅(qū)動下，鋼套管旋轉(zhuǎn)切割并鉆進沉入地下，將障礙物與四周原狀結(jié)構(gòu)實施切斷、分離。同時鋼套管底端鑲嵌鋸齒狀的鈦合金刀頭，在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的驅(qū)動下作360°旋轉(zhuǎn)壓入和切削，即使套管周邊存在其他硬質(zhì)障礙物，也能一并切割穿透，時刻關(guān)注鋼套管垂直度，直至沉入到預(yù)定深度。

7）深度清除孔內(nèi)障礙物。鋼套管每切割、鉆進2.5～5.0 m深度，用抓斗從套管內(nèi)取土，一邊抓土、一邊繼續(xù)下壓套管，始終保持套管底口超前于開挖面深度2.5 m及以上。每一節(jié)套管全部壓入土中后（管口以上留1.2～1.5 m，以便于接管），保證垂直度合格的情況下繼續(xù)施工；渣土外運，直至清障完畢。

8）回填土、鉆機移位。待單孔清障完畢后，管內(nèi)回填場地內(nèi)施工的三軸水泥攪拌樁置換土，在回填的同時上拔鋼套管。回填至樁頂后，鉆機移位，進入下一道樁孔位清障施工工序，直至全部清除完畢[4]。

3.2.2 咬合樁施工

咬合樁分A、B共2種樁體（圖3），先施工A型樁（A樁內(nèi)設(shè)計方形鋼筋籠），待A型樁終凝后，再施工B型樁（B樁內(nèi)設(shè)計圓形鋼筋籠），B型樁切割咬合A型樁的素混凝土部分直至形成咬合排樁，最后咬合排樁兩端部（圖3中B1和B8樁）同前期已施工的地下連續(xù)墻咬合，形成封閉的基坑圍護體系。具體施工流程如下[5-6]：

圖3 咬合樁樁體及周圍環(huán)境示意

1）樁位放樣、鉆機就位與鋼套管安裝。待全部清障完畢后，依咬合樁設(shè)計樁位，二次測量放樣孔位中心，并做好標(biāo)定。然后，全回轉(zhuǎn)鉆機二次就位與安放鋼套管，方法同清障。

2）取土成孔。液壓系統(tǒng)操作同清障施工，一邊抓土（對于后施工樁體時，硬咬合還需切割先施工終凝樁體的素混凝土區(qū)域）一邊繼續(xù)下壓套管，保證垂直度合格的情況下繼續(xù)施工，直至達到樁底設(shè)計標(biāo)高，做好成孔檢測與驗收。

3）吊裝A/B型樁體鋼筋籠。成孔檢測合格后，進行吊裝鋼筋籠工作，鋼筋籠按設(shè)計規(guī)格、材料及制作規(guī)范預(yù)先分段制作。鋼筋籠運至孔口邊安裝時，及時測量鋼筋籠下放長度保證鋼筋籠下放標(biāo)高正確；同時，籠體應(yīng)保持垂直狀態(tài)輕提緩放，避免碰撞孔壁；若下放遇阻應(yīng)停止，查明原因進行相應(yīng)處理后再行下放，嚴(yán)禁將鋼筋籠高起猛落，強行下放。鋼筋籠起吊、運輸和安裝中采取三點吊，統(tǒng)一指揮，防止鋼筋籠變形。

4）灌注混凝土。咬合樁采用水下C35、抗?jié)B等級P8混凝土。先沿鋼筋籠內(nèi)側(cè)緩慢下放導(dǎo)管至孔底，再將混凝土倒入集料斗中，由吊機吊至孔口，倒入導(dǎo)管上部的貯料斗中。灌注過程中，一邊灌注一邊上拔鋼套管和混凝土導(dǎo)管，直至將混凝土灌至樁頂標(biāo)高（宜高出500mm）；勤量測混凝土面高度，拔套管不宜過快，確保套管埋深不低于灌注面2 m，同時混凝土導(dǎo)管埋置于灌注面以下。

5）拔管成樁、養(yǎng)護。單樁澆筑完畢后，先跳躍式連續(xù)施工幾個A型樁，給先施工的A型樁一定的養(yǎng)護時間，待A型樁強度達到要求后再施工B型樁，實現(xiàn)硬咬合。施工成樁順序為：A1→A2→A3→B2→A4→B3→B4→A5→A6→A 7→B5→B6→B7→B8→B1。

6）清洗機具、鉆機移位。混凝土灌注完成后清洗機具，鉆機移位準(zhǔn)備施工下一根樁，直至施工完畢。

3.2.3 施工注意要點

1）導(dǎo)墻孔口定位允許誤差為10mm。在清障時，孔深范圍內(nèi)的地下障礙物務(wù)必一次性清理干凈，避免二次清理。

2）全回轉(zhuǎn)鉆機就位對中準(zhǔn)確，分初就位和二次精確定位（含垂直度），確保咬合樁樁位同前期清障孔位在同一位置。

3）鉆機下壓套管時，實時檢測、調(diào)整套管的垂直度，確保樁的垂直度＜0.3%；鋼筋籠下放時，籠體保持垂直狀態(tài)輕提緩放。

4）按設(shè)計要求，選取20%或至少5根咬合樁預(yù)埋聲測管，并按相關(guān)技術(shù)規(guī)程要求進行樁身質(zhì)量檢測。

5）混凝土灌注時，勤量測導(dǎo)管埋入深度和混凝土澆筑面標(biāo)高，注意始終保持導(dǎo)管底低于混凝土面不小于2.5 m。混凝土灌注至樁頂后，需超灌約50 cm高度，確保樁頂混凝土質(zhì)量。

6）樁的充盈系數(shù)不小于1.0，以確保樁內(nèi)混凝土密實，保證成樁質(zhì)量。

4 綜合效果分析

相比于傳統(tǒng)的地下障礙物清除和圍護結(jié)構(gòu)施工，本工藝具有技術(shù)先進、環(huán)境影響小、工期短、圍護成型質(zhì)量高等良好的綜合社會效益和經(jīng)濟效益，具體如下：

1）相對于傳統(tǒng)的大開挖后清除地下障礙物或設(shè)置臨時圍護體系后開挖清除障礙物工藝，本工藝無需增設(shè)臨時圍護結(jié)構(gòu)、降水體系和泥漿循環(huán)系統(tǒng)，能有效地解決場地狹小、施工受限的難題，節(jié)省場地，節(jié)約成本；且咬合樁可進行任意角度的咬合銜接，相鄰兩樁硬咬合無竄孔隱患、咬合緊密無縫隙、無滲漏點，外觀圓順、止水效果優(yōu)良，具有較高的施工技術(shù)水平（圖4）。

圖4 咬合樁實施效果

2）相對于傳統(tǒng)地下障礙物清除工藝，本工藝無臨時地下圍護結(jié)構(gòu)施工養(yǎng)護、降水井打設(shè)及降水施工、土方開挖等施工環(huán)節(jié)，而是直接采用全回轉(zhuǎn)鉆機配合大直徑的鋼套管清除障礙物并與咬合樁圍護結(jié)構(gòu)連續(xù)施工，節(jié)約了時間。

5 結(jié)語

原位清障、原位施工后續(xù)圍護結(jié)構(gòu)，鋼套管兼作咬合樁圍堰，實現(xiàn)清障與咬合樁圍護結(jié)構(gòu)連續(xù)施工，在工程中得到成功應(yīng)用，為以后類似工程提供了成功實例。本技術(shù)旨在解決鄰近地鐵環(huán)境要求高以及施工場地狹小等問題，施工核心借助咬合樁徑內(nèi)清障與硬咬合圍護結(jié)構(gòu)施工體系，以快速完成清障和圍護結(jié)構(gòu)施工，對周圍環(huán)境影響極小，而咬合樁施工技術(shù)目前已較成熟，很好地滿足施工各方要求，具有一定的市場應(yīng)用前景。