既有樁基拔除對周邊環(huán)境影響的控制措施

史皓勇

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

隨著城市開發(fā)對剩余地面空間利用的日趨飽和，越來越多的老建筑因無法滿足現(xiàn)代化的使用需求而面臨改造。如老建筑的原有基礎(chǔ)形式無法滿足結(jié)構(gòu)要求，在改造中可能涉及基礎(chǔ)部分及工程樁的清除工作。

本文以上海中美信托金融大廈老工程樁拔除工程為背景，通過研究拔樁工程的設(shè)備、全過程工藝，并對工程樁拔除對周邊環(huán)境的影響進行分析，為類似工程積累了寶貴經(jīng)驗。

由于項目的特殊性，部分既有的主樓工程樁與現(xiàn)有設(shè)計擬建地下連續(xù)墻位置重疊，需將該部分重疊位置的既有主樓工程樁拔除，原工程樁設(shè)計深度為－65 m，擬建地下連續(xù)墻設(shè)計深度為－51 m，本次清障深度至地下連續(xù)墻底標(biāo)高。基坑圍護措施為鉆孔灌注樁排樁，在基坑?xùn)|側(cè)有已施工的圍護樁，樁身長度為25 m左右，距離擬建地下連續(xù)墻邊緣約6 m。在上海地區(qū)幾乎無類似的工程經(jīng)驗可借鑒，且項目地處市中心地段，北側(cè)鄰近軌交12號線區(qū)間，周圍有老式居民房及市政管線，對拔樁工程提出了很高的環(huán)境保護要求。

1 施工工藝

拔樁采用RT-200H全回轉(zhuǎn)鉆機，整套設(shè)備包括全回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、鋼套管、沖抓斗。全回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置夾緊鋼套管進行360°回轉(zhuǎn)鉆進，在壓入力和扭矩的共同作用下將直徑2 000 mm或1 500 mm的鋼套管壓入土層深部，首節(jié)鋼套管帶合金刀頭，在鉆進的同時切割障礙物。

先在鋼套管內(nèi)部配合楔形錘對障礙物進行切割、破碎、扭斷，并將既有工程樁周圍的土體及障礙物切削后與土體分離，實現(xiàn)減摩，以達到在拔除舊樁時減少起拔力的作用。之后再用沖抓斗清除管內(nèi)土體和障礙物，直到清障至新建地下連續(xù)墻底部以下1 m。最后及時向套管內(nèi)回填摻入水泥土及噴射粉煤灰溶液，并在回填的同時逐節(jié)拔除鋼套管。

2 環(huán)境變化數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

在工程進行到3—4月時，測斜及沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)有大幅度變化（圖1～圖3）。

由圖1～圖3可見，相較于20 m深度處的最大變形量（測斜，下同）近45 mm，35 m深度處的最大變形量達到了近80 mm，并有持續(xù)發(fā)展的趨勢。

圖1 20 m深度處測斜結(jié)果

圖2 35 m深度處測斜結(jié)果

圖3 地表沉降結(jié)果

2.1 環(huán)境變化因素分析

2.1.1 樁體長度過長，側(cè)向土壓力大

天然結(jié)構(gòu)性土體在工程實踐中易受擾動，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度降低，工程性質(zhì)改變。這種施工過程中土體受到的原位施工擾動有別于現(xiàn)場取土、應(yīng)力釋放等引起的試樣擾動[1]。原工程樁清障深度達51 m，即使在拔除樁體后及時回填，仍會因原土體結(jié)構(gòu)破壞，回填土自身存在孔隙率較低、密實度較差的情況，而需一定時間沉降后才會趨于穩(wěn)定。兩側(cè)原狀土也因側(cè)向土壓力而向內(nèi)側(cè)滑動，導(dǎo)致土體測斜數(shù)據(jù)較大。

2.1.2 施工區(qū)域密集，施工周期短

受到工期限制，總計50根的密集型既有主樓工程樁需要在有限時間內(nèi)完成拔除，由于位置相對集中，在連續(xù)拔樁的過程中對該區(qū)域土體形成了條狀的擾動，使得變形數(shù)據(jù)持續(xù)增大。

2.1.3 鋼套管穿破地下承壓水層，可能造成水土流失

土體結(jié)構(gòu)性取決于土體的內(nèi)因和外因的綜合作用。內(nèi)因是指土體本身的顆粒形狀、孔隙形狀、含水率、密實度等，外因是指水、風(fēng)、地震及其他荷載等外部環(huán)境因素[2]。

根據(jù)施工情況的初步判斷，該區(qū)域地下40～45 m深處有承壓含水層，因為清障深度需超承壓水層標(biāo)高，所以可能在套管穿越承壓含水層時造成一定程度的水土流失，對周邊土體產(chǎn)生一定的影響。

2.1.4 拔除過程中的錘擊對周邊土體的影響

1）錘擊工藝中對周邊土體最主要的影響是振動，嚴重時將導(dǎo)致房屋傾斜，墻體開裂等[3]。由于部分既有工程樁擴徑嚴重，樁體直徑大于1.5 m后，垂直度稍有偏差就極易出現(xiàn)悶管現(xiàn)象。為了使管壁與樁體脫離，須采用錘擊的方法將混凝土樁體擊碎，錘擊過程中對周邊土體影響較大，對周邊回填時間比較短的樁孔的影響更甚，由于剛回填的樁孔未形成強度，很不穩(wěn)定，錘擊振動后加劇了變形量。

2）在拔樁過程中，鋼筋混凝土樁體采用全回轉(zhuǎn)鉆機扭斷，將吊耳與樁體鋼筋焊接后用履帶吊將樁體吊出樁孔，素混凝土樁體部分采用抓斗沖抓將樁體取出樁孔，抓斗沖抓過程中形成的振動也將影響周邊土體的穩(wěn)定性。

2.1.5 回填方式及回填質(zhì)量

樁體拔除后，為避免周邊土體向孔內(nèi)偏移，需將土體回填至自然地坪。若只利用素土回填，因其非原狀土，無法起到抵抗周圍土體壓力的作用。采用何種方式以及何種回填材料進行回填需根據(jù)場地情況進行及時調(diào)整，以實現(xiàn)在確保回填質(zhì)量的同時又能最大限度降低因回填施工造成的對周邊環(huán)境的影響。土料含水量的控制也至關(guān)重要：含水量太小，易影響夯實（碾壓）的效果，造成回填土不密實；含水量太大，易形成橡皮土[4]。

1）回填方式起初采用重錘強夯法，因其實施過程中需在回填部分土體后立即采用重錘夯擊，會產(chǎn)生較大的施工噪聲和振動，對附近居民生活造成一定影響。另外，根據(jù)理論經(jīng)驗，夯擊過程中，夯點周邊地基土存在局部大變形現(xiàn)象[5]?；谶@兩點，后調(diào)整回填方式為水泥土高拋。

2）回填土料為原狀土翻出曬干并拌入總質(zhì)量為5%水泥后的水泥土，水泥土在固結(jié)前有一定的可塑性。但同時又因其達到一定強度需要時間，在回填初期無法達到理想的回填效果。

3）受制于后階段的地下連續(xù)墻施工，回填時無法采用高強度材料，擾動土體不可采用二次加固，以免形成二次障礙物。

2.1.6 缺少有效圍護隔斷措施

此次拔樁作業(yè)的圍護措施為基坑?xùn)|側(cè)的鉆孔灌注樁排樁支護，設(shè)計深度為－25 m。從環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，變形方向主要為從基坑外朝向基坑內(nèi)。從現(xiàn)場情況不難看出，這一情況的出現(xiàn)，主要原因為場內(nèi)存在原先施工的200余根工程樁，起到了基坑內(nèi)側(cè)的土體支護作用，而另一側(cè)的圍護措施僅為25 m的圍護排樁，支護效果相對較差。兩側(cè)土體的抗側(cè)斜能力的強弱不同造成了最終土體向單邊側(cè)移的形態(tài)。

2.2 工藝優(yōu)化及針對措施

2.2.1 合理安排拔樁順序，控制施工節(jié)奏

1）剩余既有工程樁拔除過程中，跳隔距離盡可能大，采用“一跳二”或“一跳三”的形式拔樁，并確保相鄰2根樁施工間隔時間不少于15 d，待相鄰樁孔內(nèi)回填土相對穩(wěn)定后再進行拔樁施工。

2）如果工況允許，可考慮在清障完成后，盡早安排后續(xù)圍護體工作跟進，及早形成側(cè)向擋土功能，減小擾動土體的自然沉降及縮短天然土體的側(cè)移時間。

2.2.2 拔樁成孔過程中，鉆頭迅速通過承壓含水層

根據(jù)本項目前期施工情況判斷分析，靠近吳淞路一側(cè)深度40～45 m為承壓含水層，當(dāng)鋼套管刀頭進入該土層時，應(yīng)連續(xù)施工，快速穿越承壓含水層，減少涌入鋼套管內(nèi)的水土量。類比其他項目，如遇透水性較強的土層，鉆頭穿越透水層時不可進行斷樁、拔樁、抓斗取土等施工作業(yè)，直至管底標(biāo)高超越透水層3 m以上，方可進行其他工序的操作。

2.2.3 回填土?xí)r確保鋼套管內(nèi)土塞厚度

1）由于拔樁深度達到52 m左右，土體側(cè)向壓力強度值最大10 000 kN/m，樁孔回填過程中，通過加大土塞厚度，利用鋼套管內(nèi)回填土料的自重來抵消部分土體側(cè)向壓力。確保設(shè)備在正常工作的情況下，土塞厚度盡可能控制在20～30 m之間。但前提條件是回填土料必須具有一定的和易性及流動性。

2）控制起拔鋼套管的速度，并在起拔鋼套管的同時，左右轉(zhuǎn)動鋼套管，提高鋼套管內(nèi)的回填土密實度，并可防止周邊土體側(cè)向壓力快速集中釋放。拔管速度應(yīng)控制在≤0.2 m/min。

2.2.4 嚴格控制回填土料的拌和質(zhì)量，優(yōu)化回填工藝

1）使用黏土與水泥均勻拌和的水泥土作為樁孔填充料，控制水泥土中摻入的水泥為總質(zhì)量的5%，并攪拌均勻。通過挖掘機斗容積及回填斗數(shù)嚴格控制實際回填量，使其與理論計算量相符。

2）清孔至設(shè)計要求深度。在回填土料之前，可先在鋼套管內(nèi)灌水，灌水深度宜高于承壓水層，以增加管體內(nèi)部質(zhì)量。本項目根據(jù)地質(zhì)報告，灌水水位高度為15 m。灌水完成后回填水泥土料，拔管時管壁的回轉(zhuǎn)會起到一定的振動和拌和作用，有利于水泥土均勻分布于管底。為避免水下作業(yè)法引起場地內(nèi)積水，可在附近場地上挖掘泥漿池來儲存樁孔內(nèi)溢出的泥漿。

3）樁孔回填完成后，應(yīng)將全回轉(zhuǎn)鉆機移除，并盡快對樁孔進行高壓注漿處理，注漿漿液采用水灰比為1∶1的粉煤灰漿液。

2.2.5 減少錘擊對周邊土體的影響

1）避免錘擊樁體。鋼套管鉆進過程中嚴格控制轉(zhuǎn)動鋼套管的扭矩，發(fā)現(xiàn)扭矩明顯變大時，應(yīng)立即停止鉆進，查明原因?；蛟阡撎坠軆?nèi)適當(dāng)加水，減小鋼套管內(nèi)壁的摩擦力，減少悶管現(xiàn)象的發(fā)生。

2）抓斗沖抓素混凝土樁體時，控制抓斗沖抓時的下落高度，盡量控制在3 m以內(nèi)，減少沖抓時的振動影響。

3 結(jié)語

通過對本次清障工程進行總結(jié)，有如下階段性經(jīng)驗：

1）對工程樁的清除范圍應(yīng)考慮適量的樁體擴徑可能，清除范圍可較擬建區(qū)域適當(dāng)擴大，避免經(jīng)切削后的混凝土塊在后期施工中成為二次障礙物。

2）施工前，如果周邊存在保護建筑及敏感管線等因素，應(yīng)考慮采取有效的圍護措施，以隔斷施工對其造成的影響，圍護深度至少與拔樁深度相同。本次拔樁作業(yè)位于基坑外側(cè)深25 m的圍護灌注樁起到了很好的支護作用，－25 m以上的土體變形得到了很好的控制。

3）建議在拔樁清障作業(yè)完成后，盡早進行后續(xù)原位工程作業(yè)，避免擾動土體產(chǎn)生過多沉降，繼而破壞周圍土體結(jié)構(gòu)。

4）針對超深拔樁工程施工仍有許多待探索的領(lǐng)域，不僅需要對實施設(shè)備、工藝、回填材料及措施等進行控制，如何在完成深層障礙物清除的同時，最大限度地保持土體原來的平衡狀態(tài)，減少清障對周邊環(huán)境的影響更是清障工程難度的核心所在。