城市中心緊湊場地的深基坑工程清障技術(shù)研究

徐 杰

上海環(huán)江投資發(fā)展有限公司 上海 200135

當(dāng)前城市可施工場地條件越發(fā)復(fù)雜嚴(yán)苛，多數(shù)工程會(huì)在有建筑舊址的場地上進(jìn)行建造，場內(nèi)普遍存在有舊建筑物的地基、樁基和地面原有市政設(shè)施的情況，需要在工程開展前抓緊清理完畢。因此既要減小對原有市政設(shè)施的影響，又要將場內(nèi)障礙物清理完畢，以保證工程的進(jìn)度順利開展，成了眾多深基坑項(xiàng)目施工中的重大難點(diǎn)及關(guān)注點(diǎn)。

本文以上海浦東新區(qū)黃浦江沿岸E10單元E06-2地塊商業(yè)辦公項(xiàng)目為例，分析并研究了不同障礙物清障的一系列處理技術(shù)，通過施工措施制定及監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)控，來確保障礙物的順利清除和場內(nèi)市政設(shè)施的安全。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工程地處上海市浦東新區(qū)浦東大道內(nèi)環(huán)區(qū)域，由3棟11～17層商業(yè)主樓和部分裙房組成，地下設(shè)置3層地下室。本工程基坑總面積約15 200 m2，周長為600延長米。主樓普遍區(qū)域挖深16.00 m，坑中坑挖深17.75～19.75 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1 000 mm“兩墻合一”地下連續(xù)墻。

1.2 場內(nèi)市政設(shè)施概況

本工程場地中部存在一條給水居楊管及工作井，管道有明排段和暗埋段，其中工作井北側(cè)給水管從黃浦江對面的楊樹浦自來水廠引出，埋藏較深，南側(cè)段埋深較淺；東側(cè)及北側(cè)為明排段的敷設(shè)方式。水管管徑1 m，長度約160 m，間隔6 m設(shè)一墩式基礎(chǔ)，最近一側(cè)的管道邊離基坑不足3 m，東側(cè)最近處離基坑僅1.8 m。該管線為重要的市政管道（圖1）。

圖1 場內(nèi)障礙物分布示意

1.3 障礙物概況

本工程原為老廠區(qū)高層建筑及配套設(shè)施，現(xiàn)上部建筑已經(jīng)拆除，場地基本平整，場地的地表層為遺留建筑垃圾，建筑垃圾下存在廠房基礎(chǔ)、設(shè)備基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，地下障礙物較多，樁基圍護(hù)階段施工受到影響，導(dǎo)致無法進(jìn)行正常施工。為保證工程樁基及基坑工程的順利開展，需對原建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行探明、破除、清運(yùn)及回填、場地平整等?？紤]到場地東側(cè)居楊水管與地下障礙物距離較近，清障過程中勢必會(huì)對水管產(chǎn)生不利影響，同時(shí)基坑開挖與回筑過程中對居楊水管也會(huì)產(chǎn)生不利影響，因此需要采取適當(dāng)保護(hù)措施，確保水管安全。

根據(jù)地質(zhì)探測情況，總體劃分為五大區(qū)（A～E區(qū)），具體如表1和圖2所示。

表1 原有建筑物舊基礎(chǔ)

圖2 障礙物分區(qū)平面示意

2 工程重、難點(diǎn)

2.1 場地內(nèi)障礙物多，情況復(fù)雜

地下障礙物分布于整個(gè)場地，深淺不一，且情況各異，所以不能采取統(tǒng)一的清障方案，需制定多種不同的措施，且B區(qū)障礙物為樁基礎(chǔ)，埋藏較深，局部靠近居楊水管，清障難度高。因此，如何在保證場內(nèi)重要管線安全的情況下，順利進(jìn)行整體的清障工作成為了方案制定的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.2 水管與地面間隙小，保護(hù)措施布置難度高

居楊水管一側(cè)緊貼場地圍墻，距離約50 cm，另一側(cè)鄰近基坑，管道下方距離地面約30 cm。面對如此狹小的空間及工作面，設(shè)置有效的隔離防護(hù)措施將相當(dāng)困難。因此每一個(gè)布置細(xì)節(jié)都要經(jīng)過現(xiàn)場距離情況比對，深化得出最終結(jié)果，保證最終保護(hù)措施既不會(huì)碰到圍墻，又能起到隔離防護(hù)的作用。

3 各區(qū)域清障措施制定

結(jié)合地質(zhì)障礙物類型，綜合考慮對水管的影響，在五大區(qū)（A～E區(qū)）的基礎(chǔ)上，按與居楊水管距離8 m為界，細(xì)分為非居楊水管保護(hù)區(qū)和居楊水管保護(hù)區(qū)。針對基礎(chǔ)的類型，制定如表2所示的清障方式。

表2 各區(qū)域不同的清障方式

3.1 非居楊水管保護(hù)區(qū)域

1）障礙物A區(qū)、D區(qū)、E區(qū)及C區(qū)非鄰居楊水管區(qū)域主要障礙物形式為舊混凝土基礎(chǔ)，埋深在1.4～2.8 m之間，擬采用履帶式液壓挖機(jī)配合鎬頭機(jī)，通過放坡開挖的形式進(jìn)行清障。

施工流程：鋼板鋪設(shè)→雜填土挖除（外運(yùn)）→清除障礙（挖機(jī)挖除、鎬頭機(jī)破除）→挖除（外運(yùn)）→土方回填（水泥摻量為8%的水泥土）。

清除障礙物位置開挖前，將需挖（鑿）的部分撒好灰線，按1∶1.5坡度放坡，用挖土機(jī)挖走上部雜填土，大塊的混凝土基礎(chǔ)采用挖機(jī)鎬頭破碎，鋼筋割除重新破碎后挖走。開挖的分塊面積不超過100 m2，局部開挖、局部回填壓實(shí)，開挖過程中，密切監(jiān)視土體，嚴(yán)防坍塌。

開挖地下潛水水位較高，在開挖清除過程中需不間斷排水，以保證開挖正常進(jìn)行。土方回填前，確保施工區(qū)域的碎石、混凝土基礎(chǔ)及土方全部清理外運(yùn)完成。清障區(qū)域的三軸攪拌樁（槽壁加固）水泥摻量應(yīng)適當(dāng)提高。為確保清障后上層土體的密實(shí)度，回填土采用水泥摻量為8%的水泥土（水泥P.O 42.5）。

2）B區(qū)非鄰居楊水管區(qū)域的主要障礙物形式為舊承臺(tái)＋方樁基礎(chǔ)，承臺(tái)埋深約3.0 m，樁長約為25.7 m。對后續(xù)部分鉆孔灌注樁的施工造成影響。由于該區(qū)障礙物埋藏較深，無法進(jìn)行大面積開挖清障，所以清障方式采用SWSD3618全套管多功能鉆機(jī)清障施工。

施工流程：定位放線→鉆機(jī)定位調(diào)試→校正樁位→校正垂直度→鉆進(jìn)成孔→控制電流→鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高→校正孔深→提升鉆具、清土。

先校正樁位，無誤后進(jìn)行對位，而后校正樁機(jī)垂直度，進(jìn)一步校正對位情況，滿足要求后開鉆。鉆機(jī)對位前對樁位進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核無誤后再對位，控制對位偏差小于2.0 cm，并用麻繩將鉆具下口活瓣綁住封口，然后下放鉆具完成對位。對位后，通過調(diào)節(jié)液壓支腿調(diào)整鉆機(jī)水平，并校核鉆桿垂直度，確保其垂直度小于0.5%。

嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，分析地層情況，嚴(yán)格控制鉆進(jìn)電流，并做好記錄。在地面以上用鋼卷尺丈量鉆具長度，并做好孔深標(biāo)記。開鉆時(shí)鉆進(jìn)速度要慢，以防下口進(jìn)水涌泥，地層反轉(zhuǎn)帶上來的土應(yīng)隨鉆隨清。鉆至孔底后，由質(zhì)檢員檢查驗(yàn)收后方可終孔。將鉆機(jī)帶出的土石方倒運(yùn)至基坑邊緣，由挖機(jī)裝至自卸汽車外運(yùn)。鉆進(jìn)過程中，不得反轉(zhuǎn)或提升。

地下障礙全部清除后，在鋼套管內(nèi)回填土方，為避免坍孔等情況發(fā)生，回填作業(yè)是隨起拔套管同時(shí)進(jìn)行的。即套管正式起拔前，先在套管內(nèi)回填一定高度的回填土，再邊拔套管邊回填，始終保持套管內(nèi)回填土面高于套管底面一定高度，最終回填至場地標(biāo)高?；靥钔敛捎盟鄵搅繛?%的水泥土（水泥P.O 42.5）。

3.2 居楊水管保護(hù)區(qū)域

居楊水管退界8 m范圍內(nèi)為居楊水管保護(hù)區(qū)，在清障過程中應(yīng)充分考慮對居楊水管的影響。該區(qū)域部分障礙物為埋深在1～3 m的混凝土基礎(chǔ)，其余為承臺(tái)＋方樁基礎(chǔ)，埋深約25 m。部分方樁與地下連續(xù)墻位置重合，需清除（圖3）。通過對現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行分析，擬采取“先加固、隔離，再清障”[1]的方式對該區(qū)域進(jìn)行清障。

圖3 居楊水管平面位置

1）微擾動(dòng)雙液注漿（居楊水管基礎(chǔ)）[2]。微擾動(dòng)雙液注漿是利用注漿泵，在一定的壓力下將拌制好的水泥及水玻璃等混合漿液通過劈裂注漿管壓入指定深度的土體中，分層壓入土體中的漿液擠壓注漿管周圍的土體并迫使其排出空氣和水分，減小孔隙比，從而使土體得到擠密，經(jīng)過一定時(shí)間后漿液凝固，把原來松散的土?；蛄芽p固結(jié)在一起，形成一種高強(qiáng)的“人造石”新結(jié)構(gòu)；另一方面，漿液在土體中通過劈裂穿透，凝固后形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的漿脈，成為土體中的骨架；注漿后土體隨即形成一道隔水防滲的帷幕體。居楊水管基礎(chǔ)位置土體的強(qiáng)度和剛度得到提高，同時(shí)降低了土體的滲透系數(shù)（圖4）。

圖4 微擾動(dòng)雙液注漿施工工藝

施工流程為：測量定位放線→鉆孔引孔→插入注漿管→預(yù)埋跟蹤注漿管→注漿、提升注漿→注漿結(jié)束、封管、移位。

2）靜壓拉森鋼板樁。針對水管的位置特殊性及確保清障工程順利開展，項(xiàng)目部策劃沿管線西側(cè)打設(shè)一圈鋼板樁進(jìn)行隔離[3]，以隔斷清障階段鎬頭機(jī)施工帶來的土體振動(dòng)影響；考慮到打樁過程中也可能會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，所以項(xiàng)目部擬采用靜壓的方法打樁。樁型為Ⅳ（FSP-U）型拉森鋼板樁，有效長度6 m，鋼材牌號(hào)Q235B。引孔設(shè)備擬選用1臺(tái)螺旋鉆機(jī)，鋼板樁施打設(shè)備擬選用1臺(tái)SA100型靜壓植樁機(jī)打樁及1臺(tái)25 t汽車吊配合喂樁（圖5）。

圖5 鋼板樁施工工藝

施工流程為：測量定位放線并復(fù)核→鋼板樁施工前引孔→開挖走向溝槽→鋪設(shè)導(dǎo)向夾架→起吊鋼板樁→插樁并測量其垂直度→沉打鋼板樁并隨時(shí)觀測→拆除導(dǎo)梁→清障施工→拔除鋼板樁→鋼板樁樁孔灌漿回填→廢鋼板樁回收處理。

3）明挖＋全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔機(jī)清障[4-5]。在針對居楊水管區(qū)域的土體加固及隔離完成后，對淺層的混凝土基礎(chǔ)采用明挖＋人工鑿除的方式進(jìn)行清障；而對于深層的樁基礎(chǔ)，為最大限度地減少清障產(chǎn)生的振動(dòng)對居楊水管的影響，項(xiàng)目部擬選用RT-200H全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔機(jī)對該區(qū)域方樁進(jìn)行清除。

RT-200H全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔機(jī)是目前一種較為多見的成孔設(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)是對于地下存在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土樁、鋼樁等的地層具有較強(qiáng)的切割穿透能力，能夠?qū)屋S壓縮強(qiáng)度為137～206 MPa的巨礫、巖床進(jìn)行切削，在砂礫、軟巖層等地質(zhì)條件下，鋼套管旋轉(zhuǎn)沉入深度可以達(dá)到62 m，在淤泥、黏土層等地質(zhì)條件下，鋼套管旋轉(zhuǎn)沉入深度可以達(dá)到3 m，且切割精度高，施工垂直精度可以達(dá)到1/500。因其是在套管內(nèi)工作，所以對周邊環(huán)境的影響較小。其缺點(diǎn)是費(fèi)用較高，且對場地要求較高，施工前需鋪設(shè)較平整的硬化地坪。

全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔機(jī)清障流程：平整硬化場地→測量孔位→全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)就位對中→吊裝安放第1節(jié)套管→測控垂直度→壓入第1節(jié)套管→第2節(jié)鋼套管螺栓連接→第2節(jié)鋼套管壓入→直至鋼套管底部達(dá)到預(yù)定標(biāo)高→校對垂直度→地下清障→填充土回填壓實(shí)，逐次拔套管→全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)移位。

方樁樁頂混凝土暴露后，清除樁側(cè)周圍垃圾。劈樁清障分為兩步：第1步將鋼套管鉆入老樁的一半位置進(jìn)行劈樁，第2步將鋼套管與方樁同心壓入。由于鋼套管是全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的，且端部刀頭配置了負(fù)載控制裝置，可以確保刀頭的負(fù)載在最合適的范圍內(nèi)，且鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中可任意調(diào)節(jié)套管的回轉(zhuǎn)扭矩、回轉(zhuǎn)速度、壓入力以及夾緊力等的最高值，同時(shí)可以設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)地質(zhì)和障礙物情況進(jìn)行高效施工。

鋼套管直徑1 000 mm，長度每節(jié)6 m，壁厚48 mm，總長25 m。每沉完一節(jié)鋼管，吊裝上一節(jié)鋼管；位置對準(zhǔn)后，用高強(qiáng)螺栓連接。

考慮到本工程需清除的老樁直徑、埋深、整樁的抗拔力較大等因素，整個(gè)清樁過程將采用分段截除、吊離，多次重復(fù)的方式來實(shí)現(xiàn)。

4 施工效果及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

1）本工程針對居楊水管，通過多次討論，根據(jù)管線下支墩位置，布置監(jiān)測點(diǎn)（圖6），全階段監(jiān)控施工對管線造成的影響。

圖6 水管監(jiān)測點(diǎn)布置示意

2）清障階段的居楊水管監(jiān)測值顯示，除SS23、SS24有1 cm的沉降，其余各點(diǎn)位沉降量均不超過1 cm，且數(shù)據(jù)整體變化不大，說明清障所采取的一系列針對場內(nèi)重要管線的保護(hù)措施有明顯效果。

5 結(jié)語

本工程通過采用一系列針對性的清障措施，有效減少了清障期間對水管的影響，大部分障礙物也被清理完畢。

通過對比居楊水管的監(jiān)測數(shù)據(jù)也可以看出，管線整體沉降量不大，且未發(fā)生不均勻沉降，說明通過土體加固＋與土面隔絕的方式來減小靠近基坑邊的工作水管變形是非常有效的。該措施也可為類似情況的基坑工程的管線保護(hù)工作提供參考依據(jù)。

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