FCEC拔樁工法在緊鄰地鐵保護區工程中的應用

徐金吉

上海公路橋梁（集團）有限公司 上海 200000

近年來房地產市場的快速發展，尤其是一線城市的土地資源十分稀缺。為了充分地利用稀缺的土地資源，特別是在中心城區，經常會需要拆除老破小建構筑物，重新開發和利用地下和地上空間。FCEC拔樁工藝是目前國內比較先進的拔樁技術，相對來說能夠有效減少對于原狀土的擾動，對于周邊建筑密集或是有需要保護的建筑的情況下，特別適合用該方法施工。

1 工程概況

1.1 項目背景

本工程為某地鐵上蓋綜合開發項目，主要包括覆蓋地鐵、國鐵軌道線路的“大平臺”、裙房、塔樓、地下室、集散廣場和高架道路等。

本工程地下室基坑最大挖深15.8m，圍護結構采用地下連續墻。在施工地下連續墻前，需要首先對原有廢舊樁基進行清除。廢舊樁基原有建筑物上部結構和承臺基礎已于前期拆除完畢。樁基種類主要有PHC管樁和方樁，尺寸分別為直徑500mm和450×450mm，樁長32m和36m，均為分節預制樁，樁頂標高-1.900，樁尖深入7-2層土中大于2m。廢樁位于1號線莘莊站站臺旁，距離莘莊站站房、5號線折返線和莘莊站北出入口上下扶梯以及莘建東路位置非常近，兩側管線密集，早晚高峰人流量非常大。

圖1 項目平面位置

1.2 工程地質條件

根據地質勘查報告顯示，本項目施工場地承壓水系統由第⑦層（含3個亞層）承壓水和第⑨層（含3個亞層）承壓水組成。由于場地內缺失第⑧層粘性土層，第⑦層承壓含水層和第⑨層承壓含水層連通，整體厚度達72m。根據上海地區的區域資料，承壓水水位一般低于潛水水位，隨季節而呈周期性變化，埋深一般為3.00m-12.00m。本項目場地第⑤1-1層為灰色粉質粘土夾砂質粉土，局部零星分布砂質粉土透鏡體，項目場地范圍內并不連續分布。

根據上述資料分析可得，原有廢舊樁基已進入第⑦層承壓含水層，而本項目第⑦層承壓含水層和第⑨層承壓含水層連通，一旦拔樁作業發生管涌，出水量將是巨大的，對于沉降控制不利。

2 工藝選擇

通過收集不同的工藝進行比選，可供選擇的方案有：高壓旋噴泥漿法[1]、全回轉清障機、FCEC拔樁。

由于緊鄰地鐵邊，且位于軌道交通30m保護區范圍內拔樁施工，使用傳統高壓旋噴泥漿法拔樁施工對于周圍地層土體產生的影響較大，而且容易造成預制樁破碎，特別是斜樁的拔樁質量不容易保證。

全回轉清障機拔樁（CD機），該工藝主要是利用CD機油泵產生的向下壓力，并帶動鋼套管旋轉，驅動鋼套管管口的合金刀頭產生向下扭矩旋轉并切割土體，從而將套管鉆入地下，再利用沖抓頭沖碎樁體后在套管內進行清障。該方法在沖抓過程中將會對土體產生劇烈擾動。經過比選后決定采用FCEC全回轉拔樁工法進行拔樁施工，把對軌道交通以及周邊管線的影響降到最低。

FCEC工法拔樁機，是一臺經過改裝的100t履帶吊。以100t履帶吊為基架，吊車上配備一臺動力頭裝置，用以驅動鋼套管旋轉。首節鋼套管端部配備合金鉆頭，作用是將樁周土體旋轉切割，從而減小樁側摩阻力[2]。FCEC工法的另一個優點是，對于傾斜度30°以內的斜樁拔除效率高，不必多次下鉆套孔。薄壁鋼套管端部配備了高壓氣霧噴射器，在旋進的過程中，使得高壓氣霧從鋼套管底部噴出，有效地減小磨擦力，加快施工速度。其主要特點與優點如下：

（1）FCEC工法首先通過動力頭驅動裝置在廢樁外側鉆入鋼套管，一方面減小了樁側摩阻力，給拔樁創造有利條件，另一方面也把拔樁產生對土體的擾動控制在最小的范圍，從很大程度上保證了對于原狀地基土體結構的保護，確保了周邊地鐵線路、站臺和管線的安全，在地鐵保護區范圍內，這一點顯得尤為重要。

（2）FCEC拔樁機在套管端部鑲嵌了合金“牙齒”，確保了鋼套管的切割下沉能力，同時在鋼套管端部配備了氣霧噴射孔，后接一臺空壓機，在鉆進過程中，不斷地在鉆頭噴射水霧，潤滑和軟化切割面土體。

（3）鋼套管的規格在合理范圍內（1.5m以內）不受限制，套管采用多節連接加長，能夠適用于各種規格和長度的廢樁拔除工作。

（4）采用鋼護筒配合鋼套管。鋼護筒用于鋼套管外側，深入土體以下2-3m，其作用類似于鉆孔樁護筒，用于支撐上部孔壁土體，防止坍塌，確保安全。

3 拔樁流程

3.1 鉆機套管鉆進

（1）破鑿地面開挖露出樁頭。開挖樁頭確定樁位后，以廢樁為中心埋設鋼護筒，使兩者中心重合。鋼護筒在拔樁過程中起到定位和保護支撐上部孔壁土地，防止坍塌的作用。

（2）設備就位。確定廢樁位置，FCEC清障機走機定位，拔樁區域整平并鋪設路基箱板，調整吊車的水平和桅桿的垂直度，使鋼套管中心與樁位中心保持一致，再次復核即可進行旋轉沉入鋼套管。

圖2 FCEC拔樁機

（3）套管鉆進。考慮到預制樁垂直度較差，拔樁時鋼套管需與舊樁有一定間隙，為了施工方便，需要放大鋼套管尺寸；同時又考慮到要控制周邊沉降，需要減小對土體的擾動。綜合考慮以上因素決定，對于本工程PHC管樁采用的是760mm鋼套管，方樁采用的是1000mm鋼套管。由FCEC動力頭驅動鋼套管、配合高壓氣霧噴射裝置，快速旋轉切割下沉，順利沉入到樁底以下位置。

3.2 鋼絲繩下放與拔樁

當鋼套管下沉至樁底以下1-2m深度，完成下沉后，使用抓斗把廢樁緩慢夾出。拔樁時先通過抓斗將樁頭部位夾緊，夾樁完成后吊車緩緩起拔，拔出樁頭后用鋼絲繩鎖緊樁身，為防止拔樁后樁孔塌方，在起拔的過程中，鋼套管保留在地下。相關準備工作完成后即用吊機起拔。起拔時速度不宜過快，待起拔到一定高度后，為保證安全，實行雙點吊將舊樁拔出。考慮施工場地限制、起吊高度及安全考慮，舊樁拔除孔口一定高度后分段截除，單節截除長度不超過10m，考慮到預制樁均為分節預制，截樁位置選在預制樁接頭[3]。

圖3

3.3 回填

樁孔回填是控制后期沉降的關鍵，考慮到本工程施工區域的淤泥質土流動性較大，采用水泥土回填在拔除鋼套管時無法及時填充壁厚50mm的管壁，根據前期施工情況造成地面沉降過大，為防止拔樁后造成過大的地面沉降，本次拔樁完成采用優質粘土拌合7%水泥進行回填，回填深度同清障深度，回填土28天強度不低于0.2MPa，回填后在拔除套管過程中同步注漿，利用FCEC氣霧噴射裝置的管道注入1：0.8水泥漿填充鋼套管拔除的空隙及回填不密實的空隙，邊拔除鋼套管邊注漿。為防止水泥漿注入影響后期地墻施工，在水泥漿中加入適當的膨潤土，擬定水泥漿配合比為水：水泥：膨潤土=1：0.8：0.2。

4 施工難點及處理措施

4.1 施工重點及難點

本工程地下樁基清障的關鍵點和難點主要有兩個。

第一，施工范圍位于上海地鐵軌道交通保護區范圍內，拔樁作業對于地基必然有一定的擾動，在距離地鐵5號線如此近距離的范圍內拔樁，如何盡可能地把沉降和對地基土的擾動降到最低，以確保地鐵軌道的安全；

第二，場地內承壓水層7、9貫通，廢樁打通承壓水層，拔樁過程中對承壓水控制不到位，會發生管涌等情況發生，引起周邊地面不均勻沉降，對周邊管線和地鐵產生顯著影響。

4.2 處理措施

（1）在施工可行的前提下，盡量減小鋼套筒的尺寸。本工程對于500mmPHC管樁和450×450mm方樁拔除，分別采用直徑760mm和1000mm的鋼套筒，增加了夾樁難度，同時也減少對土體的擾動面積。

（2）優選施工工藝，在此基礎上深化施工方案，采用先起拔套管，并增加后注漿工序。本項目選擇FCEC拔樁工藝，優化常規的FCEC拔樁方案。首先拔樁順序采用跳拔形式，避免了集中拔樁對土體產生較大的擾動；其次，在先拔樁后提套管的施工方案基礎上，做出大膽改變，嘗試先提套管后拔樁，再回填，最后插入注漿管注漿填充孔隙。本項目在拔500mmPHC管樁過程中，為了減小對土體的擾動，把鋼套管的尺寸減小到了760mm，導致抓斗無法在鋼套管內順利下沉抓取廢樁。因此決定調整施工工序采取先提套管后拔樁的施工工序。這樣一來雖然樁側土體在拔樁過程中缺少了鋼套筒的保護，但在施工工效方面卻大大加快了拔樁的效率。根據施工后的監測數據來看，采用這種方法拔樁反而對于土體擾動和地表沉降的控制效果略優于前者。

（3）在提升鋼套管過程中，采用同步注漿的方式，填充套管間隙。拔樁完成后，回填水泥土，通過樁底壓入水泥漿漿液，填充回填孔隙，減小工后沉降。

（4）下鉆套管的同時，通過FCEC氣霧噴射管，不斷地在第一節切割套管下噴出高壓水霧減小磨阻力，生成的泥漿填充地下孔隙平衡地內壓力，避免在拔樁階段承壓水層發生管涌。

（5）在地鐵沿線和道路沿線布置沉降觀測點，專人負責跟蹤監測每日變化情況。

5 實施效果

根據監測報告，本次施工對于車站立柱垂直位移累計最大變化量為-3.35mm，出現在測點LCJ13；附屬結構（出入口）垂直位移累計最大變化量為1.34mm，出現在測點C16；兩處變化量均小于報警值±5.0mm。周邊管線豎向位移，單日最大變化量為0.75mm，累計最大變化量為3.88mm，分別發生于點位SS03和RQ06，小于管線日變量警戒值±2mm和累計報警值±10mm；周邊建筑物豎向位移單日最大變化量為-0.77mm，累計最大變化量為-3.02mm，分別發生于點位J5和J8，小于日變量警戒值±2mm和累計警戒值±20mm。

圖4 周邊建筑物累計變化曲線圖

通過利用FCEC拔樁工法在鄰近地鐵保護區范圍內施工，圓滿完成了本工程三期22跟PHC管樁和18跟混凝土方樁的拔除，且在施工過程中成功控制了地鐵沉降和周邊沉降，受到了監理和業主單位的一致認可。

6 結語

本次采用的FCEC全回轉拔樁工法可以說在一定程度上大大減小了對于地基土的擾動，特別是在地下水特別豐富的水文地質條件下，對于控制拔樁后的管涌也起到了一定的作用，具有一定的借鑒意義。