既有樁基拔除對周邊環境影響的控制措施

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代化的使用需求而面臨改造。如老建筑的原有基礎形式無法滿足結構要求，在改造中可能涉及基礎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備、全過程工藝，并對工程樁拔除對周邊環境的影響進行分析，為類似工程積累了寶貴經驗。

由于項目的特殊性，部分既有的主樓工程樁與現有設計擬建地下連續墻位置重疊，需將該部分重疊位置的既有主樓工程樁拔除，原工程樁設計深度為－65 m，擬建地下連續墻設計深度為－51 m，本次清障深度至地下連續墻底標高。基坑圍護措施為鉆孔灌注樁排樁，在基坑東側有已施工的圍護樁，樁身長度為25 m左右，距離擬建地下連續墻邊緣約6 m。在上海地區幾乎無類似的工程經驗可借鑒，且項目地處市中心地段，北側鄰近軌交12號線區間，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境保護要求。

1 施工工藝

拔樁采用RT-200H全回轉鉆機，整套設備包括全回轉驅動裝置、鋼套管、沖抓斗。全回轉驅動裝置夾緊鋼套管進行360°回轉鉆進，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土體和障礙物，直到清障至新建地下連續墻底部以下1 m。最后及時向套管內回填摻入水泥土及噴射粉煤灰溶液，并在回填的同時逐節拔除鋼套管。

2 環境變化數據統計及分析

在工程進行到3—4月時，測斜及沉降監測數據有大幅度變化（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，并有持續發展的趨勢。

圖1 20 m深度處測斜結果

圖2 35 m深度處測斜結果

圖3 地表沉降結果

2.1 環境變化因素分析

2.1.1 樁體長度過長，側向土壓力大

天然結構性土體在工程實踐中易受擾動，導致結構強度降低，工程性質改變。這種施工過程中土體受到的原位施工擾動有別于現場取土、應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，仍會因原土體結構破壞，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定。兩側原狀土也因側向土壓力而向內側滑動，導致土體測斜數據較大。

2.1.2 施工區域密集，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完成拔除，由于位置相對集中，在連續拔樁的過程中對該區域土體形成了條狀的擾動，使得變形數據持續增大。

2.1.3 鋼套管穿破地下承壓水層，可能造成水土流失

土體結構性取決于土體的內因和外因的綜合作用。內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、地震及其他荷載等外部環境因素[2]。

根據施工情況的初步判斷，該區域地下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悶管現象。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定性。

2.1.5 回填方式及回填質量

樁體拔除后，為避免周邊土體向孔內偏移，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場地情況進行及時調整，以實現在確保回填質量的同時又能最大限度降低因回填施工造成的對周邊環境的影響。土料含水量的控制也至關重要：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，根據理論經驗，夯擊過程中，夯點周邊地基土存在局部大變形現象[5]。基于這兩點，后調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量為5%水泥后的水泥土，水泥土在固結前有一定的可塑性。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

此次拔樁作業的圍護措施為基坑東側的鉆孔灌注樁排樁支護，設計深度為－25 m。從環境監測數據來看，變形方向主要為從基坑外朝向基坑內。從現場情況不難看出，這一情況的出現，主要原因為場內存在原先施工的200余根工程樁，起到了基坑內側的土體支護作用，而另一側的圍護措施僅為25 m的圍護排樁，支護效果相對較差。兩側土體的抗側斜能力的強弱不同造成了最終土體向單邊側移的形態。

2.2 工藝優化及針對措施

2.2.1 合理安排拔樁順序，控制施工節奏

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，待相鄰樁孔內回填土相對穩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，盡早安排后續圍護體工作跟進，及早形成側向擋土功能，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

根據本項目前期施工情況判斷分析，靠近吳淞路一側深度40～45 m為承壓含水層，當鋼套管刀頭進入該土層時，應連續施工，快速穿越承壓含水層，減少涌入鋼套管內的水土量。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，直至管底標高超越透水層3 m以上，方可進行其他工序的操作。

2.2.3 回填土時確保鋼套管內土塞厚度

1）由于拔樁深度達到52 m左右，土體側向壓力強度值最大10 000 kN/m，樁孔回填過程中，通過加大土塞厚度，利用鋼套管內回填土料的自重來抵消部分土體側向壓力。確保設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，左右轉動鋼套管，提高鋼套管內的回填土密實度，并可防止周邊土體側向壓力快速集中釋放。拔管速度應控制在≤0.2 m/min。

2.2.4 嚴格控制回填土料的拌和質量，優化回填工藝

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量的5%，并攪拌均勻。通過挖掘機斗容積及回填斗數嚴格控制實際回填量，使其與理論計算量相符。

2）清孔至設計要求深度。在回填土料之前，可先在鋼套管內灌水，灌水深度宜高于承壓水層，以增加管體內部質量。本項目根據地質報告，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。為避免水下作業法引起場地內積水，可在附近場地上挖掘泥漿池來儲存樁孔內溢出的泥漿。

3）樁孔回填完成后，應將全回轉鉆機移除，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動鋼套管的扭矩，發現扭矩明顯變大時，應立即停止鉆進，查明原因。或在鋼套管內適當加水，減小鋼套管內壁的摩擦力，減少悶管現象的發生。

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，減少沖抓時的振動影響。

3 結語

通過對本次清障工程進行總結，有如下階段性經驗：

1）對工程樁的清除范圍應考慮適量的樁體擴徑可能，清除范圍可較擬建區域適當擴大，避免經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。本次拔樁作業位于基坑外側深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完成后，盡早進行后續原位工程作業，避免擾動土體產生過多沉降，繼而破壞周圍土體結構。

4）針對超深拔樁工程施工仍有許多待探索的領域，不僅需要對實施設備、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，減少清障對周邊環境的影響更是清障工程難度的核心所在。