城市中心緊湊場地的深基坑工程清障技術研究

徐 杰

上海環江投資發展有限公司 上海 200135

當前城市可施工場地條件越發復雜嚴苛，多數工程會在有建筑舊址的場地上進行建造，場內普遍存在有舊建筑物的地基、樁基和地面原有市政設施的情況，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施的影響，又要將場內障礙物清理完畢，以保證工程的進度順利開展，成了眾多深基坑項目施工中的重大難點及關注點。

本文以上海浦東新區黃浦江沿岸E10單元E06-2地塊商業辦公項目為例，分析并研究了不同障礙物清障的一系列處理技術，通過施工措施制定及監測數據監控，來確保障礙物的順利清除和場內市政設施的安全。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工程地處上海市浦東新區浦東大道內環區域，由3棟11～17層商業主樓和部分裙房組成，地下設置3層地下室。本工程基坑總面積約15 200 m2，周長為600延長米。主樓普遍區域挖深16.00 m，坑中坑挖深17.75～19.75 m。圍護結構采用厚1 000 mm“兩墻合一”地下連續墻。

1.2 場內市政設施概況

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，南側段埋深較淺；東側及北側為明排段的敷設方式。水管管徑1 m，長度約160 m，間隔6 m設一墩式基礎，最近一側的管道邊離基坑不足3 m，東側最近處離基坑僅1.8 m。該管線為重要的市政管道（圖1）。

圖1 場內障礙物分布示意

1.3 障礙物概況

本工程原為老廠區高層建筑及配套設施，現上部建筑已經拆除，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、設備基礎、結構基礎，地下障礙物較多，樁基圍護階段施工受到影響，導致無法進行正常施工。為保證工程樁基及基坑工程的順利開展，需對原建筑物基礎進行探明、破除、清運及回填、場地平整等。考慮到場地東側居楊水管與地下障礙物距離較近，清障過程中勢必會對水管產生不利影響，同時基坑開挖與回筑過程中對居楊水管也會產生不利影響，因此需要采取適當保護措施，確保水管安全。

根據地質探測情況，總體劃分為五大區（A～E區），具體如表1和圖2所示。

表1 原有建筑物舊基礎

圖2 障礙物分區平面示意

2 工程重、難點

2.1 場地內障礙物多，情況復雜

地下障礙物分布于整個場地，深淺不一，且情況各異，所以不能采取統一的清障方案，需制定多種不同的措施，且B區障礙物為樁基礎，埋藏較深，局部靠近居楊水管，清障難度高。因此，如何在保證場內重要管線安全的情況下，順利進行整體的清障工作成為了方案制定的重點和難點。

2.2 水管與地面間隙小，保護措施布置難度高

居楊水管一側緊貼場地圍墻，距離約50 cm，另一側鄰近基坑，管道下方距離地面約30 cm。面對如此狹小的空間及工作面，設置有效的隔離防護措施將相當困難。因此每一個布置細節都要經過現場距離情況比對，深化得出最終結果，保證最終保護措施既不會碰到圍墻，又能起到隔離防護的作用。

3 各區域清障措施制定

結合地質障礙物類型，綜合考慮對水管的影響，在五大區（A～E區）的基礎上，按與居楊水管距離8 m為界，細分為非居楊水管保護區和居楊水管保護區。針對基礎的類型，制定如表2所示的清障方式。

表2 各區域不同的清障方式

3.1 非居楊水管保護區域

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

施工流程：鋼板鋪設→雜填土挖除（外運）→清除障礙（挖機挖除、鎬頭機破除）→挖除（外運）→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，用挖土機挖走上部雜填土，大塊的混凝土基礎采用挖機鎬頭破碎，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，開挖過程中，密切監視土體，嚴防坍塌。

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

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

施工流程：定位放線→鉆機定位調試→校正樁位→校正垂直度→鉆進成孔→控制電流→鉆至設計標高→校正孔深→提升鉆具、清土。

先校正樁位，無誤后進行對位，而后校正樁機垂直度，進一步校正對位情況，滿足要求后開鉆。鉆機對位前對樁位進行復核，復核無誤后再對位，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，通過調節液壓支腿調整鉆機水平，并校核鉆桿垂直度，確保其垂直度小于0.5%。

嚴格控制鉆進速度，分析地層情況，嚴格控制鉆進電流，并做好記錄。在地面以上用鋼卷尺丈量鉆具長度，并做好孔深標記。開鉆時鉆進速度要慢，以防下口進水涌泥，地層反轉帶上來的土應隨鉆隨清。鉆至孔底后，由質檢員檢查驗收后方可終孔。將鉆機帶出的土石方倒運至基坑邊緣，由挖機裝至自卸汽車外運。鉆進過程中，不得反轉或提升。

地下障礙全部清除后，在鋼套管內回填土方，為避免坍孔等情況發生，回填作業是隨起拔套管同時進行的。即套管正式起拔前，先在套管內回填一定高度的回填土，再邊拔套管邊回填，始終保持套管內回填土面高于套管底面一定高度，最終回填至場地標高。回填土采用水泥摻量為8%的水泥土（水泥P.O 42.5）。

3.2 居楊水管保護區域

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

圖3 居楊水管平面位置

1）微擾動雙液注漿（居楊水管基礎）[2]。微擾動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，經過一定時間后漿液凝固，把原來松散的土粒或裂縫固結在一起，形成一種高強的“人造石”新結構；另一方面，漿液在土體中通過劈裂穿透，凝固后形成空間網狀結構的漿脈，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。居楊水管基礎位置土體的強度和剛度得到提高，同時降低了土體的滲透系數（圖4）。

圖4 微擾動雙液注漿施工工藝

施工流程為：測量定位放線→鉆孔引孔→插入注漿管→預埋跟蹤注漿管→注漿、提升注漿→注漿結束、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，項目部策劃沿管線西側打設一圈鋼板樁進行隔離[3]，以隔斷清障階段鎬頭機施工帶來的土體振動影響；考慮到打樁過程中也可能會產生振動，所以項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Q235B。引孔設備擬選用1臺螺旋鉆機，鋼板樁施打設備擬選用1臺SA100型靜壓植樁機打樁及1臺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：測量定位放線并復核→鋼板樁施工前引孔→開挖走向溝槽→鋪設導向夾架→起吊鋼板樁→插樁并測量其垂直度→沉打鋼板樁并隨時觀測→拆除導梁→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＋全套管全回轉鉆孔機清障[4-5]。在針對居楊水管區域的土體加固及隔離完成后，對淺層的混凝土基礎采用明挖＋人工鑿除的方式進行清障；而對于深層的樁基礎，為最大限度地減少清障產生的振動對居楊水管的影響，項目部擬選用RT-200H全套管全回轉鉆孔機對該區域方樁進行清除。

RT-200H全套管全回轉鉆孔機是目前一種較為多見的成孔設備，其優點是對于地下存在鋼筋混凝土結構、鋼筋混凝土樁、鋼樁等的地層具有較強的切割穿透能力，能夠對單軸壓縮強度為137～206 MPa的巨礫、巖床進行切削，在砂礫、軟巖層等地質條件下，鋼套管旋轉沉入深度可以達到62 m，在淤泥、黏土層等地質條件下，鋼套管旋轉沉入深度可以達到3 m，且切割精度高，施工垂直精度可以達到1/500。因其是在套管內工作，所以對周邊環境的影響較小。其缺點是費用較高，且對場地要求較高，施工前需鋪設較平整的硬化地坪。

全套管全回轉鉆孔機清障流程：平整硬化場地→測量孔位→全套管全回轉鉆機就位對中→吊裝安放第1節套管→測控垂直度→壓入第1節套管→第2節鋼套管螺栓連接→第2節鋼套管壓入→直至鋼套管底部達到預定標高→校對垂直度→地下清障→填充土回填壓實，逐次拔套管→全回轉鉆機移位。

方樁樁頂混凝土暴露后，清除樁側周圍垃圾。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鉆進的，且端部刀頭配置了負載控制裝置，可以確保刀頭的負載在最合適的范圍內，且鉆機在鉆進過程中可任意調節套管的回轉扭矩、回轉速度、壓入力以及夾緊力等的最高值，同時可以設定發動機的轉速，根據地質和障礙物情況進行高效施工。

鋼套管直徑1 000 mm，長度每節6 m，壁厚48 mm，總長25 m。每沉完一節鋼管，吊裝上一節鋼管；位置對準后，用高強螺栓連接。

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，整個清樁過程將采用分段截除、吊離，多次重復的方式來實現。

4 施工效果及監測數據分析

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

圖6 水管監測點布置示意

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

5 結語

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測數據也可以看出，管線整體沉降量不大，且未發生不均勻沉降，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工作提供參考依據。

[1] 王堅,陳偉.復雜地質條件下清障方案的選擇[J].浙江建筑,2013,30(12):32-35.

[2] 秦愛芳,李永圃,陳有亮.上海地區基坑工程中的土體注漿加固研究[J].土木工程學報,2000(1):69-72;82.

[3] 呂康,余建國.用于在狹窄環境中施工深基礎的建筑隔離支護施工方法[J].城市建設理論研究(電子版),2011(34):1-3.

[4] 李峻,周鵬.全回轉清障工藝在復雜環境條件下深基坑施工中的應用[J].特種結構,2009,26(6):60-62.

[5] 袁俊相.全回轉鉆機深層清障結合地下施工工藝探析[J].建筑科技,2017,1(3):27-28.