上海银都路隧道基坑围护结构施工前的清障方案对比

▍摘 要

摘 要：文章以上海银都路越江隧道新建工程浦西段工作井机架段地下连续墙范围清障施工案例为依据，介绍了在地下围护结构施工区域遇到未知桩基障碍物的清障准备工作及处理流程。结合工程采用的半套管振动法清障施工工艺，对清除废弃房屋预制桩基进行了详细的介绍与分析。并根据现场施工情况对半套管振动法清障与全套管全回转钻机法清障的施工工艺、施工效率、经济适用性及清障后的地基处理进行对比。经对比分析，半套管振动法清障工艺施工设备精简、效率高、经济性好，现场清障效果良好。

▍1　引言

随着地下工程的不断推进，大部分工程施工场地内存在已拆迁房屋的桩基，从而阻碍基坑围护结构的正常施工，不仅影响工程整体工期计划，而且目前大多采用全套管全回转钻机清除障碍物，投入成本较高。相比于全套管全回转钻机清障而言，半套管振动法清障对于桩径较小、桩长较短的预制桩有着效率高、成本低的优势，目前应用较为广泛。

▍2 工程概况及地质条件

1）上海银都路越江隧道新建工程浦西段工作井及机架段位于徐汇区银都路与望月路交叉口位置，距黄浦江岸边约100m。工作井及机架段基坑长140.1m，共62幅地下连续墙，工作井最大开挖深度31.179m。拟建场地根据岩土工程勘察报告显示为荒地，但在地下连续墙导墙开挖至地面以下2.5～3m时，却发现施工区域存在预制桩基。预制桩基为方形，截面尺寸350mm×350mm，方桩主筋为8mm× 16，桩长18m，排布无明显规则。障碍物桩基平面位置如图1所示。

图1 障碍物桩基平面位置图

2）障碍物桩基位于浅部地层：大部分地段分布有② 1 层“硬壳层”黏土、③层淤泥质粉质黏土及④ 1 层淤泥质黏土，分布稳定，其下为微承压水含水层④ 2 层粉砂。浦西工作井处还分布有② 3 层黏质粉土。地质情况特征如表1所示。

表1 地质情况特征一览表

▍3 清障施工准备工作

由于岩土工程勘察报告中未提及该施工区域存在拆除房屋残留桩基，因此在发现障碍物桩基后，应分为4个步骤：

1）对已发现桩基的桩径及埋深进行排摸，与此同时对工作井机架段地下连续墙施工区域进行地毯式样沟开挖，以便确定障碍桩基数目，便于后续确定清障队伍及合同的签订；

2）立即向区档案馆及上海市测绘院调取施工区域相关原始资料，但并未找到关于桩基的任何信息；

3）在查找原始资料无果的情况下，找有相关资质的检测单位对桩基进行桩长检测，以便于选择合适的清障设备；

4）找相关专业单位进行咨询，确定施工设备及施工工艺。根据桩长检测结果以及地质条件，本工程清障有2种施工工艺可供选择：半套管振动法清障和全套管全回转钻机清障。

▍4 清障施工工艺选用

4.1 半套管振动法清障施工工艺

4.1.1 工艺流程

半套管振动法清障施工工艺主要包括：准备工作、套管振动下沉、桩体起拔并注浆、桩体拔除，具体工艺流程如图2所示。

图2 半套管施工工艺流程图

4.1.2 施工设备

4.1.2.1 主要设备组成

半套管振动法清障主要设备由150t履带吊、ICE28RF型振动锤、动力站及特加工半套管等组成，设备较为精简、机动性高、占用施工场地较小。设备清障示意如图3所示。

图3 半套管施工设备清障示意图

4.1.2.2 特加工半套管组成及施工原理

特加工半套管是由拉森钢板桩、底部套筒及1根通长注浆管焊接而成，生产成本较低，也便于维修，如图4所示。清障拔桩的关键点就在于套管底部的特制套筒，该套筒是由长约1m的矩形钢结构箱体与2根高强度特制活动销组成。当套管向下振压钻进时，底部套筒的活动销被外露的桩头限位至桩基两侧，为套管沿着桩体行进，实现导行作用。套管钻进要超过桩底，以确保活动销完全脱离桩体，并且也为套管起拔时活动销有足够的摩擦空间，使活动销移动至桩基底部的中心位置，从而使活动销兜住桩基根部进行起拔作业。特加工套管施工示意如图5所示。振压钻进时活动销与桩身相对位置如图6所示。

图4 特加工套管组成结构图

图5 特加工套管施工示意图

图6 振压钻进时活动销与桩身相对位置图

4.1.3 清障施工

4.1.3.1 套管振压钻进

障碍物桩基清除的难点在于克服桩体与周围土体的摩擦力，因此半套管振动法清障是利用150t履带吊车吊住振动锤，振动锤夹住特制套管，套管利用自身底部套筒沿着桩体中心启动振动锤振压钻进，使桩基与其周围挤压密实的土体进行隔断分离，从而减小了桩基与土体的摩擦力。在套管振压钻进过程中，为防止拔桩时出现断桩现象，需操作手实时对套管的垂直度进行观察，并适时调整垂直度。当套管进入不同地质层时，放缓振压钻进速度，以便套管顺利钻进至桩底以下0.5～1m位置，提高桩基拔除成功率。若清障区域桩基排布较为密集时，可采用“间隔跳拔”的方式进行施工，减小土体扰动。‍

4.1.3.2 起拔桩体及浆液回填

履带吊车通过振动锤起拔特制套管，套管的活动销在与土体的摩擦力下，活动销移动至限位槽下方，在底部托住桩体，确保了桩体固定在套筒内。一边振动起拔一边进行注浆，如图7、图8所示。起拔过程中控制起拔速度，满足桩体拔除后形成的孔洞及时被浆液充分填充，直到整根桩体露出地面移除，浆液溢出地面完成拔桩。选用水灰比为1.7:1的浆液。

图7 桩基起拔示意图

图8 起拔注浆示意图

4.2 全套管全回转钻机施工工艺

4.2.1 工艺流程

全套管全回转钻机清障施工工艺主要包括：准备工作、拼接套管钻进、分段抓取桩体、桩体拔除、桩孔回填，具体工艺流程如图9所示。

4.2.2 施工设备

全套管全回转清障施工主要设备由2000型全回转钻机、动力站、90t履带吊、钢套管、冲抓斗组成。设备相对较为庞大，机动性较差。并且全回转钻机是通过液压油缸反作用力进行钻进，因此对地基承载力要求较高。

图9 全套管全回转清障施工流程图

4.2.3 清障施工

4.2.3.1 桩体清除

全套管全回转钻机利用设备产生下压力和扭矩，在转动套管的同时利用管口刀头对土体及地下障碍物进行切削，将套管钻入地下并采用履带吊车配合冲抓斗清空套管内桩体及土体，清障完成后向套管内回填土体并逐节拔出套管，如图10所示。该工法最大的特点是可将套管钻入较深或有高强度障碍物的土层，利用套管的护壁作用隔断土体，在套管内进行清障拔桩，施工安全，对周围环境影响极少。为确保桩体全部清除，钢套管钻头钻入深度要超过桩底以下3m，抓斗开挖深度要超过桩长深度1～2m（或根据设计要求清除到一定深度为止）。

图10 全回转清障示意图

4.2.3.2 桩孔回填

桩孔回填可分为2类：①若桩孔位于围护结构内，则采用7%水泥掺量的回填土进行回填；②若桩孔位于围护结构以外，则采用素土回填。回填过程中可以适当采用冲锤夯实，为防止钢套管被闷堵，因此不可过度夯实，并严格执行分段回填分段拔管原则，直至回填到地面，确保回填密实。

▍5 2种清障工艺对比

5.1 设备场地需求

1）半套管振动法施工：主要占地设备是履带吊及动力站，清障拔桩是通过振动锤钻进，对地面承载力要求较低，因此可在场地没有硬化的条件下进行清障施工，且机动性强，移位效率较高。

2）全套管全回转施工：占地设备较多，全回转钻机通过反作用力产生的下压力进行钻进，因此对地基承载力要求较高，需要对施工场地进行处理后才能进行清障施工，机动性较差，移位效率较低。

5.2 清障范围

1）半套管振动法施工：为充分发挥该工法的机动性及施工效率，最大清障桩径应控制在500mm以内，桩长20m以内。但该工法清障时不仅对障碍物桩基的垂直度要求较高，而且对障碍物桩基的强度也有较高要求。若垂直度偏差较大及强度较小时，存在发生断桩后无法拔除的风险，从而降低了半套管振动法的经济性。

2）全套管全回转施工：该工法设备拥有强大的切削能力，因此可清除各类桩基，并且对桩基的垂直度及强度无任何要求。

5.3 清障效率

1）半套管振动法施工：按14h/d施工，该工法施工效率为1.5h/根，平均每天可施工9根，对于小桩径桩基施工效率较高，并且可以多台设备同时进行施工。

2）全套管全回转施工：按14h/d施工，该工法施工效率为12h/根。由于需要接套管、清除套管内土方以及清障后土方回填等工序，施工效率较低。

5.4 回填桩孔

1）半套管振动法施工：该工法采用配置好的泥浆通过与套管焊接的注浆管，在起拔桩基的同时进行注浆，以确保桩孔回填质量。

2）全套管全回转施工：该工法需在桩基全部清除完成后进行回填施工，回填材料采用水泥土进行回填，并适当压实，以确保回填质量。由于回填是单独的一道工序，因此施工效率较低，但回填质量较半套管振动法要好。

5.5 经济性

半套管振动法施工单价是根据障碍物桩基的个数确定单根桩的费用，而全套管全回转施工单价是根据清除套管内土方量确定单桩的费用。本工程实际施工中，半套管振动法施工单价是全套管全回转施工单价的11%，因此对于小桩径桩基清障半套管振动法施工的经济性远远优于全套管全回转施工。

5.6 劳动力

半套管振动法施工与全套管全回转施工劳动力情况如表2所示。根据以上2种工艺劳动力配置，可以看出半套管振动法施工所需的人员较少，间接降低了施工成本，更具有竞争力。

表2 2种工艺劳动力配置表

▍6 结语‍

通过对比可以发现，半套管振动法的主要优势在于清除桩径较小的障碍物时，价格便宜且施工效率优于全套管全回转清障施工。但半套管振动法的局限性在于大桩径、桩基垂直度偏差较大以及起拔过程出现断桩时，无法顺利进行清障施工。因此在类似工况施工时，可以大面积采用半套管振动法清障，局部个别特殊情况可采用全套管全回转进行清障，便于总体成本控制。

上海银都路越江隧道新建工程浦西段工作井机架段地下连续墙范围内共有80根预制方桩障碍物，其中1根桩基存在断桩现象。由于场地限制以及桩间距较小，现场只能采用1台半套管振动设备进行清障作业。1个班组（10人）耗时9d，完成了79根桩基清障作业。1根断桩则采用全套管全回转进行清障，1个班组（25人）耗时1d完成。上海银都路越江隧道新建工程浦西段工作井机架段地下连续墙范围清障施工的顺利完成，验证了半套管振动法清障施工的高效性及经济性。

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