摘要：世博文化公园（雪野路以北）项目施工2标工程临近黄浦江、卢浦大桥，场地空旷但地下遗留大量建筑废渣、老旧建筑基础以及市政待拆管廊，且场地经过多次拆建，城建馆档案资料不明，周边环境较为复杂。通过对实际现场的探查并综合考虑经济性、工期及施工难度等因素，针对不同障碍物制定相应的清障措施且协同施工，是保障基坑后续施工顺利进行的关键所在。
关键词：地下障碍物；全回转拔桩；清障；施工技术
1、工程概况
世博文化公园是2017年9月由上海市政府批复建设的大型城市中心公园，本施工标段由两个地下车库和七个配套单体设施组成。
地下车库一桩基采用450×450钢砼方桩，基坑面积约4044㎡，周长约259m，基坑开挖深度6.5m，局部可达7.7m，围护形式为SMW工法，支撑采用一道混凝土支撑和一道钢支撑；地下车库二桩基采用450×450钢砼方桩，新北区基坑面积约7991㎡，周长约407m，南区基坑面积为4963㎡，周长约295m，基坑深度8.05m～9.35m，局部可达10.7m，围护形式为SMW工法桩，支撑采用一道混凝土支撑和一道钢支撑；公厕3桩基采用450×450钢砼方桩，无围护结构。
2、施工主要难题
2.1地下障碍物
本工程原址为上钢三厂厂区，地下遗留大量厂房基础和工程桩，之后为举办世博会而作为场馆用地进行开发建设，闭幕后场地被再次清除和开挖，直至目前。进场后，多次向城建档案馆调借原场地建设档案资料未果，且询问原拆建单位也仍未有明确地下情况。根据现场实际情况分别进行物探和现场实际样沟探挖，对地下障碍物的位置、数量一一摸排。根据报告成果判断，场地自然地坪下2～5m处均有残留建筑垃圾，地表以下3m处均为建筑渣块回填，回填垃圾如钢砼块、砖块、塑料废管、钢渣块等皆混合在泥土中，土质空隙较大；在后期放坡开挖清障过程中又发现有大量遗留条形基础和450mm×450mm旧桩；场地3m以下左右因地下水无法抽除，无法进行场地深挖，且抽水无法解决地下水补充，严重影响桩基和围护结构施工。由于本工程工程桩均采用预制钢砼方桩，基坑围护采用SMW工法桩、钻孔灌注桩等施工工艺，要求施工作业时场地内不能有地下障碍物，因此需对这些旧基础、建筑垃圾及旧桩进行清除破碎，地下障碍物清理工作量和清障难度都较大。
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图一 地库二地下障碍物分布示意图
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图二 建筑废渣 图三 遗留旧桩
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图四 地下条形基础 图五 地下水
2.2桩基施工难点
地库二南区和新北区都因为地下障碍物未及时清理导致无法顺利打桩，甚至出现桩基爆裂、桩机“上浮”的现象。施工场地条件较差，若仅仅靠桩基预钻孔工艺，较难解决桩基是否能顺利施工这一难题。考虑到旧桩存在偏位且分布较为密集、大体积钢砼、建筑垃圾等等影响新桩质量的因素，清障不彻底会给桩基施工带来了许多不确定因素和难题。
2.3围护结构施工难点
地库二新北区北侧和南区东侧有旧桩与三轴围护挡墙位置相冲突，且新北区北侧贴近世博大道，地下市政管线密集，故综合考虑排除改变围护桩走向这一处理方法，决定对地下障碍物采取措施破除。
2.4土方开挖施工难点
地库二新北区基坑面积约7991㎡，周长约407m，南区基坑面积为4963㎡，周长约295m，基坑深度8.05m～9.35m，局部可达10.7m，地库一基坑面积约4044㎡，周长约259m，基坑开挖深度6.5m，局部可达7.7m。土方开挖量较大，若在土方开挖之前不能解决障碍物清除工作，会严重影响土方开挖速度，导致日出土量低、出土效率低。
2.5地下管线情况复杂
施工场地区域周围环境较复杂。新北区北侧世博大道留有路灯管道、电力电缆、通信光缆、排水管道等；新北区南侧博成路地下留有一根自西向东的市政综合管廊，拆除时间待定，还需向相关单位询问管廊的具体信息；东侧临近卢浦大桥，距离南区基坑边缘85m。故进行清障作业时要注意对周边管线、建筑的保护。所以在拔桩过程前要做好相应的管线保护和监测措施，减少拔桩作业对周围土体震动和压力，保证周围建筑物和地下管线的安全。
3、解决思路
本标段建筑单体多且分布较为分散，决定根据各单体场地情况和地下障碍物特点，分别采取有针对性的处理方法和应对措施。
3.1地下车库一及其余零星单体
因建筑占地面积较小及经探查清障深度约在4.0m，地下水可控，故考虑在正式施工前直接对占地范围放坡开挖，采用反铲挖机分层分段对地下障碍物进行翻挖，期间探查到的老基础、钢渣或大粒径建筑垃圾采取破碎挖除出场。若在开挖过程中出现少量地下水，可采用污水泵进行强排水处理，必要时进行回填处理。
3.2地下车库二
①新北区和南区工程桩、降水井、立柱桩
根据前期沟槽探挖以及物探报告，地下车库二场地下方遗留大量建筑垃圾、老旧厂房基础和旧桩等地下障碍物，采用500型振动锤配合Φ250无缝钢管桩对设计桩位进行试插探查，钢管桩长度7m，入土深度可达6m，如钢管桩能顺利入土6m，说明该点位无地下障碍物，反之说明有障碍物从而导致施工困难。所以在施工前采用反铲挖机对占地范围进行全面翻土清障，做好对地下障碍物的破除、清运工作；经过测量放样后影响桩基施工的旧桩，根据设计对就旧桩处理意见，对于与工程桩重叠且距离设计桩位500mm以内的残留旧桩，在桩基和围护施工前需进行拔桩处理；其余不影响实际施工的旧桩在基坑挖土时统一进行截桩凿除处理。经过统计，影响桩基施工的9根旧桩全部采用全回转钻机进行拔除。
②新北区、南区围护
采用250反铲挖机对围护桩区域进行翻土探查（至老土），期间探查到老基础、钢渣或大体积建渣，对其破碎外运出场，然后进行沟槽清障换填压实；影响围护结构的22根旧桩，全部采用全回转钻机进行拔除。
4、具体清障措施
4.1 挖机翻土、破除、清运（针对建筑垃圾、遗留老旧建筑）
破除、清运原场地地坪，放坡开挖至老土（坡度1：1.0），配置适量潜水泵以防开挖期间出现地下水。
如遇石块需挖至地表，挖机配合人工剔除归堆，方便后期集中清运。
如遇老基础或其他地下构筑物等障碍物，用镐头机配合进行破碎、清运。
4.2 全回转钻机拔桩清障（针对工程桩、降水井、立柱桩范围）
根据设计要求，考虑到旧桩和新桩桩身垂直度以及土体挤压效应，在靠近工程桩、降水井、立柱桩0.5m范围内的旧桩均采用全回转钻机拔桩技术进行清障施工。
4.2.1施工工艺
平整场地→钻机组装调试→施工测量旧桩位及高程→复核验收桩位→全回转钻机就位→钻杆对正桩位→调整钻杆垂直度→开动钻机钻孔压入第一节套管→钻至预定标高→地下清障→回填压实并逐次拔套管→钻机移位
4.2.2机械配备
结合本工程实际工况，选用型号为DTR2005H全回转套管机。其余主要大型机械设备配备一台120T履带式起重机、一台挖掘机，其余配备了有液压动力箱、操作室、7.5Kw潜水泵等辅助设备。
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图6 DTR2005H全回转套管机
4.2.5全回转套管机带动钢套管沉入
全回转套管机就位，调整机身垂直度，钢套管在120T履带式起重机的配合下吊入全回转套管机内，由其环抱驱动钢套管旋转沉入到预定深度。
在回转钻进过程中，钢套管要轻压慢钻，减少对周围土体的影响。压入过程中每节套管压入的精度都将直接影响到钻孔的施工质量，每节套管放入夹管装置，利用钻机和导向纠偏装置调整垂直精度。在最初钻进时采用经纬仪进行纠偏定位复核，随钻随复核纠偏；也可利用设备自带的水平监测系统检验套管垂直度，或者在套管的两个垂直方向架设经纬仪进行垂直度复核控制，确保钢套筒钻进的垂直度要求。
钢套管钻进过程中若出现旧桩倾斜，不得强行钻进。将钢套筒拔出，装上半径更大的齿钨钢齿，重新定位旧桩点位后摩擦桩体继续钻进。一方面是为了保证旧桩拔除后的桩身完整性，另一方面是为了防止钢套管发生倾斜，影响机械正常运作。
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图八 钢套管沉入
4.2.6拔桩
考虑到桩基桩身较长、整桩抗拔力较大等因素，决定采用分段截除，分段吊离，多次重复的方式。当钢套管钻到预定桩底标高后，实现桩周分离减摩后下放特制的钢锲到套管内，切入老桩与钢套管间，由全回转套管机环抱驱动钢套管旋转，通过钢锲带动老桩偏心旋转，分段将原有桩体切断，同时也将钢筋笼扭断，通过观察全回转套管机的控制压力计数值减小来确定桩身断开。在拔桩过程中要让钢套管底部始终低于旧桩桩底不小于1m。
当原有桩与套管同时旋转时，将倒三角锤取掉，并下放钢丝绳将已被截断并与整个桩身脱离的部分桩锁扣牢固一次性拔出；实施完成上部桩体拔除后。如在拔除的过程中桩体发生断裂，且不需要借助全回转顶拔力，可采用120T履带吊配备冲抓斗抓除剩余桩体。
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图九 挖除的旧桩
用抓斗清除施工过程中掉入套管内的泥土再次暴露出桩头。如遇地下承压水的影响导致较难清除套管内的泥土时，需采用钢套管预先穿过该地质阻隔层承压水层。
拔桩过程中会对地基基础产生较大反力，这会对附近管线造成一定的影响，所以起拔速度尽量放慢，一边用起重设备缓慢用力，一边用全回转套管机驱动钢套管旋转减少桩体摩擦应力。在顶拔钢套管时尤其要放缓顶拔速度，顶拔有困难时避免强行操作导致对地表稳定产生不良影响。采取先将钢套管和锁扣管分开，然后以较小幅度来回升降钢套筒，使旧桩与周边附带土体分离，并且可采取一些措施来减小摩阻力，然后再起拔拔出。
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图十 拔桩
4.2.7桩孔回填
在全回转钻机处理旧桩的所有工序中，拔桩后的桩孔填充是最重要的一个环节。桩孔填充质量的好坏会直接影响到场地土体后期沉降情况以及后续桩基、围护的正常施工。所以需保证回填料要达到一定的密实度，要求密实、均匀。根据设计要求，本工程在拔桩作业完毕后采用细砂回填孔洞。
回填过程中钢套管的拔除须与回填工作同步进行，先填后拔，回填前先采用冲抓斗清除拔桩时掉入钢套管内的松散土，然后再逐层填入符合要求的细砂，并及时测量回填深度，每回填2～3m高度后须拔出钢套管1.5～2.5m，但要保证每回填一层完成后须用重锤夯击数次，确保回填已密实并始终保持钢套管底部要在回填料以下。
4.3 沟槽开挖清障换填（针对影响围护结构部分）
经现场开槽探测，新北区北侧为原西班牙馆拆除后遗留的建筑渣块回填区域，面积约占新北区围护范围2/3，厚度达5m左右，透水性非常高；南区经开挖样沟，地表以下为上钢三厂的老旧基础和建筑垃圾。因上海地区地下水位较高，沟槽换填之前，在围护结构内侧开挖集水坑，坑内设置抽水泵来不间断连续抽水，提前将坑内的水位有效降低，便于沟槽换填施工的顺利推进。故本工程SMW三轴工法围护以及双轴搅拌桩重力坝和坑内加固区域采用沟槽开挖换填法进行清障。
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图十一 沟槽试开挖
4.3.1清障施工顺序
新北区施工顺序：降水坑开挖→坑内降水→南侧围护沟槽换填→西侧围护沟槽换填→东侧围护沟槽换填→北侧围护沟槽换填→停止坑内降水；南区清障换填施工方法同新北区。
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图十二 新北区围护清障平面示意图
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图十三 南区围护清障平面示意图
4.3.2施工措施
采用放坡开挖，坡度1：1.0。沟槽底部开挖约2m宽度，大部分沟槽开挖深度暂定3m左右，新北区“西班牙馆”因存在地下室结构，故拆除回填区域开挖深度约5m左右，以挖至原状土层向下0.3m为宜，若具体深度随现场开挖后动态调整。若无法进行沟槽开挖，对换填外侧区域设置一道粘土止水帷幕以减少周边地下水的渗入。
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图十四 新北区清障换填剖面示意图
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图十五 南清障换填剖面示意图
浅层混凝土地面以及石夹土采用挖土机械直接破凿开挖清障；地下钢砼基础采用镐头机进行凿除破碎，用气割钢筋割除暴露出基础内的钢筋，随后继续凿除并清理出场；如遇老建筑工程桩，采用全回转旋挖钻机进行拔除。
开挖之前，在围护结构中心位置挖集水坑并在坑内放置2台口径150mm的污水泵进行预降水，地下水位降至可开挖水位时进行沟槽开挖，开挖过程中需不间断排水，水位低于开挖面以下以保证清障换填顺利进行。抽水过程中，安排专人24小时看护，根据水位线及时调整泵的下潜深度，确保抽水位低于开挖面以下，避免水位下降造成水泵空转发生安全事故。同时监控沟槽边坡稳定情况，如出现周边地面下沉应立即停止抽水工作；出现边坡失稳坍塌，应立即加大边坡坡度或进行沟槽回填，确保施工安全。
清障换填必须24小时不间断进行，尽量缩短沟槽暴露时间，减少施工隐患的产生。产生的障碍物应堆放在沟槽开挖安全范围外并及时组织清运出场，严禁长时间堆放在沟槽周边，以免造成边坡坍塌。必须确保SMW工法围护和双轴搅拌桩施工范围内无残留地下障碍物，确认无障碍物后进行沟槽粘土换填，随清障随换填，回填土须层层压实，满足施工要求。
5、结语
本项目工程在不知情场地环境复杂的前提下，我方先采取对原始场地进行初步摸排，结合物探和勘察报告对地下障碍物给出了初步判断，并根据各单体场地情况、项目进度机成本等不同要求，因地制宜地选用了一系列有效的清障手段和处理方法，在不影响周边环境的前提下，确保了桩基和围护施工能够顺利完成。如此可见，根据实际工况协同各机械来进行清障施工，互补短板、发挥优势，才能更好、更快地完成清障工程，为以后的施工作业创造了良好的环境。
参考文献：
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[4]冯永红，王家红，俞宏.复杂环境下旧桩拔除技术及其应用[J].施工技术，2013（3）：35-36.
论文作者:周奇鑫
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：套管论文; 沟槽论文; 障碍物论文; 北区论文; 桩基论文; 地下论文; 基坑论文; 《基层建设》2019年第32期论文;