地下錨桿清除施工方法探討

唐立飛，韓壽兵

（1.江蘇通州基礎(chǔ)工程有限公司，江蘇 淮安 223001；2.江蘇省淮陰商業(yè)學(xué)校，江蘇 淮安 223005）

0 引 言

現(xiàn)今高層建筑越來越多，地下開挖深度也越來越深，周邊原有建筑物的基坑支護和新建建筑物的基坑支護方案存在交叉區(qū)域，必然會影響新建建筑物基坑支護方案的實施，處理不好極有可能導(dǎo)致新建建筑物基礎(chǔ)施工出現(xiàn)較大的安全隱患。

由于深基坑施工屬于危險性較大的分部分項工程施工內(nèi)容，很多施工技術(shù)人員都在工程實踐中通過不斷的摸索，尋找到了解決問題的方法。本文結(jié)合前人的經(jīng)驗并經(jīng)過公司技術(shù)人員的多年實踐總結(jié)，提出全套管全回轉(zhuǎn)鉆機清障和三軸深攪機清障等施工方法，并在工程實踐中通過實施應(yīng)用比較，確定方案優(yōu)劣，取得了較好的效果。

1 工程概況

擬建的二期工程位于某市主城區(qū)中心商業(yè)鬧市區(qū)，施工區(qū)域北側(cè)為城市唯一一條電車軌道，南側(cè)緊鄰的金馬廣場是大型商業(yè)廣場，東側(cè)為該商業(yè)區(qū)的一期工程，西側(cè)為城市主干道。筆者單位施工的主要是擬建二期工程的基坑支護、樁基及降水工程。該工程基坑面積為 27 160 m2，基坑支護周長約為 744.7 m，基坑開挖深度為 14～17.8 m，屬于超大面積深基坑?；又ёo結(jié)構(gòu)設(shè)計采用 Φ1 200@1 400 鉆孔灌注圍護樁結(jié)合單排 Φ850@1 200 三軸深攪樁作為止水帷幕，樁間縫采用單重管高壓旋噴樁進行土體加固，基坑圍護結(jié)構(gòu)分別在 -1.9、-7.4、-12.0 m 位置各設(shè)置一道鋼筋混凝土水平支撐。

根據(jù)收集到的擬建工程周邊建筑物、構(gòu)筑物及地下管線的相關(guān)資料，南側(cè)緊鄰的大型商業(yè)廣場有地下停車場，基坑開挖應(yīng)該是深基坑，通過查閱該商業(yè)廣場業(yè)主保存的原工程殘缺施工圖紙，發(fā)現(xiàn)該廣場和擬建建筑相鄰的深基坑支護采用是當(dāng)時臨時的土層錨桿支護，經(jīng)核對其錨桿支護與擬建建筑物的基坑支護結(jié)構(gòu)及工程樁位置相沖突，其影響范圍長達約 196 m。依據(jù)本工程設(shè)計圖紙統(tǒng)計影響范圍內(nèi)共有支護樁 99 根、三軸深攪樁 117 根、SMW 工法樁 46 根，由于工程樁圖紙沒到位，影響范圍內(nèi)的工程樁的位置、數(shù)量未統(tǒng)計。由于搜集到的該廣場基坑設(shè)計圖紙不全，而且殘破，僅顯示錨桿長約 15 m，錨桿水平間距約 1.2 m，層間距為 1.0～1.4 m。經(jīng)走訪原建設(shè)的相關(guān)單位和相關(guān)人員并經(jīng)現(xiàn)場開挖探測，第一、二層錨桿為Φ25 的注漿鋼筋，其他 3～7 層不詳（原計劃采用部分 Φ48 的鋼管注漿，后來施工時全部采用Φ25 的注漿鋼筋）。具體錨桿情況統(tǒng)計如表1 所示，具體分布情況如圖1、圖2 所示。

表1 商業(yè)廣場錨桿清理數(shù)量統(tǒng)計表

圖1 錨桿區(qū)平面圖（單位：m）

圖2 錨桿區(qū)剖面圖（單位：m）

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

根據(jù)野外勘探鑒別及現(xiàn)場原位測試，場地巖土層自上而下分布如下。

①雜填土。雜色，松散～稍密，主要由粉質(zhì)黏土、粉土混建筑垃圾組成，含較多磚塊碎石，密實度不均，中等偏高壓縮性，填齡小于 10 年。

②粉質(zhì)黏土?；尹S色，軟塑，局部為流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，夾粉土，具水平層理，高壓縮性。

③粉土?；尹S色，濕，中密，含云母碎片，局部夾粉砂、粉質(zhì)黏土，中等壓縮性。

④粉砂夾粉質(zhì)黏土?；疑?，飽和，中密，粉質(zhì)黏土為軟塑～流塑狀，夾細砂，礦物成份以石英和長石為主，中等壓縮性，土質(zhì)較均勻。

⑤粉砂?；疑?，飽和，中密，局部稍密，夾細砂、粉質(zhì)黏土，礦物成份以石英和長石為主，中等壓縮性，土質(zhì)較均勻，含云母碎片，顆粒級配較差。

⑤A粉質(zhì)黏土?；疑?，軟塑～流塑，含少量螺殼碎片，高壓縮性，局部為淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，該層以透鏡體形式夾于⑤層之中，土質(zhì)不均。

⑥粉質(zhì)黏土夾砂?；疑?，軟塑～流塑，具水平層理，中等壓縮性，局部夾黏土和粉土。

⑦粉砂?；疑植炕野咨?、灰綠色，飽和，密實，含云母碎片，級配較差，含少量礫石，粒徑 0.3 cm 左右，個別 3～4 cm，含量 5～10 %，局部夾粉質(zhì)黏土、中砂，中等壓縮性。

⑧A粉質(zhì)黏土。灰白色、灰黃色，硬塑，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑 1～3 cm，中等壓縮性，土質(zhì)均勻，局部粉質(zhì)黏土。該層以透鏡體形式夾于⑦層之中，土質(zhì)不均。

⑨黏土?；野咨?、灰黃色，硬-堅硬，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑 1～3 cm，中等壓縮性，土質(zhì)均勻，局部粉質(zhì)黏土。

3 擬采用的支護區(qū)域處理方案

因支護結(jié)構(gòu)距商業(yè)廣場距離約 6～8 m，且之間有自來水、煤氣、光纜等各類城市管道。從圖1、圖2 可以看出，該商業(yè)廣場采用了上下 7 排注漿土釘錨桿，最下層深度達到地面以下 10.2 m，考慮施工錨桿可能存在偏差，錨桿處理深度應(yīng)至少到地面以下10 m 外。從現(xiàn)場條件看，直接采用常規(guī)的土方開挖清理方法是無法實現(xiàn)的。

3.1 方案一 全套管全回轉(zhuǎn)鉆機進行清障

3.1.1 全回轉(zhuǎn)清障施工原理

利用全回轉(zhuǎn)設(shè)備啟動作業(yè)時產(chǎn)生的下壓力和扭矩，驅(qū)動鋼套管一起轉(zhuǎn)動，利用鋼套管管口的高強度刀頭對地下障礙物（如鋼筋、混凝土等）進行切削作業(yè)，將套管強制逐步鉆入地下的同時，用長臂抓斗將套管內(nèi)鋼筋等地下障礙清除出來，直至設(shè)計標(biāo)高后再向套管內(nèi)回填素土的同時逐節(jié)頂拔套管。全套管全回轉(zhuǎn)鉆機如圖3 所示。

圖3 全套管全回轉(zhuǎn)鉆機

3.1.2 全回轉(zhuǎn)清障施工的特點

該工法最大的特點是可將套管鉆入有錨桿障礙物的土層，利用套管的護壁作用，在套管內(nèi)進行切割，施工安全，工效高，對周圍環(huán)境影響極少［1］。

3.1.3 全回轉(zhuǎn)清障施工方案

因本工程支護樁樁徑 1.2 m，深攪樁樁徑 0.85 m，為保證后期施工順利進行，計劃采用直徑 1.2 m的套管來切割錨桿，深攪樁區(qū)域全套筒全回轉(zhuǎn)鉆機處理深度大于錨桿埋置深度 5 m，最終確定清障處理深度為15 m，同時要將切斷錨桿取出。為確保三軸深攪施工區(qū)域錨桿被機械全部切斷，全套管處理搭接 200 mm，孔洞用素土及時回填（孔徑 1.2 m、清障深度約 15 m，回填素土方量約：0.6×0.6×3.14×15×196 孔=3 323.38 m3），保證三軸深攪樁機械順利施工，清障及回填素土完成后進行深攪樁和支護樁的施工，該區(qū)域支護樁計劃在深攪樁施工完成并達到一定強度后視實際清理情況采用 20 型鉆機或旋挖鉆機或全套筒設(shè)備施工支護樁，確保止水帷幕和支護樁的成樁質(zhì)量［2］。

止水帷幕是基坑成敗的關(guān)鍵因素，為確保三軸深攪樁連續(xù)，處理時鋼套管搭接 200 mm（見圖4），防止局部錨桿未全部切斷，造成無法施工。清障方法如圖5 所示。

圖4 搭接施工（單位：mm）

圖5 清障過程

3.1.4 施工主要工藝流程及施工方法

1）施工場地準備。由于該廣場是正在營業(yè)的商業(yè)廣場，人流量較大，雖然施工區(qū)域位于該廣場的東北角，但有小門外通主要街道，為保證安全，方便施工，經(jīng)與該廣場業(yè)主聯(lián)系，拆除廣場圍墻，封閉小門及外通道路，清除圍墻基礎(chǔ)，平整場地。

2）設(shè)備進場、就位、固定。對進場的設(shè)備進行全方位的檢查驗收，并請有資質(zhì)的設(shè)備安裝單位及有資格的安裝人員進場負責(zé)安裝。

先將全回轉(zhuǎn)鉆機固定在鉆孔樁中心上方，將鉆機和動力箱、操作室相接，然后安裝反力架，反力架的另一頭停置履帶吊車（吊車同時可作為安裝鋼套筒和清障配合工作），該吊車履帶壓住反力架，反力架的作用是當(dāng)鉆機全回轉(zhuǎn)鉆進過程中防止機器發(fā)生扭動。

3）定位、放線。依據(jù)設(shè)計圖紙，準確定位深攪樁的位置。

4）工藝流程。樁位測量定位→設(shè)備安裝及固定→第一節(jié)鋼套管壓入→第二節(jié)鋼套管螺栓連接→第二節(jié)鋼套管壓入→……重復(fù)至鋼套管底部達到預(yù)定標(biāo)高。

5）控制要點。由于鋼套管是全回轉(zhuǎn)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(nèi)，且鉆機在鉆進過程中可根據(jù)需要調(diào)節(jié)套管的回轉(zhuǎn)扭矩、回轉(zhuǎn)速度、壓入力以及夾緊力等數(shù)值，同時設(shè)定發(fā)動機的高速、中速、低速，所以可以根據(jù)地質(zhì)和障礙物情況，進行高效施工。

鋼套管直徑Ф1 200 mm，長度每節(jié) 6 m，每沉完一節(jié)鋼管，吊裝上一節(jié)鋼管并在位置對準后，用高強螺栓連接。

在鋼套管逐步壓入的同時，用沖抓斗不斷地抓出套管內(nèi)的土體及錨桿鋼筋等障礙物（見圖6）。

圖6 沖抓抓出的障礙

清障完成后，進行鋼套筒內(nèi)回填土施工，回填土可采用塑性較好的素土，在回填完成后進行下根樁的處理。

3.2 方案二 三軸深攪機進行清障

進場后先從 E 點位置向 D 點位置施工，清理分三次施工，先從深攪樁外側(cè) 1 m 開始清理，纏繞錨桿，盡量將內(nèi)側(cè)錨桿拽出來。再清理深攪樁位置區(qū)域下一層錨桿鋼筋，最后清理支護樁區(qū)域錨桿區(qū)域錨桿鋼筋，逐層清理。DE 段清理完成后再清理 EH 段 SMW 工法樁施工段。

3.2.1 三軸深攪清障施工原理

利用三軸深攪樁機（見圖7）的深攪鉆頭下壓力扭矩旋轉(zhuǎn)，對土體內(nèi)鋼筋纏繞作用，鉆頭下沉旋轉(zhuǎn)與鋼筋相碰，鋼筋纏到鉆頭上，鉆頭提升將鋼筋拽上地面來清除，每次清理一層錨桿，完成清理鋼筋后鉆頭原位入土清理下層錨桿，分層逐步清理至最下層錨桿。

圖7 三軸深攪樁機

3.2.2 三軸深攪清障施工的特點

該工法的特點就是利用深攪鉆頭鉆入有錨桿障礙物的土層，利用鉆頭旋轉(zhuǎn)攪動拽出土層中的錨桿。

3.2.3 三軸深攪清障施工工藝流程（見圖8）

圖8 三軸深攪清障施工工藝流程圖

3.2.4 三軸深攪清障施工方法

場地準備、設(shè)備進場、測量放線等同全套管全回轉(zhuǎn)鉆機進行清障方法，這里僅說明一下控制要點。

因考慮深攪機鉆頭只能將錨桿鋼筋在土體內(nèi)纏在鉆頭上將鋼筋扯斷，斷裂處無法控制，計劃每個橫向位置采取三次清障施工，第一次計劃在深攪外側(cè) 1 m 位置進行最外側(cè)的切斷，第二次計劃在深攪樁施工位置原位清除，第三次在支護樁區(qū)域清除，按照深攪樁施工工藝原理進行施工，進行跳打清理，防止中間有遺留錨桿（三軸深攪搭接施工安排參見圖9 和圖10）。

4 兩種方案的比較

4.1 機械設(shè)備的選擇比較

圖9 三軸深攪施工順序

圖10 三軸深攪搭接施工

如果選擇全套管全回轉(zhuǎn)鉆機，需要在市場上購買新設(shè)備，目前市場價在 400～500 萬元，成本高，成本回收時間長。

如果選擇三軸深攪樁機，公司自有數(shù)臺三軸新深攪設(shè)備，施工中可以根據(jù)施工需要，及時調(diào)整或更換。

4.2 工藝成熟度比較

三軸深攪樁公司已經(jīng)施工多年，公司員工已經(jīng)非常熟悉該設(shè)備的性能，工人操作經(jīng)驗豐富，有利于處理施工過程中遇到的各種問題和控制工程施工質(zhì)量。

如果選擇全套管全回轉(zhuǎn)鉆機設(shè)備施工，公司員工沒有任何操作經(jīng)驗，要專門組織人員進行一段時間專業(yè)培訓(xùn)，適應(yīng)期較長，目前也無法預(yù)知后期施工可能遇到的狀況。

4.3 工期比較

為保證在目標(biāo)工期內(nèi)順利完成基坑支護、樁基的施工，各施工生產(chǎn)要素優(yōu)化配置、精心組織、動態(tài)管理，力爭優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗。依據(jù)本公司在類似工程處理施工經(jīng)驗，結(jié)合施工場地的情況和設(shè)備機具的配備，計劃安排 1 臺全套管全回轉(zhuǎn)鉆機或三軸深攪樁機進場進行南側(cè)金馬廣場支護施工遺留下來錨桿清障處理。具體施工進度安排如表2 所示。

表2 施工進度計劃圖

進度計劃說明如下。

①采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機三軸深攪樁區(qū)域位置清障深度約 15 m 共 196 根，平均計劃每天完成 2 m距離196 根（孔）÷2 根÷1 臺機≈98 d，素土回填恢復(fù)期 30 d，計劃 140 d 完成深攪樁區(qū)域清障施工任務(wù)。

②采用三軸深攪樁機清障處理三軸深攪樁區(qū)域位置清障深度約 15 m 共 160 根，均計劃每天完成 2 m 距離164 根÷2 根÷1 臺機≈82d，擾動土恢復(fù)期 25 d，計劃120 d 完成深攪樁區(qū)域清障施工任務(wù)。

由此可見采用三軸深攪鉆機清障可以縮短近 20 d 工期。

4.4 處理范圍比較

三軸深攪樁機施工可以通過在支護樁及深攪樁外側(cè)三次施工，處理范圍較大。而且通過鉆機葉片轉(zhuǎn)動可以拽出錨桿整根鋼筋，有利于后期支護樁、深攪樁和附近工程樁的施工。

采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工只能在套管范圍內(nèi)切斷錨桿，其他部位的錨桿仍在地下土層中，可能會影響到后期支護樁、深攪樁和附近工程樁的施工。

4.5 與后期工程施工的銜接問題

采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工結(jié)束后，機械設(shè)備要撤出現(xiàn)場，再讓三軸深攪樁機進場施工支護樁和深攪樁；而如果采用三軸深攪樁機進場不但可以用于清障，也可以直接用于支護樁、深攪樁的施工，減少了機械設(shè)備的進退場費用，有利于節(jié)約投資。

5 清障方案的最終確定

經(jīng)過多方面比較論證，決定采用三軸深攪機進行清障。

計劃先處理支護區(qū)域范圍內(nèi) DE 段深攪樁施工位置，從 E 點位置向 D 點位置施工，待清理至 90 根樁位置時，另一臺三軸深攪樁機進場開始工程基坑支護設(shè)計方案中的三軸深攪樁施工，該臺樁機可以自 G 點向西進行施工，確保三軸深攪樁連續(xù)施工。而原來的這臺三軸深攪樁機則開始進行 EH 段 SMW工法樁施工段的上部清障處理，清障結(jié)束后加入到工程基坑支護設(shè)計方案中的三軸深攪樁 DE 段支護樁的施工。進行交叉作業(yè)施工，縮短工程施工總工期，達到最好的經(jīng)濟效益。

由于清障處理自然地面以下約 15 m，7 道錨桿Φ25 注漿錨桿是一個摸索過程，無類似清障處理工程可以借鑒，為了做好這個工程項目，公司組織了有多年工程施工經(jīng)驗的精干技術(shù)班組常駐現(xiàn)場，進行工程施工過程中的技術(shù)指導(dǎo)，雖然在清障的過程中也經(jīng)歷了很多困難，但從最終的支護樁、工程樁施工過程來看，清障的效果很好，后期的支護樁、工程樁施工非常順利，沒有遇到錨桿的障礙（見圖11）。

圖11 三軸深攪施工效果圖

6 結(jié) 語

本文重點針對全套管全回轉(zhuǎn)鉆機清障和三軸深攪機清障的兩種施工方法，分別從施工機械設(shè)備的選擇、工藝成熟度、工期、處理范圍以及與后期工程施工的銜接問題 5 個方面進行施工方法的比較，最終確定本例工程具體采用三軸深攪機清障施工方法，工程實施后取得了較好的效果，后期深基坑支護施工過程一直順利，土方開挖后沒有因為原有錨桿問題出現(xiàn)滲漏等安全隱患，得到了有關(guān)部門的認可。