FCEC拔樁工法在緊鄰地鐵保護(hù)區(qū)工程中的應(yīng)用

徐金吉

上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司 上海 200000

近年來(lái)房地產(chǎn)市場(chǎng)的快速發(fā)展，尤其是一線城市的土地資源十分稀缺。為了充分地利用稀缺的土地資源，特別是在中心城區(qū)，經(jīng)常會(huì)需要拆除老破小建構(gòu)筑物，重新開發(fā)和利用地下和地上空間。FCEC拔樁工藝是目前國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的拔樁技術(shù)，相對(duì)來(lái)說(shuō)能夠有效減少對(duì)于原狀土的擾動(dòng)，對(duì)于周邊建筑密集或是有需要保護(hù)的建筑的情況下，特別適合用該方法施工。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目背景

本工程為某地鐵上蓋綜合開發(fā)項(xiàng)目，主要包括覆蓋地鐵、國(guó)鐵軌道線路的“大平臺(tái)”、裙房、塔樓、地下室、集散廣場(chǎng)和高架道路等。

本工程地下室基坑最大挖深15.8m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻。在施工地下連續(xù)墻前，需要首先對(duì)原有廢舊樁基進(jìn)行清除。廢舊樁基原有建筑物上部結(jié)構(gòu)和承臺(tái)基礎(chǔ)已于前期拆除完畢。樁基種類主要有PHC管樁和方樁，尺寸分別為直徑500mm和450×450mm，樁長(zhǎng)32m和36m，均為分節(jié)預(yù)制樁，樁頂標(biāo)高-1.900，樁尖深入7-2層土中大于2m。廢樁位于1號(hào)線莘莊站站臺(tái)旁，距離莘莊站站房、5號(hào)線折返線和莘莊站北出入口上下扶梯以及莘建東路位置非常近，兩側(cè)管線密集，早晚高峰人流量非常大。

圖1 項(xiàng)目平面位置

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告顯示，本項(xiàng)目施工場(chǎng)地承壓水系統(tǒng)由第⑦層（含3個(gè)亞層）承壓水和第⑨層（含3個(gè)亞層）承壓水組成。由于場(chǎng)地內(nèi)缺失第⑧層粘性土層，第⑦層承壓含水層和第⑨層承壓含水層連通，整體厚度達(dá)72m。根據(jù)上海地區(qū)的區(qū)域資料，承壓水水位一般低于潛水水位，隨季節(jié)而呈周期性變化，埋深一般為3.00m-12.00m。本項(xiàng)目場(chǎng)地第⑤1-1層為灰色粉質(zhì)粘土夾砂質(zhì)粉土，局部零星分布砂質(zhì)粉土透鏡體，項(xiàng)目場(chǎng)地范圍內(nèi)并不連續(xù)分布。

根據(jù)上述資料分析可得，原有廢舊樁基已進(jìn)入第⑦層承壓含水層，而本項(xiàng)目第⑦層承壓含水層和第⑨層承壓含水層連通，一旦拔樁作業(yè)發(fā)生管涌，出水量將是巨大的，對(duì)于沉降控制不利。

2 工藝選擇

通過(guò)收集不同的工藝進(jìn)行比選，可供選擇的方案有：高壓旋噴泥漿法[1]、全回轉(zhuǎn)清障機(jī)、FCEC拔樁。

由于緊鄰地鐵邊，且位于軌道交通30m保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)拔樁施工，使用傳統(tǒng)高壓旋噴泥漿法拔樁施工對(duì)于周圍地層土體產(chǎn)生的影響較大，而且容易造成預(yù)制樁破碎，特別是斜樁的拔樁質(zhì)量不容易保證。

全回轉(zhuǎn)清障機(jī)拔樁（CD機(jī)），該工藝主要是利用CD機(jī)油泵產(chǎn)生的向下壓力，并帶動(dòng)鋼套管旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)鋼套管管口的合金刀頭產(chǎn)生向下扭矩旋轉(zhuǎn)并切割土體，從而將套管鉆入地下，再利用沖抓頭沖碎樁體后在套管內(nèi)進(jìn)行清障。該方法在沖抓過(guò)程中將會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生劇烈擾動(dòng)。經(jīng)過(guò)比選后決定采用FCEC全回轉(zhuǎn)拔樁工法進(jìn)行拔樁施工，把對(duì)軌道交通以及周邊管線的影響降到最低。

FCEC工法拔樁機(jī)，是一臺(tái)經(jīng)過(guò)改裝的100t履帶吊。以100t履帶吊為基架，吊車上配備一臺(tái)動(dòng)力頭裝置，用以驅(qū)動(dòng)鋼套管旋轉(zhuǎn)。首節(jié)鋼套管端部配備合金鉆頭，作用是將樁周土體旋轉(zhuǎn)切割，從而減小樁側(cè)摩阻力[2]。FCEC工法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于傾斜度30°以內(nèi)的斜樁拔除效率高，不必多次下鉆套孔。薄壁鋼套管端部配備了高壓氣霧噴射器，在旋進(jìn)的過(guò)程中，使得高壓氣霧從鋼套管底部噴出，有效地減小磨擦力，加快施工速度。其主要特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）FCEC工法首先通過(guò)動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)裝置在廢樁外側(cè)鉆入鋼套管，一方面減小了樁側(cè)摩阻力，給拔樁創(chuàng)造有利條件，另一方面也把拔樁產(chǎn)生對(duì)土體的擾動(dòng)控制在最小的范圍，從很大程度上保證了對(duì)于原狀地基土體結(jié)構(gòu)的保護(hù)，確保了周邊地鐵線路、站臺(tái)和管線的安全，在地鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，這一點(diǎn)顯得尤為重要。

（2）FCEC拔樁機(jī)在套管端部鑲嵌了合金“牙齒”，確保了鋼套管的切割下沉能力，同時(shí)在鋼套管端部配備了氣霧噴射孔，后接一臺(tái)空壓機(jī)，在鉆進(jìn)過(guò)程中，不斷地在鉆頭噴射水霧，潤(rùn)滑和軟化切割面土體。

（3）鋼套管的規(guī)格在合理范圍內(nèi)（1.5m以內(nèi)）不受限制，套管采用多節(jié)連接加長(zhǎng)，能夠適用于各種規(guī)格和長(zhǎng)度的廢樁拔除工作。

（4）采用鋼護(hù)筒配合鋼套管。鋼護(hù)筒用于鋼套管外側(cè)，深入土體以下2-3m，其作用類似于鉆孔樁護(hù)筒，用于支撐上部孔壁土體，防止坍塌，確保安全。

3 拔樁流程

3.1 鉆機(jī)套管鉆進(jìn)

（1）破鑿地面開挖露出樁頭。開挖樁頭確定樁位后，以廢樁為中心埋設(shè)鋼護(hù)筒，使兩者中心重合。鋼護(hù)筒在拔樁過(guò)程中起到定位和保護(hù)支撐上部孔壁土地，防止坍塌的作用。

（2）設(shè)備就位。確定廢樁位置，F(xiàn)CEC清障機(jī)走機(jī)定位，拔樁區(qū)域整平并鋪設(shè)路基箱板，調(diào)整吊車的水平和桅桿的垂直度，使鋼套管中心與樁位中心保持一致，再次復(fù)核即可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)沉入鋼套管。

圖2 FCEC拔樁機(jī)

（3）套管鉆進(jìn)?？紤]到預(yù)制樁垂直度較差，拔樁時(shí)鋼套管需與舊樁有一定間隙，為了施工方便，需要放大鋼套管尺寸；同時(shí)又考慮到要控制周邊沉降，需要減小對(duì)土體的擾動(dòng)。綜合考慮以上因素決定，對(duì)于本工程PHC管樁采用的是760mm鋼套管，方樁采用的是1000mm鋼套管。由FCEC動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)鋼套管、配合高壓氣霧噴射裝置，快速旋轉(zhuǎn)切割下沉，順利沉入到樁底以下位置。

3.2 鋼絲繩下放與拔樁

當(dāng)鋼套管下沉至樁底以下1-2m深度，完成下沉后，使用抓斗把廢樁緩慢夾出。拔樁時(shí)先通過(guò)抓斗將樁頭部位夾緊，夾樁完成后吊車緩緩起拔，拔出樁頭后用鋼絲繩鎖緊樁身，為防止拔樁后樁孔塌方，在起拔的過(guò)程中，鋼套管保留在地下。相關(guān)準(zhǔn)備工作完成后即用吊機(jī)起拔。起拔時(shí)速度不宜過(guò)快，待起拔到一定高度后，為保證安全，實(shí)行雙點(diǎn)吊將舊樁拔出?？紤]施工場(chǎng)地限制、起吊高度及安全考慮，舊樁拔除孔口一定高度后分段截除，單節(jié)截除長(zhǎng)度不超過(guò)10m，考慮到預(yù)制樁均為分節(jié)預(yù)制，截樁位置選在預(yù)制樁接頭[3]。

圖3

3.3 回填

樁孔回填是控制后期沉降的關(guān)鍵，考慮到本工程施工區(qū)域的淤泥質(zhì)土流動(dòng)性較大，采用水泥土回填在拔除鋼套管時(shí)無(wú)法及時(shí)填充壁厚50mm的管壁，根據(jù)前期施工情況造成地面沉降過(guò)大，為防止拔樁后造成過(guò)大的地面沉降，本次拔樁完成采用優(yōu)質(zhì)粘土拌合7%水泥進(jìn)行回填，回填深度同清障深度，回填土28天強(qiáng)度不低于0.2MPa，回填后在拔除套管過(guò)程中同步注漿，利用FCEC氣霧噴射裝置的管道注入1：0.8水泥漿填充鋼套管拔除的空隙及回填不密實(shí)的空隙，邊拔除鋼套管邊注漿。為防止水泥漿注入影響后期地墻施工，在水泥漿中加入適當(dāng)?shù)呐驖?rùn)土，擬定水泥漿配合比為水：水泥：膨潤(rùn)土=1：0.8：0.2。

4 施工難點(diǎn)及處理措施

4.1 施工重點(diǎn)及難點(diǎn)

本工程地下樁基清障的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)主要有兩個(gè)。

第一，施工范圍位于上海地鐵軌道交通保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，拔樁作業(yè)對(duì)于地基必然有一定的擾動(dòng)，在距離地鐵5號(hào)線如此近距離的范圍內(nèi)拔樁，如何盡可能地把沉降和對(duì)地基土的擾動(dòng)降到最低，以確保地鐵軌道的安全；

第二，場(chǎng)地內(nèi)承壓水層7、9貫通，廢樁打通承壓水層，拔樁過(guò)程中對(duì)承壓水控制不到位，會(huì)發(fā)生管涌等情況發(fā)生，引起周邊地面不均勻沉降，對(duì)周邊管線和地鐵產(chǎn)生顯著影響。

4.2 處理措施

（1）在施工可行的前提下，盡量減小鋼套筒的尺寸。本工程對(duì)于500mmPHC管樁和450×450mm方樁拔除，分別采用直徑760mm和1000mm的鋼套筒，增加了夾樁難度，同時(shí)也減少對(duì)土體的擾動(dòng)面積。

（2）優(yōu)選施工工藝，在此基礎(chǔ)上深化施工方案，采用先起拔套管，并增加后注漿工序。本項(xiàng)目選擇FCEC拔樁工藝，優(yōu)化常規(guī)的FCEC拔樁方案。首先拔樁順序采用跳拔形式，避免了集中拔樁對(duì)土體產(chǎn)生較大的擾動(dòng)；其次，在先拔樁后提套管的施工方案基礎(chǔ)上，做出大膽改變，嘗試先提套管后拔樁，再回填，最后插入注漿管注漿填充孔隙。本項(xiàng)目在拔500mmPHC管樁過(guò)程中，為了減小對(duì)土體的擾動(dòng)，把鋼套管的尺寸減小到了760mm，導(dǎo)致抓斗無(wú)法在鋼套管內(nèi)順利下沉抓取廢樁。因此決定調(diào)整施工工序采取先提套管后拔樁的施工工序。這樣一來(lái)雖然樁側(cè)土體在拔樁過(guò)程中缺少了鋼套筒的保護(hù)，但在施工工效方面卻大大加快了拔樁的效率。根據(jù)施工后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，采用這種方法拔樁反而對(duì)于土體擾動(dòng)和地表沉降的控制效果略優(yōu)于前者。

（3）在提升鋼套管過(guò)程中，采用同步注漿的方式，填充套管間隙。拔樁完成后，回填水泥土，通過(guò)樁底壓入水泥漿漿液，填充回填孔隙，減小工后沉降。

（4）下鉆套管的同時(shí)，通過(guò)FCEC氣霧噴射管，不斷地在第一節(jié)切割套管下噴出高壓水霧減小磨阻力，生成的泥漿填充地下孔隙平衡地內(nèi)壓力，避免在拔樁階段承壓水層發(fā)生管涌。

（5）在地鐵沿線和道路沿線布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，專人負(fù)責(zé)跟蹤監(jiān)測(cè)每日變化情況。

5 實(shí)施效果

根據(jù)監(jiān)測(cè)報(bào)告，本次施工對(duì)于車站立柱垂直位移累計(jì)最大變化量為-3.35mm，出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)LCJ13；附屬結(jié)構(gòu)（出入口）垂直位移累計(jì)最大變化量為1.34mm，出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)C16；兩處變化量均小于報(bào)警值±5.0mm。周邊管線豎向位移，單日最大變化量為0.75mm，累計(jì)最大變化量為3.88mm，分別發(fā)生于點(diǎn)位SS03和RQ06，小于管線日變量警戒值±2mm和累計(jì)報(bào)警值±10mm；周邊建筑物豎向位移單日最大變化量為-0.77mm，累計(jì)最大變化量為-3.02mm，分別發(fā)生于點(diǎn)位J5和J8，小于日變量警戒值±2mm和累計(jì)警戒值±20mm。

圖4 周邊建筑物累計(jì)變化曲線圖

通過(guò)利用FCEC拔樁工法在鄰近地鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)施工，圓滿完成了本工程三期22跟PHC管樁和18跟混凝土方樁的拔除，且在施工過(guò)程中成功控制了地鐵沉降和周邊沉降，受到了監(jiān)理和業(yè)主單位的一致認(rèn)可。

6 結(jié)語(yǔ)

本次采用的FCEC全回轉(zhuǎn)拔樁工法可以說(shuō)在一定程度上大大減小了對(duì)于地基土的擾動(dòng)，特別是在地下水特別豐富的水文地質(zhì)條件下，對(duì)于控制拔樁后的管涌也起到了一定的作用，具有一定的借鑒意義。