狹窄場地深基坑項(xiàng)目地下障礙物清除施工技術(shù)

劉建庫 游曉寒 張平軍 華春雷 張錚太

（1.中建四局建設(shè)發(fā)展有限公司，福建 福州 361000；2.福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007）

在城市更新、危房及老舊建筑改造的施工過程中往往出現(xiàn)大量地下障礙物阻礙施工。地下障礙物主要包括舊市政管線、舊（樁）基礎(chǔ)、舊混凝土、既有建筑施工遺留支護(hù)結(jié)構(gòu)、孤石及其他不明障礙物等[1]。如何兼顧高效清除地下障礙物和施工安全是困擾目前基坑工程施工的常見問題。以往清除地下障礙物的方法包括人工清除、爆破清除和大型機(jī)械清除等[2-3]。人工清除在清除效率、經(jīng)濟(jì)性、安全等方面較差，爆破清除因理論研究不成熟國內(nèi)應(yīng)用較少，而大型機(jī)械設(shè)備清除因使用快捷、安全性好得到廣泛應(yīng)用[4-6]。但大型機(jī)械設(shè)備需要占用較大的場地，在狹小項(xiàng)目中難以施展[7]。本文提出一種適用狹窄場地、周邊環(huán)境復(fù)雜項(xiàng)目且施工簡單的基坑地下障礙物清障方法。

1 工程概況及地下障礙物分布情況

1.1 工程概況

建發(fā)匯成新時(shí)代大廈項(xiàng)目為福州市超高層商務(wù)辦公文化綜合建筑，項(xiàng)目共設(shè)3層地下室，基坑總面積為13 182.56 m2，基坑周長約460 m，開挖深度14.0～22.7 m。

設(shè)計(jì)采用Φ800/900 mm旋挖灌注樁為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，止水帷幕為Φ850 mm三軸攪拌樁、Φ800 mm雙輪銑深攪（CSM）工法樁和Φ700 mm雙重管高壓旋噴樁，豎向共布置兩道砼內(nèi)支撐（局部三道）。

項(xiàng)目位于福州臺(tái)江區(qū)閩江北CBD園區(qū)內(nèi)，四周緊鄰高層、超高層寫字樓和城市主干道，人流量特別大。場地北側(cè)為建設(shè)中新璽中心（高度238 m，47F/-3B），東側(cè)為建設(shè)中濱江市民廣場，西側(cè)為城市主干道望龍二路，南側(cè)為福州IFC國際金融中心（高度220 m，47F/-3B），項(xiàng)目距離閩江約300 m，含水量豐富。

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)地勘報(bào)告，支護(hù)工程涉及的場地內(nèi)土層分布（自上而下）如表1所示。

表1 場地內(nèi)土層分布（自上而下）

基坑支護(hù)如圖1所示。

圖1 基坑支護(hù)

1.3 地下障礙物分布情況

本工程地下障礙物較多，可劃分為淺層障礙物和深層障礙物。淺層障礙物主要是原址舊建筑物拆除遺留下來的舊基礎(chǔ)、舊灌注樁等，場地內(nèi)均有分布，埋深在2 m之內(nèi)。深層障礙物為原IFC大廈基坑支護(hù)土釘及錨桿，與IFC交接處均有分布。其中，土釘為Φ48 mm鋼管，長度12 m，水平間距1.2 m布置，豎向布置5道，埋深-10～-2 m；錨桿為Φ25 mm精軋螺紋鋼，長度18 m，水平間距2.4 m布置，豎向布置一道，埋深15 m左右。

2 地下障礙物清除難點(diǎn)及方案選擇

2.1 實(shí)施難點(diǎn)

在圍護(hù)施工過程中，雙輪銑攪拌樁受舊錨桿伴隨下鉆、左右偏移、卡鉆、回彈等阻礙，極大地增加復(fù)攪工程量?，F(xiàn)場前期施工雙輪銑攪拌樁41幅，僅8幅施工至設(shè)計(jì)標(biāo)高，一次成樁率19.5%，嚴(yán)重拖延施工進(jìn)度。地下障礙物主要分布于-15～-2 m左右，該區(qū)域土層呈可塑、流塑狀態(tài)，含水量高，施工過程場地?zé)o法直接承載大型機(jī)械作業(yè)。

此外，項(xiàng)目工期較趕，需選用工藝較為簡單且能高效清障的施工方法。

2.2 清障方案

目前國內(nèi)常采用的基坑清障方法主要是挖機(jī)土方開挖直接清障、全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清障、三軸深攪樁機(jī)清障。

清障施工方法優(yōu)缺點(diǎn)對比如表2所示。

表2 清障施工方法優(yōu)缺點(diǎn)對比

考慮到項(xiàng)目場地狹小，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中需要同步施工工程樁，場內(nèi)高峰期有包括汽車鉆、旋挖鉆、三軸攪拌機(jī)、靜壓樁機(jī)、雙輪銑等14臺(tái)樁機(jī)同時(shí)作業(yè)，場地已滿負(fù)荷工作。綜合各施工方法優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合國內(nèi)同類項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，確定清障工藝。利用土方機(jī)械開挖破除淺層障礙物；針對深層障礙物先使用旋挖機(jī)引孔清除大部分障礙物，再用CSM雙輪銑在成槽過程中清除剩余深層障礙物。

3 深層舊錨桿清障

3.1 整體思路

將前期利用挖機(jī)與炮頭機(jī)完成淺層舊基礎(chǔ)清除的場地回填至-2.0 m左右標(biāo)高處，平整場地，便于設(shè)備進(jìn)場作業(yè)。根據(jù)設(shè)計(jì)引孔位置進(jìn)行測量放樣，引孔間距為600 mm，精度要求全部引孔、引孔樁位偏差≤50 mm。采用焊接形式在金剛鉆頭兩側(cè)30 mm加設(shè)鋼板彎鉤，對加工完成的鉆頭進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，確保焊縫無漏焊、斷焊現(xiàn)象，保證連接強(qiáng)度。

首先采用Φ1 000 mm旋挖截齒鉆引孔，取土至預(yù)應(yīng)力錨桿位置（淤泥層及粗砂層），將高強(qiáng)障礙物埋深之上的土層快速引孔完畢。待金剛鉆引孔穿過舊錨桿障礙層后，再采用雙輪銑邊施工止水帷幕至設(shè)計(jì)標(biāo)高邊帶出殘余錨桿。引孔過程與雙輪銑攪拌樁應(yīng)采取間隔施工，并安排專人旁站，負(fù)責(zé)施工過程指揮協(xié)調(diào)，合理安排緊前緊后工作，避免窩工，并做好引孔記錄。

旋挖機(jī)引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工工藝流程如圖2所示。

圖2 旋挖機(jī)引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工工藝流程

3.2 旋挖機(jī)截齒鉆引孔及間距優(yōu)化

根據(jù)地下舊錨桿分布間距，將錨桿間距1/2值作為旋挖機(jī)引孔間距，使用Φ1 000 mm旋挖機(jī)截齒鉆先行引孔取土至預(yù)應(yīng)力錨桿位置，旋挖機(jī)沿著預(yù)定方向推進(jìn)引孔。原舊基礎(chǔ)錨桿間距1 200 mm作引孔間距的方案，可能會(huì)導(dǎo)致土體深層未引孔區(qū)域仍有錨桿殘留，影響后期施工。故適當(dāng)調(diào)小引孔間距為600 mm，使引孔區(qū)域全面覆蓋舊錨桿阻礙層，徹底消除深層舊錨桿對基坑施工潛在的不利影響。同時(shí)預(yù)挖導(dǎo)槽（導(dǎo)槽寬1.0～1.5 m，深0.8～1.0 m），要求引孔樁位偏差≤50 mm，安排專人旁站，對遇障部位及時(shí)記錄、上報(bào)，確保引孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.3 旋挖機(jī)金剛鉆增設(shè)高強(qiáng)鋼板彎鉤改裝為清障裝置

截齒鉆引孔完畢后，旋挖機(jī)鉆削頭更換為金剛鉆，并在鉆頭兩側(cè)加焊30 mm厚的鋼板彎鉤裝置，裝置由連接板和鉤柄組成，材質(zhì)為20CrMo高強(qiáng)鋼板，焊縫的高度不小于20 mm，焊接的接觸長度不小于100 mm。

金剛鉆加焊鋼板彎鉤如圖3所示。

圖3 金剛鉆加焊鋼板彎鉤

連接板朝向鉆筒外側(cè)傾斜10°～15°，在鉆筒旋轉(zhuǎn)的過程中，能夠更輕松地捕捉到舊錨桿。設(shè)置連接板與鉤柄之間夾角區(qū)間為45°～60°，舊錨桿在進(jìn)入捕捉范圍時(shí)，受到連接板的撥壓，可快速進(jìn)入鉤柄中，通過鉤柄的夾角，在鉆筒旋轉(zhuǎn)的過程中，可令舊錨桿絞壓纏繞，經(jīng)由鉆桿端的加壓荷載，利用鉆頭截齒與障礙物間產(chǎn)生的較大剪切力鉸斷拔出錨桿，達(dá)到高效清障目的。

旋挖機(jī)樁筒鉆拔出錨桿如圖4所示。

圖4 旋挖機(jī)樁筒鉆拔出錨桿

3.4 殘余錨桿清除

前期已通過旋挖機(jī)引孔及彎鉤捕捉拔除了大部分錨桿，再利用雙輪銑鉆桿鉆孔，直至達(dá)到舊錨桿的深度，控制鉆孔角度和深度，確保舊錨桿處于鉆孔中心，利用雙輪銑自身鉆桿加壓截齒銑削帶出殘余舊錨桿。

4 旋挖機(jī)引孔的環(huán)境影響

完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工后，通過實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，周邊環(huán)境的變形數(shù)值均在-5 mm范圍內(nèi)，與開工前相比無明顯變化。由此可見，采用旋挖機(jī)引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工方法，對土體的擾動(dòng)程度較小，對周邊建筑產(chǎn)生的不利影響微乎其微，可在保證高效的前提下完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。

雙輪銑清除殘余舊錨桿作業(yè)如圖5所示。

圖5 雙輪銑清除殘余舊錨桿作業(yè)

地表沉降累積變化曲線如圖6所示。

圖6 地表沉降累積變化曲線

5 實(shí)施效果

通過創(chuàng)新使用旋挖機(jī)引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工方法，項(xiàng)目剩余53幅雙輪銑攪拌樁后續(xù)施工全部達(dá)到設(shè)計(jì)深度，其中一次成形共計(jì)40幅，一次成形率達(dá)到81.6%，較未使用該方案前的一次成形率（19.5%）有顯著提升。建發(fā)匯成新時(shí)代大廈項(xiàng)目基坑支護(hù)共有56幅Φ800 mm厚CSM工法樁，設(shè)計(jì)樁長約23.6 m，工程量共3 789.48 m3，綜合單價(jià)為839.34 元/m3，總成本約318.06萬元。按常規(guī)雙輪銑CSM工法樁施工，在建發(fā)匯成新時(shí)代大廈項(xiàng)目初期已施工3幅樁，因遇到障礙物未達(dá)設(shè)計(jì)深度，發(fā)生重?cái)嚢璧墓こ塘繛?3.56 m3，平均單樁工程量為67.67 m3，復(fù)攪量率約為20%。以此考慮后續(xù)CSM工法樁施工，復(fù)攪總成本約為63.73萬元。

合同原支護(hù)止水帷幕計(jì)劃每天施工1.6幅樁，遇到障礙物拖延施工進(jìn)度，造成工期滯后，平均施工進(jìn)度為每天1幅樁，工期預(yù)計(jì)滯后21 d，則工期延誤費(fèi)用約為78.34萬元。傳統(tǒng)施工工藝總施工成本約為460.13萬元。采用旋挖機(jī)引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工方法，改裝旋挖鉆機(jī)成本可忽略不計(jì)，旋挖機(jī)成本引孔費(fèi)用約為113.74萬元，平均施工工效每天1.2幅樁，工期對比常規(guī)工藝提前9 d，工期效益約26.11萬元，總施工成本約為405.69萬元。

對比傳統(tǒng)施工工藝，本項(xiàng)目使用旋挖機(jī)引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工方法節(jié)省約54.44萬元，工期提前9 d。

6 結(jié)語

本文以建發(fā)匯成新時(shí)代大廈項(xiàng)目為例，提出一種旋挖機(jī)引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工方法，有效解決了在狹窄場地深基坑圍護(hù)工程施工遇到的一系列難題。該施工方法具有工藝簡單、施工效率高、實(shí)施效果好、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)越、對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，可為其他類似工程提供事實(shí)參考依據(jù)。