城市中心区域地下障碍物清除工艺研究

李 颖

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

1 工程概况

上海市黄浦区小东门街道616、735街坊地块项目总建筑面积约1 137 000 m2，地上建筑面积约702 000 m2，地下建筑面积约435 000 m2，基坑总面积为141 000 m2，其中北块基坑总面积为74 089 m2（图1）。

图1 平面布置

2 障碍物分布情况

根据现场实际情况，已统计地下障碍物共计35处：根据人防办提供的图纸，共计描绘人防23处，用红色块表示。同时根据现场物探结果，在图纸上描绘新增地下障碍物12处，用蓝色块表示（图2）。

现场发现旧厂房地下室墙板处于施工地下连续墙范围内，影响地下连续墙及槽壁加固施工。墙厚约240 mm，深约3 m，长约48 m。该墙板平行于地下连续墙方向，处于地下连续墙中心位置。墙板内侧存在地下室底板，板厚未知，尚未探明底板下是否存在工程桩。根据业主提供的勘探报告，发现F1区东南角处可能存在人防设施（图3）。

图2 障碍物分布

图3 地下室板墙现场

3 浅层障碍物清除

1）施工现场设置临时塑料围挡，占用部分人行道，尽量减少对于围墙外道路通行的影响。

2）拟清障区域与现有围墙距离较近，且与中山南路市政道路最小距离仅2 m。由于现场前期开挖样沟发现F1区东侧施工地下连续墙段上部是厚约3 m左右的杂填土，在清障施工时如果大面积开挖将造成塌方，此次清障区域距离中山南路极近，将会对中山南路造成严重破坏。故在清除旧地下室板墙时采取分段开挖，以减少塌方对中山南路的影响，在距离围挡不足2 m区域采取2 m一段分段式开挖，大于2 m区域为3～5 m一段。清除障碍物后及时回填并压实，然后施工下一段，禁止大面积开挖（图4）。

图4 板墙清障施工示意

4 拔除桩基处理方案

施工区域上部原为7层混凝土结构老房屋，基础中可能存在着桩基，根据施工经验，老基础桩基类型主要为木桩、预制方桩，可采用如下方法进行老桩基的清除工作。

4.1 木桩处理方案

木桩基本为圆木桩，要求底板清除完毕后进行拔除。木桩拔除时先用千斤顶将木桩顶拔松动，再采用100 t履带吊（结合现有吊车）进行拔除。

拔除前的准备工作：拔桩由南向北进行，将桩基南侧的场地进行平整压实，使拔桩机械能可靠行驶。木桩的钢混凝土承台必须拆除清理干净，挖出桩头部位的土方并露出500 mm木桩桩头。

拔除方法：采用桩头钢制夹具4只，长度为400 mm，扁钢厚度为25 mm，每套夹具锚固在木桩桩头250 mm处，采用钢丝绳卸甲扣牢在夹具下，然后进行起吊拔出。

4.2 预制方桩（板桩）处理方案

预制方桩拔除时，考虑到早期的预制方桩多节桩的连接节点为硫磺胶黏结，再加上采用打桩机强制打击定位，在打击的情况下黏结节点可能已受损，若采用拔桩机械直接拔除，可能导致下面的节桩断离，此现象一旦发生将加大施工难度且增加施工费用，因此建议采用全回旋钢套管清障钻机方案进行方桩的拔除[1-2]。

4.2.1 全回旋钢套管清障钻机方案一

将钢套管桩对照原工程桩位置，采用振动锤振压，使套管桩振压到桩尖位置，然后采用大吨位的起重机连同钢套管桩中的预制节桩一同拔出基坑。当钢管桩打击到预制桩桩尖的位置时，套管桩顶部桩底的泥土受挤压后填满预制桩与钢管套管桩的空隙，产生环箍效应，从而保证在拔出钢管桩时预制方桩不脱桩，跟随钢管桩一同拔出。

4.2.2 全回旋钢套管清障钻机方案二

该方案在多节桩相接且在压桩时没有焊接连接或拔桩时出现脱节时使用。该方案在方案一的基础上，在钢套管的下部增加2只板式钢卡，套管桩振动压入至预制方桩底后，管内的2根牵制钢卡的钢丝绳由机械制动向上牵拉，钢卡从钢管臂的暗盒中向管内且向上移动，使倒拔钢卡卡住方桩的桩尖，保证预制方桩随套管桩一同拔出地基（图5）。

图5 预制桩清障施工示意

为防止多节桩在拔桩时脱节，影响拔桩质量，在钢套管桩的桩底部位设计一个制动倒拔钢卡装置，管内的预制桩在拔桩时受倒拔钢卡的挤托随同套管桩一同拔出。

考虑钢套管桩振动压桩的正摩擦阻力，影响振动压桩速度，倒拔钢卡设置不宜过多；且钢套管桩与预制桩的最大间隔为管臂与预制桩的4个面，其中一个面需设1个φ15 mm的钢透气管来减小拔桩时钢套管桩对桩底的空气吸力；钢套管上设计2只倒拔钢卡。

钢套管桩在达到预定深度时，倒拔钢卡才能发挥其作用。在钢套管桩的外臂设置2个暗盒，打桩时用钢销锁定钢卡在暗盒中，拔桩时拔出钢销，由机械牵拉使钢卡从暗盒中向上移动卡住预制桩，然后拔出钢套管桩。

4.2.3 预制方桩从钢套管圆管桩中退桩的工艺流程

退桩采用50 t的履带吊机使预制桩从钢管套管桩中退出。首先对钢管套管桩进行固定。因钢管套管桩顶部有钢铆固板装置，故只能从套管桩的底部退桩。退桩前先卸下钢卡，然后采用高压冲洗水枪，冲出套管桩中的挤压泥土，再在预制桩的桩尖焊接钢丝绳的锚扣，使用履带吊从钢管套管桩的端部拉出预制桩。

4.2.4 拔除后桩孔的人工灌砂处理

该地基土的物理性质较差，地下水位高，为防止塌方，在钢套管桩拔除后应立即对桩孔进行灌砂施工。

5 旋挖机清障

障碍物位置靠近教堂围墙时，无法放坡开挖，且CD机清障没有足够距离，故采用旋挖机清除障碍物。采用此方案能节约施工工期并减少对保护建筑物的影响（图6）。

旋挖机清障相较放坡开挖无需较大施工场地且可以清除较深的障碍物，相较CD机清障占用较少施工场地且移动方便。不足之处为在清除较深的障碍物时存在动力不足的情况。

图6 旋挖机清障施工示意

6 结语

1）放坡式开挖清障可用于场地空旷且为浅层障碍物的情况，该方法的优点为可大面积清除障碍物，费用较低。但也存在局限性，如无法清除较深的障碍物，同时软土地基中放坡开挖超过3 m以上时占用场地较大，容易造成塌方。

2）CD机清障一般用于较深的灌注桩障碍物及较厚的地下室底板情况下。优点为能够清除较深障碍物，且扰动非常小；缺点为清障速度慢，占用场地，需吊车配合拔桩且移动不便捷，在障碍物密集区域有优势，但清障成本较高[3-4]。

3）旋挖机清障可应对浅层及一般深度小于30 m的障碍物。优点为占用场地小，清障深度较深，清障成本较低；缺点是对于较深处障碍物存在清障动力不足情况，对素混凝土障碍物可进行处理，但处理较厚的钢筋混凝土结构时容易损坏钻头。