穿越旧城区地下障碍的深基坑支护结构施工技术研究

邓恺坚，卜继斌，张超洋

（广州珠江建设发展有限公司 广州510075）

1 概述

随着城市化进程的加速，城市更新和旧城改造项目越来越多，在原有密集建筑群中进行新建项目施工建设，常会遇到旧有建筑［1-2］基础障碍及复杂周边环境的影响，在进行地下部分施工时普遍会遇到以下问题：①拆除旧建筑作业时管理粗放，往往待主体拆除后即快速回填杂土［3］，导致有较厚且松散的杂填土层，不利于形成泥浆护壁；②受原有地下室底板障碍，常规的旋挖钻机、旋喷桩机无法直接穿越；③旧地下室底板与不透水岩层间易形成承压水，承压水压力过大造成灌注桩孔壁坍塌［4］等情况。

2 工程概况

某项目位于广州市海珠区，地下室1～6 层，基坑开挖深度为22.10～24.60 m。拟建建筑拟采用框支剪力墙结构，桩筏基础形式。进行部分支护桩、钢构柱施工将遇原建筑大厚度旧地下室底板，其最大厚度达到2 m，影响灌注桩的成孔施工，因此在灌注桩、防水体系施工前进行清障是该项目的一个难点。

3 穿越旧城区地下障碍的深基坑支护结构施工技术

3.1 工艺原理

通过SH32A型大功率多功能钻机，直接驱动带合金切削刀的切削靴套筒，快速切削至底板顶部，解决旧障碍底板上部的松散杂填土不利于形成泥浆护壁的问题。钻孔穿越大厚度底板障碍后，掺入适量的珍珠岩石粉，增大泥浆比重，以防止大厚度底板下部因承压水压力过大而造成灌注桩孔壁坍塌。在地质钻机对底板引孔的基础上，通过采用“高压旋喷［5-6］-既有旧地下室底板-高压旋喷”的方式，形成深搅喷止水帷幕综合体，实现密集旧建筑群中低扰动穿越旧底板障碍的复合止水帷幕施工。开发出基于区块链的深基坑智能监控［7-9］集成平台，实时动态监控支护结构穿障过程中周边老旧建筑的倾斜、位移变形量，确保深基坑工程项目的施工安全。

3.2 施工流程

首先以1.5 m×2.0 m 探沟的形式探明既有旧地下室侧壁的位置，并测绘至电子图纸上，然后采用SH32A 型大功率多功能钻机，直接驱动切削靴套筒，并采用高强合金截齿取芯筒钻头穿越旧底板障碍，接着进行灌注桩施工，最后进行止水帷幕施工，具体施工流程如图1所示。

图1 施工组织流程Fig.1 Construction Organization Flow Chart

3.3 旋挖钻机钻头组合穿障施工

3.3.1 旋挖钻切削靴套筒施工

⑴旋挖钻施工前，进行桩孔周边的土体平整，并根据现场测量定位，安装套筒防掉架，如图2所示。防掉架上的四面设置紧固螺栓，可在套筒接长或更换钻头破障时起临时紧固的作用，防止期间切削靴套筒掉落或偏位，影响破障工效及施工质量，切削靴套筒底端装有可更替式的合金切削刀。

图2 套筒防掉架装置连接Fig.2 Sleeve Anti-dropping Device Connection

⑵切削靴套筒快速穿过上部松软土体后，钻进大厚度旧地下构筑物障碍约0.3～0.5 m，起固定成桩孔位的作用，避免出现破障钻头打滑偏位的情况。

3.3.2 高强合金截齿取芯筒钻头施工

大功率多功能钻机通过更换高强合金截齿取芯筒钻头，渐进穿越旧地下室底板。由于旧底板厚度有限，截齿岩层取芯筒钻头又是以取芯方式实现穿越成孔，破障面较为平整，该钻头可在原破障孔位继续钻进成孔，无需切削套筒进一步钻进以防止钻头打滑偏位。截齿取芯套筒钻头及现场被分离的旧地板混凝土土块如图3所示。

图3 截齿取芯筒钻头及分离出的混凝土块Fig.3 Separating The Concrete Block withThe Pick Core Cylinder Bit

3.4 桩位大厚度底板以下的土体成孔施工3.4.1 优化泥浆配比

⑴旧地下室底板与不透水岩层间的松散土体中易形成承压水，而承压水过大则会造成灌注桩孔壁坍塌等情况。对此，以膨润土、水按8.1∶100 的配合比拌和物为基浆，掺入0.40%的工业碳酸钠以及0.05%的CMC-Na 纤维素增粘剂，提升泥浆的胶凝性能。钻孔穿越大厚度底板障碍后，掺入适量的珍珠岩石粉，增大泥浆比重，并分阶段多次测控泥浆比重，使其处于1.20～1.25之间，以防止大厚度底板下部因承压水压力过大而造成灌注桩孔壁坍塌（见图4）。

图4 泥浆比重测定Fig.4 Determination of Mud Specific Gravity

⑵穿越大厚度旧底板后土体成孔各阶段（注入孔口、排出孔口及清口后）泥浆比重控制指标分别为1.10～1.20、1.20～1.25及1.15～1.20。

3.4.2 桩位双底捞砂钻头、开体截齿钻头组合施工

大厚度底板障碍的下方常伴随松散砂石或软质岩体，可分别通过双底捞砂钻头、开体截齿钻头进行桩位土体挖土成孔，如图5所示。

3.5 灌注桩施工

⑴灌注排桩的孔径D 为1 000～1 200 mm，桩芯间距约1.25D。

⑵旋挖桩为排桩时，实施“跳一挖一”施工，跳挖施工顺序如下：①➝②➝①➝②➝①➝②➝①。其中第一批的桩数占50%，第二批的桩数占50%。如相邻桩混凝土已达设计强度的70%，可不跳挖。

纵向受力钢筋采用HRB400 钢筋，纵向受力钢筋的连接采用焊接，单面焊接10d，双面焊接5d。焊接接头必须按《钢筋机械连接技术规程：JGJ 107-2016》要求错开。施工时应按桩顶的设计标高掌握好混凝土的灌注量，使其既保证凿除桩顶浮浆层后混凝土的质量，又不至于凿去太多而造成浪费。灌注混凝土完成面之标高比桩顶的设计标高高出0.5 m。

3.6 穿越旧地下室底板的防水支护体系施工

⑴采用大功率的XY-1A（YJ）型地质钻机进行引孔，地质钻机按“一位一引孔”，穿越大厚度底板，钻孔口径不小于91 mm，最大钻孔口径可达150 mm。

⑵灌注桩施工完毕后，将灌注桩桩头开挖出来，制作2 个直径为1 000 mm 的钢筋箍，将其套在相邻灌注桩笼顶锚固筋上，准确找出灌注桩桩心位置。

⑶桩位引孔后，插入PVC套管作引孔点的定位标记。

⑷最终采用双管高压旋喷桩机进行水泥土旋喷施工，以“高压旋喷-既有旧地下室底板-高压旋喷”的构造形式，构成桩间旋喷止水帷幕综合体（见图6、图7）。

3.7 周边旧建筑自动化测斜监测

为防止深基坑防水支护体系施工过程中对周边老旧建筑造成影响，选择离基坑较近或基坑拐角边缘的旧建筑，安设自动化测斜监测设备（见图8～图10）。通过该设备实时把倾斜监测数据传输至基于区块链的深基坑智能监控集成平台，实时监控穿障成桩过程中周边老旧建筑的倾斜、位移变形量，确保深基坑土方开挖时的施工安全，避免对周边环境扰动造成过大影响。

图6 深搅喷止水帷幕综合体平面示意图Fig.6 The Schematic Plan View of the Deep Mixing Jet Water-stop Curtain Complex

图7 止水帷幕剖面Fig.7 Sectional of Water-stop Curtain

图8 现场倾斜自动化监测Fig.8 On-site Tilt Automatic Monitoring

图9 无人值守深基坑智能监控集成平台Fig.9 Unmanned Intelligent Monitoring Integrated Platform for Deep Foundation Pit

图10 监测现场安装布设Fig.10 Monitoring Site Installation Layout

4 结论

通过SH32A 型大功率多功能钻机直接驱动带合金切削靴套筒，快速切削至底板顶部，解决旧底板障碍上部的松散杂填土不利于形成泥浆护壁的问题，并通过更换为高合金截齿取芯筒钻头实现穿障成孔施工。利用XY-1A（YJ）型地质钻机对大厚度底板进行引孔，并以“高压旋喷-既有旧地下室底板-高压旋喷”的方式，形成桩间旋喷止水帷幕综合体，实现了密集旧建筑群中穿越旧底板障碍的复合止水帷幕施工。