地下舊基礎清障結(jié)合灌注樁作業(yè)的一體化施工關(guān)鍵技術(shù)

吳潔妹 趙永強 袁俊相

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

目前國內(nèi)各大一線城市已經(jīng)用無數(shù)地標性建筑向全世界展示了中國企業(yè)在建筑領(lǐng)域的實力，然而凡事均具有兩面性，如今城市土地資源日益稀缺化，過去建設的大量老舊建筑面臨改建、擴建甚至拆除后重建的選項，相比可以明確拆除的地上部分，大量地基基礎直接遺留在建設場地，作為地下障礙物造成后續(xù)施工的困難，是困擾目前基坑工程施工的常見問題。本文將結(jié)合上海董家渡金融城深基坑工程實例，以綠色施工為出發(fā)點，重點研究深基坑工程中障礙物的處理措施，提出了一種在清障過程中同步進行樁基施工的方案，為今后同類工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程背景及難點

上海董家渡金融城工程為商業(yè)綜合開發(fā)項目地塊，其地下室為地下3層結(jié)構(gòu)，基坑深度18.6 m，采用地下連續(xù)墻圍護，基礎形式則采用鉆孔灌注樁。

基坑工程施工的最大難點在于該地塊內(nèi)存在一處大小約為36 m×64 m的廢棄基礎結(jié)構(gòu)（圖1中6區(qū)網(wǎng)格范圍），廢棄基礎底板深度11 m，形式為厚1.5 m的鋼筋混凝土底板，且下有φ600 mm的鉆孔灌注樁（樁長約25 m）；此外，廢棄基礎外圍存在φ900 mm及φ1 100 mm鉆孔灌注樁圍護，樁長約23 m，上部回填雜填土。廢棄基礎的存在使得范圍內(nèi)擬施工的210根φ600 mm、深度42 m的鉆孔灌注樁工程樁及立柱樁無法正常施工，因此，必須采取相關(guān)措施進行處理。

圖1 場地條件示意

1.2 周邊環(huán)境及地質(zhì)水文

場地位于中心城區(qū)地帶，周邊建筑物較多，特別是在遺留基礎區(qū)域北側(cè)約20 m處為一商業(yè)大廈及其附樓，附樓為地上6層建筑，下有地下室，無樁基。此外，場地東側(cè)為天主教堂，距離基坑最近距離28 m，為文物保護建筑。

場地原為居民區(qū)，場地內(nèi)原有建筑已基本拆除。圍護施工單位已進行場地平整及硬化處理，場地內(nèi)一般地面絕對標高＋3.9 m。地貌類型為濱海平原。

擬建場地揭示土層主要為11個主要層次及分屬不同層次的亞層，其中①層雜填土厚1.2～4.8 m，①3層灰色粉性土厚5.5～16.2 m，④層灰色淤泥質(zhì)黏土厚0～9 m，⑤層為Q4沉積物的灰色黏土、灰色粉質(zhì)黏土及灰色粉質(zhì)黏土夾砂土，⑥層為暗綠色粉質(zhì)黏土，⑦2層為草黃-灰色粉砂，層厚超過30 m（圖2）。勘探期間實測地下水初見水位埋深為2.2～3.3 m，穩(wěn)定水位埋深為0.8～1.7 m，承壓水頭埋深5.49 m。

圖2 地質(zhì)條件剖面

除雜填土較厚及地下障礙物較多外，場地表層分布有①3層灰-灰黃色黏質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（俗稱“江灘土”），層厚6.7～16.0 m，土質(zhì)不均，含螺殼、貝殼碎屑等雜質(zhì)，以黏質(zhì)粉土為主，局部夾較多淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，土性較差。該層土鉆孔灌注樁對成孔質(zhì)量有不利影響。

2 施工方案比選

2.1 常規(guī)施工方案

盡可能利用原廢棄基坑圍護樁進行基坑圍護設計，采用明挖法直接開挖到底破除大底板，之后詳細校對底板下老樁樁位與新樁關(guān)系，調(diào)整樁位，最后用7%水泥土回填后重新開展樁基及加固施工。

為完成整個開挖清障作業(yè)，預計需要額外施工圍護樁199 m3，3道800 mm×900 mm混凝土撐共計378延米，1 000 mm×900 mm圈梁及圍檁共計345延米，旋噴樁止水帷幕1 400 m3，降水井若干，土方開挖14 500 m3，鑿除底板混凝土后回填低摻量水泥土16 000 m3，計劃工期135 d（包括回填后的樁基施工）[1-3]。

2.2 地下基礎清障結(jié)合灌注樁作業(yè)一體化施工方案

用全回轉(zhuǎn)清障CD機引孔直至穿透底板以下，如在底板下未發(fā)現(xiàn)廢棄舊樁，則在原套管內(nèi)根據(jù)樁徑安裝深護筒，并在套管及護筒之間采用低摻量水泥土回填；之后改用GPS系列鉆機成孔鉆進直至設計樁底標高位置，完成灌注樁成孔作業(yè)，開始后續(xù)工序；如清障位置下恰好存在舊樁的，則使用全回轉(zhuǎn)鉆機直接成孔至樁底標高位置，埋設深護筒后開始安裝鋼筋籠，之后進行混凝土灌注。

此外，由于原基坑內(nèi)的三軸加固施工受障礙物影響無法進行，而將整個加固區(qū)內(nèi)的結(jié)構(gòu)底板均采用全回轉(zhuǎn)鉆機清障在經(jīng)濟上不合理，因此對加固工藝進行調(diào)整，同設計溝通后將原三軸加固工藝改為RJP旋噴加固。RJP工藝相對三軸攪拌工藝，其鉆桿極小但加固后的旋噴樁直徑更大，通過在局部位置使用阿特拉斯空壓機引孔后即可滿足施工需要。清障部位以外的底板結(jié)構(gòu)則可以留到主體基坑開挖后一并清除。

綜上所述，該方案的核心在于利用全回轉(zhuǎn)鉆機強大的削銑能力，在清除障礙物的同時直接在清障孔位置施工灌注樁，做到清障作業(yè)和鉆孔樁成孔作業(yè)的一體化施工。

2.3 一體化施工方案的優(yōu)勢

采用常規(guī)方案需要多進行一次深基坑的開挖，在工期大幅延長的同時需要額外增加水平支護及止水帷幕的工程量（耗材大幅增加），而且施工期間不可避免地會對周邊環(huán)境造成影響（降水、開挖及舊樁質(zhì)量均會帶來風險）。綜合考慮各種因素后，本工程決定結(jié)合地下清障作業(yè)同步施工鉆孔灌注樁。

3 關(guān)鍵工藝和技術(shù)措施

3.1 設計優(yōu)化

為減少引孔數(shù)量，同設計單位協(xié)商后對基礎設計進行優(yōu)化，鉆孔樁由原來的φ600 mm調(diào)整為φ1 200 mm，相應樁基數(shù)量從210根減少到80根，在滿足承載能力的前提下大幅減少工作量，對減少工期和成本產(chǎn)生關(guān)鍵性的影響。

3.2 一階段成孔穿透結(jié)構(gòu)底板

在指定位置使用全回轉(zhuǎn)鉆機配合φ1 500 mm套管引孔至結(jié)構(gòu)底，為確認引孔位置是否存在舊樁影響施工，應鉆孔至廢棄底板底標高以下5 m。過程中必須確保地面平整性，否則無法滿足套管鉆入的垂直度要求；根據(jù)探查結(jié)果選擇繼續(xù)用全回轉(zhuǎn)鉆機成孔或改用GPS系列鉆機成孔。

3.3 清障孔部分回填

如清障位置無舊樁影響，則在完成清障的孔內(nèi)安裝φ1 200 mm深護筒，在深護筒與套筒之間采用填充料回填密實后拔除φ1 500 mm鋼套管。根據(jù)現(xiàn)場試驗情況，本工程采用黏性土拌和7%摻量的水泥進行回填?；靥钔翍鶆颉⒚軐?、無結(jié)塊，回填完畢后應等待水泥土強度上升一段時間再開展后續(xù)作業(yè)。

3.4 二階段成孔

在φ1 200 mm的鋼護筒內(nèi)使用GPS系列鉆機直接鉆至設計樁底標高，鉆孔過程中使用膨潤土拌制的泥漿以提高護壁效果，再按常規(guī)灌注樁工藝下放鋼筋籠、安裝導管、清孔后澆灌，全部完成后拔除深護筒并回填樁孔至地面。

4 施工工效及質(zhì)量分析

4.1 施工工效

根據(jù)現(xiàn)場實際施工結(jié)果，在清障的同時完成相應位置鉆孔灌注樁的工效約為0.5根/d，在投入2臺設備的前提下完成清障范圍內(nèi)所有作業(yè)（含加固作業(yè)）共計96 d，較常規(guī)開挖方案縮短工期近40 d，具有明顯的優(yōu)勢。

4.2 成孔垂直度檢測分析

施工過程中使用RT200Ⅲ型全回轉(zhuǎn)鉆機引孔，其優(yōu)勢在于扭矩強大的同時配有鉆頭負荷自動控制裝置及自動水平調(diào)整機構(gòu)，即使在清除高強度障礙物的過程中也能確保垂直度。根據(jù)第三方檢測數(shù)據(jù)顯示，全回轉(zhuǎn)鉆機成孔垂直度一般控制在0.3%～0.5%，符合設計要求及施工需要。

4.3 樁身完整性檢測及靜載試驗分析

根據(jù)設計文件及相關(guān)標準的要求對采用本方案施工的灌注樁分別進行了樁身完整性檢測和靜載試驗。

共選取18根一體化施工樁基進行超聲波透射法檢測，檢測結(jié)果符合規(guī)范要求。共選取3根一體化施工樁基進行了抗拔試驗，采用液壓千斤頂加荷，其實際承載能力均大于設計要求的5 000 kN。

綜上所述，采用一體化施工完成的鉆孔灌注樁質(zhì)量完全能夠滿足設計及相關(guān)規(guī)范的要求。

5 綠色施工指標分析

5.1 節(jié)材綜合分析

根據(jù)常規(guī)方案的初步設計，預計增加的材料消耗包括：圍護樁鋼筋35 t、圍檁及支撐鋼筋101 t、圍護樁混凝土199 m3，圍檁及支撐混凝土613 m3、止水帷幕水泥504 t，回填土水泥2 016 t。

由于一體化施工方案的核心在于清障和灌注樁的同步進行，因此并沒有增加實體工程量，工藝本身不會產(chǎn)生額外的材料消耗；為配合施工，對鉆孔灌注樁進行了設計變更，導致增加的材料消耗包括：灌注樁鋼筋27 t，灌注樁混凝土388 m3，回填土水泥80 t（表1）。

5.2 減少土方開挖及建筑垃圾產(chǎn)生

根據(jù)常規(guī)方案的初步設計，預計開挖土方14 500 m3，土方回填16 000 m3，且考慮到施工場地狹小、現(xiàn)場無大面積堆土條件，難以利用開挖土方直接回填；將清除的障礙物均視作產(chǎn)生的建筑垃圾，結(jié)構(gòu)底板及原圍護樁無論采取何種方案均需要清除，故不進行計算，新增圍護結(jié)構(gòu)合計產(chǎn)生建筑垃圾812 m3。

一體化施工方案不涉及基坑開挖，僅計算鉆孔樁設計變更引起的鉆孔出土及回填的變化量，分別為2 276 m3及737 m3。除原障礙物外并未產(chǎn)生新的建筑垃圾（表2）。

表1 材料節(jié)省匯總

表2 土方及建筑垃圾量匯總

5.3 減少對周邊環(huán)境的影響

由于廢棄底板位置靠近周邊商業(yè)大廈附樓，附樓為地上6層建筑，下有地下室且無樁基礎，采用常規(guī)方案則在開挖過程中還將面臨原圍護樁質(zhì)量風險、基坑降水風險，因此不可避免地會對周邊建筑造成負面影響，并給后期主體基坑開挖留下隱患。一體化施工方案的清障過程幾乎不會對周邊建筑造成影響，最大限度減少了對土體的擾動。實際監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，基坑開挖前周邊環(huán)境的變形數(shù)據(jù)與開工前相比無明顯變化。

6 結(jié)語

地下舊基礎的清障是當下老舊建筑改建、重建過程中不可避免的問題，本文介紹的一體化施工方案主要是在采用全回轉(zhuǎn)鉆機在指定位置引孔清障過程中同步完成鉆孔灌注樁施工的方法。其優(yōu)點在于前期清除局部障礙物后便可以完成樁基及加固施工，不需要施工額外的基坑支護進行二次開挖，大部分障礙物可以留到主體基坑開挖后一并清除。實際施工效果顯示，本方案在縮短工期的同時，完成的樁基質(zhì)量也完全能夠滿足設計要求；站在綠色施工的角度分析，本方案大幅降低了鋼筋、混凝土及水泥的主材消耗量，并避免了基坑多次開挖的風險，減小了對周邊環(huán)境的影響，可以說是其最大的亮點。