地下舊基礎(chǔ)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(qiáng) 袁俊相

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

目前國(guó)內(nèi)各大一線城市已經(jīng)用無數(shù)地標(biāo)性建筑向全世界展示了中國(guó)企業(yè)在建筑領(lǐng)域的實(shí)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(shè)的大量老舊建筑面臨改建、擴(kuò)建甚至拆除后重建的選項(xiàng)，相比可以明確拆除的地上部分，大量地基基礎(chǔ)直接遺留在建設(shè)場(chǎng)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(shí)例，以綠色施工為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)

上海董家渡金融城工程為商業(yè)綜合開發(fā)項(xiàng)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(hù)，基礎(chǔ)形式則采用鉆孔灌注樁。

基坑工程施工的最大難點(diǎn)在于該地塊內(nèi)存在一處大小約為36 m×64 m的廢棄基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（圖1中6區(qū)網(wǎng)格范圍），廢棄基礎(chǔ)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(zhǎng)約25 m）；此外，廢棄基礎(chǔ)外圍存在φ900 mm及φ1 100 mm鉆孔灌注樁圍護(hù)，樁長(zhǎng)約23 m，上部回填雜填土。廢棄基礎(chǔ)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(jìn)行處理。

圖1 場(chǎng)地條件示意

1.2 周邊環(huán)境及地質(zhì)水文

場(chǎng)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(chǔ)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(chǎng)地東側(cè)為天主教堂，距離基坑最近距離28 m，為文物保護(hù)建筑。

場(chǎng)地原為居民區(qū)，場(chǎng)地內(nèi)原有建筑已基本拆除。圍護(hù)施工單位已進(jìn)行場(chǎng)地平整及硬化處理，場(chǎng)地內(nèi)一般地面絕對(duì)標(biāo)高＋3.9 m。地貌類型為濱海平原。

擬建場(chǎng)地揭示土層主要為11個(gè)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(shí)測(cè)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(chǎng)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(duì)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(hù)樁進(jìn)行基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)，采用明挖法直接開挖到底破除大底板，之后詳細(xì)校對(duì)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(gè)開挖清障作業(yè)，預(yù)計(jì)需要額外施工圍護(hù)樁199 m3，3道800 mm×900 mm混凝土撐共計(jì)378延米，1 000 mm×900 mm圈梁及圍檁共計(jì)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(jì)劃工期135 d（包括回填后的樁基施工）[1-3]。

2.2 地下基礎(chǔ)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(jī)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(hù)筒，并在套管及護(hù)筒之間采用低摻量水泥土回填；之后改用GPS系列鉆機(jī)成孔鉆進(jìn)直至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)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(jī)直接成孔至樁底標(biāo)高位置，埋設(shè)深護(hù)筒后開始安裝鋼筋籠，之后進(jìn)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(jìn)行，而將整個(gè)加固區(qū)內(nèi)的結(jié)構(gòu)底板均采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清障在經(jīng)濟(jì)上不合理，因此對(duì)加固工藝進(jìn)行調(diào)整，同設(shè)計(jì)溝通后將原三軸加固工藝改為RJP旋噴加固。RJP工藝相對(duì)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(jī)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(jī)強(qiáng)大的削銑能力，在清除障礙物的同時(shí)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(shì)

采用常規(guī)方案需要多進(jìn)行一次深基坑的開挖，在工期大幅延長(zhǎng)的同時(shí)需要額外增加水平支護(hù)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(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成影響（降水、開挖及舊樁質(zhì)量均會(huì)帶來風(fēng)險(xiǎn)）。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(shè)計(jì)優(yōu)化

為減少引孔數(shù)量，同設(shè)計(jì)單位協(xié)商后對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，鉆孔樁由原來的φ600 mm調(diào)整為φ1 200 mm，相應(yīng)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(duì)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(jī)配合φ1 500 mm套管引孔至結(jié)構(gòu)底，為確認(rèn)引孔位置是否存在舊樁影響施工，應(yīng)鉆孔至廢棄底板底標(biāo)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(jī)成孔或改用GPS系列鉆機(jī)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(hù)筒，在深護(hù)筒與套筒之間采用填充料回填密實(shí)后拔除φ1 500 mm鋼套管。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，本工程采用黏性土拌和7%摻量的水泥進(jìn)行回填。回填土應(yīng)均勻、密實(shí)、無結(jié)塊，回填完畢后應(yīng)等待水泥土強(qiáng)度上升一段時(shí)間再開展后續(xù)作業(yè)。

3.4 二階段成孔

在φ1 200 mm的鋼護(hù)筒內(nèi)使用GPS系列鉆機(jī)直接鉆至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高，鉆孔過程中使用膨潤(rùn)土拌制的泥漿以提高護(hù)壁效果，再按常規(guī)灌注樁工藝下放鋼筋籠、安裝導(dǎo)管、清孔后澆灌，全部完成后拔除深護(hù)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(chǎng)實(shí)際施工結(jié)果，在清障的同時(shí)完成相應(yīng)位置鉆孔灌注樁的工效約為0.5根/d，在投入2臺(tái)設(shè)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(jì)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(shì)。

4.2 成孔垂直度檢測(cè)分析

施工過程中使用RT200Ⅲ型全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)引孔，其優(yōu)勢(shì)在于扭矩強(qiáng)大的同時(shí)配有鉆頭負(fù)荷自動(dòng)控制裝置及自動(dòng)水平調(diào)整機(jī)構(gòu)，即使在清除高強(qiáng)度障礙物的過程中也能確保垂直度。根據(jù)第三方檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔垂直度一般控制在0.3%～0.5%，符合設(shè)計(jì)要求及施工需要。

4.3 樁身完整性檢測(cè)及靜載試驗(yàn)分析

根據(jù)設(shè)計(jì)文件及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)采用本方案施工的灌注樁分別進(jìn)行了樁身完整性檢測(cè)和靜載試驗(yàn)。

共選取18根一體化施工樁基進(jìn)行超聲波透射法檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果符合規(guī)范要求。共選取3根一體化施工樁基進(jìn)行了抗拔試驗(yàn)，采用液壓千斤頂加荷，其實(shí)際承載能力均大于設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范的要求。

5 綠色施工指標(biāo)分析

5.1 節(jié)材綜合分析

根據(jù)常規(guī)方案的初步設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)增加的材料消耗包括：圍護(hù)樁鋼筋35 t、圍檁及支撐鋼筋101 t、圍護(hù)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(jìn)行，因此并沒有增加實(shí)體工程量，工藝本身不會(huì)產(chǎn)生額外的材料消耗；為配合施工，對(duì)鉆孔灌注樁進(jìn)行了設(shè)計(jì)變更，導(dǎo)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(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)開挖土方14 500 m3，土方回填16 000 m3，且考慮到施工場(chǎng)地狹小、現(xiàn)場(chǎng)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(hù)樁無論采取何種方案均需要清除，故不進(jìn)行計(jì)算，新增圍護(hù)結(jié)構(gòu)合計(jì)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(jì)算鉆孔樁設(shè)計(jì)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(duì)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(chǔ)，采用常規(guī)方案則在開挖過程中還將面臨原圍護(hù)樁質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、基坑降水風(fēng)險(xiǎn)，因此不可避免地會(huì)對(duì)周邊建筑造成負(fù)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(huì)對(duì)周邊建筑造成影響，最大限度減少了對(duì)土體的擾動(dòng)。實(shí)際監(jiān)測(cè)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(chǔ)的清障是當(dāng)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(jī)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(diǎn)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(hù)進(jìn)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(shí)際施工效果顯示，本方案在縮短工期的同時(shí)，完成的樁基質(zhì)量也完全能夠滿足設(shè)計(jì)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(fēng)險(xiǎn)，減小了對(duì)周邊環(huán)境的影響，可以說是其最大的亮點(diǎn)。