FCEC拔樁工藝在復雜環境中的應用

蔡 蕓 飛

(上海市市政工程建設發展有限公司，上海 200002)

0 引言

在城市隧道建設過程中，盾構推進往往會遇到很多障礙物，這些障礙物多為城市發展過程中遺留下的一些廢棄建筑物樁基。目前的盾構刀盤技術還不能做到大面積清除地下遺留的鋼筋混凝土樁基，這就要求我們建設者在盾構推進前，在地面上對障礙物進行清除。

地下清障工程在上海發展已久，早在外灘通道建設的過程中，拆除亞洲第一灣后的樁基清除工作就已經有很成功的經驗。但是常規的全回轉沖抓清障工藝對周邊環境影響較大，在一些環境復雜的工況下需要采用更環保的工藝進行拔樁清障。

1 工程概況

北橫通道工程為上海市中心內一條城市快速路，其主線為盾構隧道，擬采用直徑15.56 m的泥水氣平衡盾構掘進施工。根據北橫通道的設計線路，以中山公園工作井為界，盾構隧道分為東、西兩段。主線盾構從中山公園工作井始發260 m，以平面R500的小半徑曲線，3.8%的縱坡下穿華陽路330號，穿越段長度約40 m，隧道覆土厚度為22.7 m～23.9 m。根據相關調查資料，穿越范圍內共有鉆孔灌注樁58根，直徑為700 mm，樁長30 m,如圖1所示。

2 地質條件及周邊環境

遺留樁基深度范圍內的地層從上到下依次為：①表層雜填土、③灰色淤泥質粉質粘土、④灰色淤泥質粘土、⑤1灰色粉質粘土、⑥暗綠～黃色粉質粘土、⑦1草黃～灰色粉砂、⑦2草黃～灰色粉細砂。

華陽路330號為5層獨立的辦公場所，建筑面積4 941 m2，房屋建于1986年，建筑結構為鋼筋混凝土框架結構，基礎為條形基礎，埋深3.0 m，底標高為-0.5 m，大樓內有重要機房24 h不間斷工作，對周邊環境振動要求較為苛刻(振動加速度不大于0.5 m/s2)。北橫主線盾構需拔除的樁距離辦公大樓最近僅為4 m左右，由于大樓有精密儀器設備工作，施工中需要將振動控制在規定的范圍內，同時對大樓的差異沉降、噪聲、揚塵的控制也甚為苛刻。

3 拔樁工藝比選

與其他拔樁工程相比，該項目的難點與特點分析如下：

1)樁的位置與數量均存在不確定性(由于只有設計樁位圖，沒有竣工圖)；

2)樁身有葷(上部12 m有鋼筋籠)有素(下部18 m為素混凝土)；

3)緊鄰建筑有精密設備工作，樁基處理振動控制要求苛刻(振動加速度不大于0.5 m/s2)。

針對本工程的上述難點與特點，對拔樁工藝進行了比選：

首先想到的是采用傳統全回轉拔樁工藝，該工藝利用全回轉設備產生的下壓力和扭矩，驅動鋼套管轉動，利用管口的高強刀頭對土體、巖層及鋼筋混凝土等障礙物的切削作用，將套管鉆入地下，去除套管內樁體，最后向套管內回填土體并逐節頂拔套管。該工法最大的特點是可將套管鉆入有巖層或高強障礙物的土層，利用套管的護壁作用，在套管內進行清障。

通過對采用全回轉拔樁工藝的項目實地考察后，發現傳統全回轉鉆機清障的本質是將地下樁基分段強行扭斷，在扭斷的過程中噪聲過大，同時存在二次沖抓的可能性。在抓斗對破碎混凝土進行沖抓的過程中，周邊建筑物振動感較為明顯。結合本工程周邊環境的情況，后經專家論證和實驗模擬后認為傳統的全回轉鉆機清樁工藝不適合在本工程中運用，擬采用FCEC全回轉拔樁進行清障施工。

FCEC全回轉拔樁清障施工工藝彌補了傳統施工工藝的不足，對傳統的拔樁清障施工工藝進行了技術改進。采用目前國際上最先進的FCEC清障機，以履帶式自行走機械為基架，由360°旋轉的旋轉動力裝置驅動外鋼套管高速旋轉，將舊樁周土體旋轉切割、切削實施土體分離，從而減小樁側摩阻力后拔樁。

4 FCEC拔樁清障實例

4.1 拔樁施工過程

根據現場實際情況，結合工程地質條件和環境保護要求，分別對以下3根樁進行全過程跟蹤研究討論，定位W50號工程樁，36號錨樁(全籠)及33號工程樁。

拔樁施工主要分以下4個步驟：

設備就位→套管鉆進→鋼絲繩下放與拔樁→回填。

根據對上述3根樁全過程拔樁研究，FCEC工藝確實能達到快速清障的效果，同時在整個拔樁過程中體感噪聲、振動都是在可承受范圍內，具體后有數據分析。但是在結合本工程特點上，還有以下方面需要進行改進：

1)樁基進入地下18 m以下⑥層土較硬，粘結力好，樁周土體分離難度大，需對鋼套管底部進行適當改裝，增加一個氣霧噴射嘴，同時將氣霧噴射嘴適當調整角度2°～3°，增大氣壓力至0.9 MPa，鋼套管內壁增加3個5 cm左右的鋼絲刷，適當減慢鉆進速度，以確保樁不卡死在套管內。

2)拔樁中采用原裝德國靜力抓斗抓樁時，由于抓斗口較小，僅為720 mm，很難將樁夾住，通過試拔樁幾次調整，將抓斗口由720 mm調整至760 mm，通過幾次調整，抓樁成功率從10%提高到50%。靜力抓斗振動噪聲比較小，只是在具體使用中比較考驗操作者的水平，初期需要多試幾次才能完成樁基抓取工作。

3)FCEC拔樁工藝與傳統拔樁工藝最大的區別就在于樁基的截斷，FCEC采取整節樁基起吊，分段截斷分吊的形式。在這個過程中減少了土體的擾動和對周邊環境的影響，不過截樁還是有稍許噪聲，可以通過使用低功率電鎬來降低噪聲對環境的影響。

4.2 周邊環境監測

在整個拔樁的過程中，采用自動化手段對華陽路330號大樓實施監測。監測內容包括大樓振動、大樓不均勻沉降，并實時在監測平臺上傳監測數據。

1)大樓振動監測。

根據大樓機房的位置分布，振動監測點共布設6個，其中1樓設1個鉛錘+水平振動監測點；3樓設1個鉛錘+水平振動監測點和1個鉛錘振動監測點；5樓設2個鉛錘振動監測點；6樓設1個鉛錘+水平振動監測點。

2)大樓不均勻沉降監測。

沿大樓周邊一圈設置10個靜力水準點，均在大樓外側墻角。

4.3 監測成果總結

4.3.1大樓振動監測

所有振動監測點于拔樁工作開始前完成布設調試并開始正常工作。整個拔樁過程中，振動值基本在0.03g以內；個別瞬間超過0.03g，但小于報警值0.05g(如圖2所示)。

4.3.2大樓不均勻沉降監測

所有靜力水準點于拔樁前完成布設，并于拔樁開始前一周調試完成正常工作，期間不均勻沉降值在+7.84 mm～-3.63 mm范圍。其中沉降較大的為Z1點(離拔樁作業最近4 m處)，考慮到后續可能的持續沉降，已在大樓和作業面間進行注漿加固處理，后期沉降控制良好(如圖3所示)。

5 結語

從北橫通道主線盾構拔樁施工來看，FCEC工藝能有效地完成地下樁基清除工作，同時通過對周邊環境的監測可以得出結論，FCEC工藝對周邊環境影響很小。整個拔樁過程中可以有效控制土體沉降，有效控制振動和噪聲，和傳統的拔樁工藝比較還是有較大優勢的，唯一的缺點就是經濟性不高。希望隨著城市道路的不斷建設，建設者們將繼續摸索探尋，國產化FCEC拔樁設備的主要核心部件，真正做到“中國制造”，這樣成本高的問題也能得到有效緩解。