緊鄰地鐵的地下深層障礙物清除及基坑圍護結構連續施工技術

張少駿 周 強 侯海芳

中國建筑第八工程局有限公司上海分公司 上海 200433

1 工程概況

上海國際航空服務中心（X-1地塊）位于上海市徐匯區黃浦江南延伸區域，基地總面積37 131 m2，建筑面積238 737 m2。

項目基坑開挖面積約33 000 m2，分7個分區施工，開挖深度：1區～3區大面區域為15.7 m，場地西側4區～7區為11.5 m。基坑緊鄰上海市軌道交通11號線，距離基坑最近處僅8.3 m（圖1）。

圖1 基坑分區平面布置

云錦路過街連通道東側工作井伸入項目基坑5區內，影響基坑咬合樁圍護結構施工，作為坑內障礙物需要清除（圖2）。圍護結構采用φ1 200mm@950mm咬合樁，樁身標高－26.40～－2.00 m，樁體埋深L=24.4 m，圍護長度約15 m，共計有15根。

圖2 工作井與圍護結構平面

2 施工重、難點分析及對策

1）工程緊鄰地鐵，周邊環境復雜，地鐵保護要求高；施工場地狹小，施工難度大。運用全回轉鉆機在障礙物原地進行鋼套管內旋轉切割清障取土、成孔，并兼作圍堰，完成下鋼筋籠與混凝土澆筑等咬合樁施工工序。該方法無需增設臨時圍護結構、降水體系和泥漿循環系統，能有效解決場地狹小、施工受限的難題，尤其是施工無擾動，對周邊環境影響極小，噪聲低，場地干凈，綠色環保。

2）障礙物埋深深，清除較困難，同時還需在較短時間內快速完成后續咬合樁圍護體系，工期緊迫。采用原位清障、原位施工后續圍護結構，清障與咬合樁圍護結構連續施工，大大節約了時間。全套管切割障礙物后，就原清障孔位進行咬合樁施工，采用硬咬合工藝咬合相鄰樁體，形成咬合排樁，最后咬合排樁兩端切割并咬合與之相接的地下連續墻，形成一套完整、封閉的圍護結構體系。

3 總體施工方法及技術

3.1 工藝原理

清障采用全回轉鉆機驅動鋼套管在（待施工圍護咬合樁）樁周作360°旋轉切割鉆進，對咬合樁施工區域障礙物進行分離，套管內側裝有刀盤，旋轉破碎套管內脫離的障礙物，而后利用沖抓斗清除套管內雜物直至設計標高；待地下障礙物全部清除完畢后，原位跟進咬合排樁圍護施工，咬合樁采用硬咬合工藝，即運用鋼套管旋轉下壓成孔，鋼套管兼作咬合樁護壁圍堰，灌注混凝土成樁，待先施工樁體終凝后，后施工樁體運用鋼套筒旋轉下壓切割先施工已終凝樁體的素混凝土區域，使樁體部分圓周相嵌相咬，形成樁體相互咬合的無縫銜接，最后形成的咬合排樁起始兩端硬咬合場地內前期已施工完成的地下連續墻，使之形成封閉的地下圍護結構[1-3]。

3.2 施工工藝流程及控制要點

3.2.1 清障施工

1）表層清障。人工配合鎬頭機揭除工作井頂板混凝土，工作井內側壁上下端植臨時封堵墻主筋，施工厚400mm臨時封堵墻，適當養護后，利用本工程場內三軸攪拌樁水泥置換土回填工作井，壓實整平，為深層清障做好前期準備。

2）放樣、測定清障孔位。表層清渣完畢后，依據咬合樁的設計樁位，測量放樣出待清障的孔位中心，并做好相應標定。

3）施工鋼筋混凝土導墻：依放樣的清障孔位，施工厚600mm的C30鋼筋混凝土導墻（兩邊外擴2 500mm）內配φ16mm@150mm×150mm雙層雙向鋼筋網片，為全套管鉆機和吊裝設備提供一個平整、堅實穩固的工作平臺，導墻定位孔徑宜比咬合樁樁徑大20mm，以便完全包含咬合樁，徹底清障。

4）全回轉鉆機就位。全回轉鉆機由液壓動力設備、鋼套管、鉆頭等組成，組件較重，吊機配合吊裝。導墻養護達到強度后，拆除模板重新定位放樣排樁中心位置，將點位引到導墻頂面上，作為鉆機定位控制點。全回轉鉆機先移機至導墻上初步定位，再精調，調整鉆機的水平位置和垂直度，使鉆機抱管器中心與定位在導墻上的孔位中心一致。

5）安裝鋼套管。全回轉鉆機就位后，吊裝鋼套管在鉆機鉗口中，使其順插入鉆機抱管器中，調整垂直度，使鋼套管中心、抱管器中心與清障孔位中心保持在一條直線上，隨即固定鋼套管并校準后即可進行切割清障工作。

6）套管鉆進、破碎障礙物。鋼套管安裝就位后，在液壓系統驅動下，鋼套管旋轉切割并鉆進沉入地下，將障礙物與四周原狀結構實施切斷、分離。同時鋼套管底端鑲嵌鋸齒狀的鈦合金刀頭，在旋轉驅動裝置的驅動下作360°旋轉壓入和切削，即使套管周邊存在其他硬質障礙物，也能一并切割穿透，時刻關注鋼套管垂直度，直至沉入到預定深度。

7）深度清除孔內障礙物。鋼套管每切割、鉆進2.5～5.0 m深度，用抓斗從套管內取土，一邊抓土、一邊繼續下壓套管，始終保持套管底口超前于開挖面深度2.5 m及以上。每一節套管全部壓入土中后（管口以上留1.2～1.5 m，以便于接管），保證垂直度合格的情況下繼續施工；渣土外運，直至清障完畢。

8）回填土、鉆機移位。待單孔清障完畢后，管內回填場地內施工的三軸水泥攪拌樁置換土，在回填的同時上拔鋼套管。回填至樁頂后，鉆機移位，進入下一道樁孔位清障施工工序，直至全部清除完畢[4]。

3.2.2 咬合樁施工

咬合樁分A、B共2種樁體（圖3），先施工A型樁（A樁內設計方形鋼筋籠），待A型樁終凝后，再施工B型樁（B樁內設計圓形鋼筋籠），B型樁切割咬合A型樁的素混凝土部分直至形成咬合排樁，最后咬合排樁兩端部（圖3中B1和B8樁）同前期已施工的地下連續墻咬合，形成封閉的基坑圍護體系。具體施工流程如下[5-6]：

圖3 咬合樁樁體及周圍環境示意

1）樁位放樣、鉆機就位與鋼套管安裝。待全部清障完畢后，依咬合樁設計樁位，二次測量放樣孔位中心，并做好標定。然后，全回轉鉆機二次就位與安放鋼套管，方法同清障。

2）取土成孔。液壓系統操作同清障施工，一邊抓土（對于后施工樁體時，硬咬合還需切割先施工終凝樁體的素混凝土區域）一邊繼續下壓套管，保證垂直度合格的情況下繼續施工，直至達到樁底設計標高，做好成孔檢測與驗收。

3）吊裝A/B型樁體鋼筋籠。成孔檢測合格后，進行吊裝鋼筋籠工作，鋼筋籠按設計規格、材料及制作規范預先分段制作。鋼筋籠運至孔口邊安裝時，及時測量鋼筋籠下放長度保證鋼筋籠下放標高正確；同時，籠體應保持垂直狀態輕提緩放，避免碰撞孔壁；若下放遇阻應停止，查明原因進行相應處理后再行下放，嚴禁將鋼筋籠高起猛落，強行下放。鋼筋籠起吊、運輸和安裝中采取三點吊，統一指揮，防止鋼筋籠變形。

4）灌注混凝土。咬合樁采用水下C35、抗滲等級P8混凝土。先沿鋼筋籠內側緩慢下放導管至孔底，再將混凝土倒入集料斗中，由吊機吊至孔口，倒入導管上部的貯料斗中。灌注過程中，一邊灌注一邊上拔鋼套管和混凝土導管，直至將混凝土灌至樁頂標高（宜高出500mm）；勤量測混凝土面高度，拔套管不宜過快，確保套管埋深不低于灌注面2 m，同時混凝土導管埋置于灌注面以下。

5）拔管成樁、養護。單樁澆筑完畢后，先跳躍式連續施工幾個A型樁，給先施工的A型樁一定的養護時間，待A型樁強度達到要求后再施工B型樁，實現硬咬合。施工成樁順序為：A1→A2→A3→B2→A4→B3→B4→A5→A6→A 7→B5→B6→B7→B8→B1。

6）清洗機具、鉆機移位。混凝土灌注完成后清洗機具，鉆機移位準備施工下一根樁，直至施工完畢。

3.2.3 施工注意要點

1）導墻孔口定位允許誤差為10mm。在清障時，孔深范圍內的地下障礙物務必一次性清理干凈，避免二次清理。

2）全回轉鉆機就位對中準確，分初就位和二次精確定位（含垂直度），確保咬合樁樁位同前期清障孔位在同一位置。

3）鉆機下壓套管時，實時檢測、調整套管的垂直度，確保樁的垂直度＜0.3%；鋼筋籠下放時，籠體保持垂直狀態輕提緩放。

4）按設計要求，選取20%或至少5根咬合樁預埋聲測管，并按相關技術規程要求進行樁身質量檢測。

5）混凝土灌注時，勤量測導管埋入深度和混凝土澆筑面標高，注意始終保持導管底低于混凝土面不小于2.5 m。混凝土灌注至樁頂后，需超灌約50 cm高度，確保樁頂混凝土質量。

6）樁的充盈系數不小于1.0，以確保樁內混凝土密實，保證成樁質量。

4 綜合效果分析

相比于傳統的地下障礙物清除和圍護結構施工，本工藝具有技術先進、環境影響小、工期短、圍護成型質量高等良好的綜合社會效益和經濟效益，具體如下：

1）相對于傳統的大開挖后清除地下障礙物或設置臨時圍護體系后開挖清除障礙物工藝，本工藝無需增設臨時圍護結構、降水體系和泥漿循環系統，能有效地解決場地狹小、施工受限的難題，節省場地，節約成本；且咬合樁可進行任意角度的咬合銜接，相鄰兩樁硬咬合無竄孔隱患、咬合緊密無縫隙、無滲漏點，外觀圓順、止水效果優良，具有較高的施工技術水平（圖4）。

圖4 咬合樁實施效果

2）相對于傳統地下障礙物清除工藝，本工藝無臨時地下圍護結構施工養護、降水井打設及降水施工、土方開挖等施工環節，而是直接采用全回轉鉆機配合大直徑的鋼套管清除障礙物并與咬合樁圍護結構連續施工，節約了時間。

5 結語

原位清障、原位施工后續圍護結構，鋼套管兼作咬合樁圍堰，實現清障與咬合樁圍護結構連續施工，在工程中得到成功應用，為以后類似工程提供了成功實例。本技術旨在解決鄰近地鐵環境要求高以及施工場地狹小等問題，施工核心借助咬合樁徑內清障與硬咬合圍護結構施工體系，以快速完成清障和圍護結構施工，對周圍環境影響極小，而咬合樁施工技術目前已較成熟，很好地滿足施工各方要求，具有一定的市場應用前景。