復雜環境下清障施工方案的選擇及其對基坑安全性的影響

朱體瀚 余 俊 穆昭榮

浙江上嘉建設有限公司 浙江 嘉興 314000

圍繞老舊城區改造進行的城市更新建設項目，不可避免地需要對地下已有的一些廢棄結構物進行清障處理，主要包括市政管線、樁基礎、廢棄混凝土結構甚至大塊拋石等，對新建工程的施工都造成極大的困擾，這些地下障礙物清除方法的選擇實施對整個工程的順利施工都有著關鍵影響。

現有的清障技術主要包括人工清障、爆破清障和機械清障，而對于軟土中心城區地下開發而言，機械清障因其施工效率高、安全度好等優點被廣泛應用。機械清障又可分為破碎清障、無損清障這2種，其中破碎清障施工對周邊環境變形影響較大，采用無損清障配合針對性的施工工藝，可以很好地適用于周邊環境復雜且變形控制要求較高的工程中[1]；上海外灘通道綜合改造工程重點對比了全回轉套管CD機和FCEC全回轉清障法的特點，最終選用FCEC全回轉清障法完成PHC樁和鉆孔灌注樁的清除，保證了工程的順利進行[2]；同時，施工監測表明，采用全套筒鉆機進行深層清障施工，能夠控制鄰近構筑物的沉降變形[3]。

本文結合嘉興市南湖區景湖路及地下空間共享工程，在進行SMW工法樁施工過程中發現下方存在局部障礙物，在進行清障處理作業中，基坑本體開挖已初具規模，清障施工會對基坑本體的安全性產生一定影響。因此，在清障過程中需對鄰近的圍護結構變形及鋼管樁軸力進行全過程監測，以此作為清障施工的安全性評價指標及預警依據。

1 工程概況

1.1 工程場地位置概況

本工程位于嘉興市南湖區景湖路-紡工路交叉口，北側為南湖湖濱提升工程項目二期酒店項目，采用1層地下室，原圍護形式為鉆孔灌注樁/SMW工法樁＋1道混凝土支撐（局部重力壩內插型鋼）；南側為擬建人才公寓；西側為嘉興市南湖湖濱區改造提升工程（南湖書院），采用1層地下室，地下結構即將完成頂板，原圍護形式為鉆孔灌注樁＋3軸攪拌樁止水＋1道混凝土支撐（局部放坡＋鋼板樁）；東側為已建紡工路為嘉興市主干道，管線密布，車流、人流密集，且正在進行有軌電車線路施工；鄰近建筑眾多，周邊環境復雜，施工周期短。

1.2 障礙物類型及清障方案選擇

本項目SMW工法施工過程中，遇不明地下障礙物，型鋼插入受阻。經物探，初步推斷為既有防空洞，推斷防空洞位置如圖1所示。

圖1 防空洞位置示意

查詢現有資料，該防空洞埋深約為10 m，防空洞底板深15 m，無鋼筋。由于該區域對接下來的工法樁施工會有影響，所以需對該區域進行清障處理。由于本工程只有125個日歷天，工期緊張、任務重，為滿足以上要求，擬采用旋挖施工清障方案。

2 清障方案及工藝流程

2.1 清障施工方案

本工程采用旋挖施工清障，根據現場探測情況，每根樁清障深度大概8～13 m。本工程清障總計53根，每根清障直徑1.5 m，邊清障邊采用現場三軸置換土回填。該工藝具有定位快捷準確、鉛直精度高、施工速度快、噪聲低、無污染等優點。

旋挖清障施工過程中應跳孔施工。清障施工前，進行詳細的技術、安全和管線交底工作；地下清障前對施工區域內的管線進行排摸，確認其與地下障礙物之間的關系，以便及時采取搬遷或保護措施；根據所放樣的樁位，組織測量人員對樁孔的平面位置進行現場放樣，并對其標注編號，保證樁位的準確性[4-10]。

2.2 清障施工流程

根據建設單位提供的樁圖紙資料，用全站儀測定每個樁孔位置→根據測量的樁位并請總包監理核認→清障旋挖鉆機就位→旋挖鉆進地下清障→回填土密實→移機下一個孔位。局部清障現場施工如圖2所示。

圖2 局部清障施工現場

清障旋挖鉆機采用筒式鉆頭，鉆頭底部鑲嵌鋸齒型鈦合金刀頭，施工時在孔內將鉆頭下降到障礙物以下50 cm，轉鉆頭并加壓，旋起的石塊擠入鉆筒內，石塊擠滿鉆筒后，反轉鉆頭，封閉鉆頭底部并提出孔外，然后自動開啟鉆頭底部開關，將清理的孔內障礙物倒出清運。

清障旋挖鉆機就位前應對鉆機各項準備工作進行檢查，鉆機安裝后的底座和頂端應平穩，就位核對好中心后，開始鉆孔。首鉆應先緩慢加壓鉆進。在鉆進過程中，鉆機不能產生位移或沉陷，否則應及時處理。

障礙物清除并達到原狀土后，即進行孔內黏土回填。采用挖機及人工配合回填。每個樁孔回填至地面以下50 cm。

1）土方選用現場三軸置換土進行回填。

2）土方不應夾雜有毒、有害物質，不得夾雜石塊。

3）在回填之前，專職質量員應檢查基底是否有積水并及時組織排水。

4）土方回填過程中，應嚴格按照規范要求，進行分層分皮回填，每次回填厚度以300 mm為最佳，并在回填之前對土方含水率進行測定，使其含水率達到回填最佳密實效果。

5）每層土方應采用夯實機進行夯實，夯實次數不得少于3次。

6）土方回填應由低向高并遵循對稱回填的基本原則。

現場清理出的障礙物由甲方委托專業土方單位直接清理外運。

3 清障施工對鄰近基坑施工的影響

考慮到現場條件，由于地下障礙物的發現時間比較晚，此時主體基坑開挖已陸續開始，首道混凝土＋局部鋼支撐也已施作完成，相應的監測點位布置也隨著結構施工同步完成，不具備增設監測點位的條件。選擇與清障施工位置最為接近的3個已有監測點位（CX1、Z1、Z9），如圖3所示，通過這3個點位的實測數據，分析清障作業對基坑本體施工安全的影響。

圖3 局部測點布置示意

本基坑為二級基坑，根據設計單位要求，以及DG/T J08-2001—2006《基坑工程施工監測規程》等有關規范規程，相應報警值要求如表1所示。

表1 基坑監測報警值

監測結果顯示，對于鋼支撐，2月17日進行預緊力施加，在應急清障施工當天（2月21日），鋼支撐的軸力出現微弱增加，從467 kN增加至485 kN，隨后鋼支撐軸力基本不發生變化，甚至略有下降；對于混凝土支撐，因其與應急清障位置相對更為接近，因此混凝土支撐的軸力出現明顯增加，從開始的14 kN增加至195 kN，隨著清障施工的完成，保持在282 kN，后續隨著基坑本體的開挖，混凝土軸力將繼續增加。總體而言，清障對支撐軸力的影響相對較小。

清障前，鄰近位置的測斜管CX01數據曲線（圖4）基本呈現懸臂式形態，最大數值出現在SMW水泥土墻上，約為4.3 mm；應急清障當天，測斜管CX01數據曲線出現明顯增大，尤其是地下障礙深度8～13 m位置，出現側向鼓肚子變形，變形峰值出現在地下8 m，約為7.2 mm；清障后，側向變形僅有少量增長，變形峰值增至8 mm左右。由此可見，清障對圍護結構的側向影響不容忽視，后續基坑本體施工過程中應加強控制，避免圍護結構變形超限。

圖4 圍護測斜CX01測點數據變形曲線

通過分析說明，清障施工對鋼支撐軸力影響較小，對混凝土支撐反應靈敏，但一旦清障施工完成，無論是鋼支撐還是混凝土支撐的軸力都逐漸恢復到清障施工以前。而對于圍護結構的側向變形，清障深度范圍內（8～13 m）的側向變形增長較大，其余位置變化較小。但整個監測數據表明，清障施工對基坑本體的安全性影響均處于可控安全的狀態。

4 結語

在背景工程基坑的SMW施作過程中，臨時發現下方存在障礙物，需采用旋挖機進行應急清障。為確保整個清障過程中基坑本體不發生安全問題，對鄰近基坑的圍護結構變形及支撐軸力進行實時監測，實現全過程施工控制。實踐表明，采用旋挖機清障工序簡單，成本低，效率高。支撐軸力監測數據表明，旋挖機清障對周邊環境影響較小，且清障完成后影響逐漸消失，具備足夠的安全性保障。圍護結構側向變形監測數據表明，應急清障對基坑圍護變形具有較為明顯的影響，但變形處于安全區間，且具備收斂性。