狹窄場地深基坑項目地下障礙物清除施工技術

劉建庫 游曉寒 張平軍 華春雷 張錚太

（1.中建四局建設發展有限公司，福建 福州 361000；2.福建船政交通職業學院，福建 福州 350007）

在城市更新、危房及老舊建筑改造的施工過程中往往出現大量地下障礙物阻礙施工。地下障礙物主要包括舊市政管線、舊（樁）基礎、舊混凝土、既有建筑施工遺留支護結構、孤石及其他不明障礙物等[1]。如何兼顧高效清除地下障礙物和施工安全是困擾目前基坑工程施工的常見問題。以往清除地下障礙物的方法包括人工清除、爆破清除和大型機械清除等[2-3]。人工清除在清除效率、經濟性、安全等方面較差，爆破清除因理論研究不成熟國內應用較少，而大型機械設備清除因使用快捷、安全性好得到廣泛應用[4-6]。但大型機械設備需要占用較大的場地，在狹小項目中難以施展[7]。本文提出一種適用狹窄場地、周邊環境復雜項目且施工簡單的基坑地下障礙物清障方法。

1 工程概況及地下障礙物分布情況

1.1 工程概況

建發匯成新時代大廈項目為福州市超高層商務辦公文化綜合建筑，項目共設3層地下室，基坑總面積為13 182.56 m2，基坑周長約460 m，開挖深度14.0～22.7 m。

設計采用Φ800/900 mm旋挖灌注樁為圍護結構，止水帷幕為Φ850 mm三軸攪拌樁、Φ800 mm雙輪銑深攪（CSM）工法樁和Φ700 mm雙重管高壓旋噴樁，豎向共布置兩道砼內支撐（局部三道）。

項目位于福州臺江區閩江北CBD園區內，四周緊鄰高層、超高層寫字樓和城市主干道，人流量特別大。場地北側為建設中新璽中心（高度238 m，47F/-3B），東側為建設中濱江市民廣場，西側為城市主干道望龍二路，南側為福州IFC國際金融中心（高度220 m，47F/-3B），項目距離閩江約300 m，含水量豐富。

1.2 工程地質

根據地勘報告，支護工程涉及的場地內土層分布（自上而下）如表1所示。

表1 場地內土層分布（自上而下）

基坑支護如圖1所示。

圖1 基坑支護

1.3 地下障礙物分布情況

本工程地下障礙物較多，可劃分為淺層障礙物和深層障礙物。淺層障礙物主要是原址舊建筑物拆除遺留下來的舊基礎、舊灌注樁等，場地內均有分布，埋深在2 m之內。深層障礙物為原IFC大廈基坑支護土釘及錨桿，與IFC交接處均有分布。其中，土釘為Φ48 mm鋼管，長度12 m，水平間距1.2 m布置，豎向布置5道，埋深-10～-2 m；錨桿為Φ25 mm精軋螺紋鋼，長度18 m，水平間距2.4 m布置，豎向布置一道，埋深15 m左右。

2 地下障礙物清除難點及方案選擇

2.1 實施難點

在圍護施工過程中，雙輪銑攪拌樁受舊錨桿伴隨下鉆、左右偏移、卡鉆、回彈等阻礙，極大地增加復攪工程量。現場前期施工雙輪銑攪拌樁41幅，僅8幅施工至設計標高，一次成樁率19.5%，嚴重拖延施工進度。地下障礙物主要分布于-15～-2 m左右，該區域土層呈可塑、流塑狀態，含水量高，施工過程場地無法直接承載大型機械作業。

此外，項目工期較趕，需選用工藝較為簡單且能高效清障的施工方法。

2.2 清障方案

目前國內常采用的基坑清障方法主要是挖機土方開挖直接清障、全套管全回轉鉆機清障、三軸深攪樁機清障。

清障施工方法優缺點對比如表2所示。

表2 清障施工方法優缺點對比

考慮到項目場地狹小，圍護結構施工過程中需要同步施工工程樁，場內高峰期有包括汽車鉆、旋挖鉆、三軸攪拌機、靜壓樁機、雙輪銑等14臺樁機同時作業，場地已滿負荷工作。綜合各施工方法優缺點，結合國內同類項目經驗，確定清障工藝。利用土方機械開挖破除淺層障礙物；針對深層障礙物先使用旋挖機引孔清除大部分障礙物，再用CSM雙輪銑在成槽過程中清除剩余深層障礙物。

3 深層舊錨桿清障

3.1 整體思路

將前期利用挖機與炮頭機完成淺層舊基礎清除的場地回填至-2.0 m左右標高處，平整場地，便于設備進場作業。根據設計引孔位置進行測量放樣，引孔間距為600 mm，精度要求全部引孔、引孔樁位偏差≤50 mm。采用焊接形式在金剛鉆頭兩側30 mm加設鋼板彎鉤，對加工完成的鉆頭進行質量驗收，確保焊縫無漏焊、斷焊現象，保證連接強度。

首先采用Φ1 000 mm旋挖截齒鉆引孔，取土至預應力錨桿位置（淤泥層及粗砂層），將高強障礙物埋深之上的土層快速引孔完畢。待金剛鉆引孔穿過舊錨桿障礙層后，再采用雙輪銑邊施工止水帷幕至設計標高邊帶出殘余錨桿。引孔過程與雙輪銑攪拌樁應采取間隔施工，并安排專人旁站，負責施工過程指揮協調，合理安排緊前緊后工作，避免窩工，并做好引孔記錄。

旋挖機引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工工藝流程如圖2所示。

圖2 旋挖機引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工工藝流程

3.2 旋挖機截齒鉆引孔及間距優化

根據地下舊錨桿分布間距，將錨桿間距1/2值作為旋挖機引孔間距，使用Φ1 000 mm旋挖機截齒鉆先行引孔取土至預應力錨桿位置，旋挖機沿著預定方向推進引孔。原舊基礎錨桿間距1 200 mm作引孔間距的方案，可能會導致土體深層未引孔區域仍有錨桿殘留，影響后期施工。故適當調小引孔間距為600 mm，使引孔區域全面覆蓋舊錨桿阻礙層，徹底消除深層舊錨桿對基坑施工潛在的不利影響。同時預挖導槽（導槽寬1.0～1.5 m，深0.8～1.0 m），要求引孔樁位偏差≤50 mm，安排專人旁站，對遇障部位及時記錄、上報，確保引孔至設計標高。

3.3 旋挖機金剛鉆增設高強鋼板彎鉤改裝為清障裝置

截齒鉆引孔完畢后，旋挖機鉆削頭更換為金剛鉆，并在鉆頭兩側加焊30 mm厚的鋼板彎鉤裝置，裝置由連接板和鉤柄組成，材質為20CrMo高強鋼板，焊縫的高度不小于20 mm，焊接的接觸長度不小于100 mm。

金剛鉆加焊鋼板彎鉤如圖3所示。

圖3 金剛鉆加焊鋼板彎鉤

連接板朝向鉆筒外側傾斜10°～15°，在鉆筒旋轉的過程中，能夠更輕松地捕捉到舊錨桿。設置連接板與鉤柄之間夾角區間為45°～60°，舊錨桿在進入捕捉范圍時，受到連接板的撥壓，可快速進入鉤柄中，通過鉤柄的夾角，在鉆筒旋轉的過程中，可令舊錨桿絞壓纏繞，經由鉆桿端的加壓荷載，利用鉆頭截齒與障礙物間產生的較大剪切力鉸斷拔出錨桿，達到高效清障目的。

旋挖機樁筒鉆拔出錨桿如圖4所示。

圖4 旋挖機樁筒鉆拔出錨桿

3.4 殘余錨桿清除

前期已通過旋挖機引孔及彎鉤捕捉拔除了大部分錨桿，再利用雙輪銑鉆桿鉆孔，直至達到舊錨桿的深度，控制鉆孔角度和深度，確保舊錨桿處于鉆孔中心，利用雙輪銑自身鉆桿加壓截齒銑削帶出殘余舊錨桿。

4 旋挖機引孔的環境影響

完成圍護結構施工后，通過實際監測數據顯示，周邊環境的變形數值均在-5 mm范圍內，與開工前相比無明顯變化。由此可見，采用旋挖機引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工方法，對土體的擾動程度較小，對周邊建筑產生的不利影響微乎其微，可在保證高效的前提下完成圍護結構施工。

雙輪銑清除殘余舊錨桿作業如圖5所示。

圖5 雙輪銑清除殘余舊錨桿作業

地表沉降累積變化曲線如圖6所示。

圖6 地表沉降累積變化曲線

5 實施效果

通過創新使用旋挖機引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工方法，項目剩余53幅雙輪銑攪拌樁后續施工全部達到設計深度，其中一次成形共計40幅，一次成形率達到81.6%，較未使用該方案前的一次成形率（19.5%）有顯著提升。建發匯成新時代大廈項目基坑支護共有56幅Φ800 mm厚CSM工法樁，設計樁長約23.6 m，工程量共3 789.48 m3，綜合單價為839.34 元/m3，總成本約318.06萬元。按常規雙輪銑CSM工法樁施工，在建發匯成新時代大廈項目初期已施工3幅樁，因遇到障礙物未達設計深度，發生重攪拌的工程量為13.56 m3，平均單樁工程量為67.67 m3，復攪量率約為20%。以此考慮后續CSM工法樁施工，復攪總成本約為63.73萬元。

合同原支護止水帷幕計劃每天施工1.6幅樁，遇到障礙物拖延施工進度，造成工期滯后，平均施工進度為每天1幅樁，工期預計滯后21 d，則工期延誤費用約為78.34萬元。傳統施工工藝總施工成本約為460.13萬元。采用旋挖機引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工方法，改裝旋挖鉆機成本可忽略不計，旋挖機成本引孔費用約為113.74萬元，平均施工工效每天1.2幅樁，工期對比常規工藝提前9 d，工期效益約26.11萬元，總施工成本約為405.69萬元。

對比傳統施工工藝，本項目使用旋挖機引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工方法節省約54.44萬元，工期提前9 d。

6 結語

本文以建發匯成新時代大廈項目為例，提出一種旋挖機引孔、清障+CSM雙輪銑組合施工方法，有效解決了在狹窄場地深基坑圍護工程施工遇到的一系列難題。該施工方法具有工藝簡單、施工效率高、實施效果好、經濟性優越、對周邊環境影響小等優點，可為其他類似工程提供事實參考依據。