上海世博文化公园建设管理有限公司 上海 200023
摘要：在地下障碍物不明情况下，针对新建地铁区间临近既有改造建筑的地下障碍物清障，采用样坑探摸明确障碍物位置，采用全回转套管钻机拔桩清障，从而保证了清障施工的有效性及对既有建筑的保护，为临建既有建筑的地下障碍物清除提供经验。
关键词：清障工艺；既有建筑；全回转
近年来，随着我国城市化进程的不断发展，城区土地经过多次开发，在城市更新过程中，旧建筑物拆除重建时，原有地下室基础或工程桩大量遗留，先施工结构无法考虑后续开发的影响，使得以上地下结构多成为地下障碍物，为后续工程开发建设增加了难度[1]。且基础设施不断完善，新建地铁线多穿越一些既有建筑周边，如何选取一个合适的清障方案，使地铁区间的障碍物清除对区间临近既有建筑的影响最小，确保临近建筑的安全[2]。
本文以软土地区的某紧邻既有建筑的地下障碍物清除工程为背景，介绍了障碍物的探摸、清除及对临建既有建筑的保护方案，可以为类似工程的清障施工提供参考和借鉴。
1、工程概况
地铁区间位于在建上海世博文化公园内，区间长1247.8m，区间平面最小曲线半径430m，其中区间一处紧邻原世博保留场馆—俄罗斯馆，最小竖向净距8.4m。经勘察，拟建场地105.45m埋深范围内土层由第四系全新统至上更新统沉积地层组成。现结合工程特点由浅至深分述如下：
（1）场地表层均分布有①人工填土层，厚度普遍较大，土质不均、松散～稍密、成分复杂，以杂填土为主，含碎石、砖块、混凝土块、建筑垃圾等。此外，地下遗留有建筑物基础和多层混凝土地坪，对本车站围护结构、桩基施工、基坑开挖带来较大不利影响。
（2）填土下分布有②褐黄～灰黄色粉质黏土层，可塑，局部软塑，填土较厚处缺失，为上海地区的硬壳层，上硬下软，可作为轻型建筑浅基础的持力层。
（3）③灰色淤泥质粉质黏土层和④灰色淤泥质黏土层为流塑状的黏性土层，具有灵敏度高、易产生流变的特性，工程性质较差，强度低。基坑开挖时易产生较大回弹。③j灰色黏质粉土层为③层夹层，埋藏较浅，渗透性较好，在一定的动水压力下易产生流砂、管涌现象，施工时应注意其不利影响。
（4）⑤1层灰色黏土呈软塑状，具有一定的软土特性，工程性质一般，强度较低。
（5）拟建场地埋藏厚度较大的⑤2层砂质粉土，根据土层分布情况及工程性质，细分为⑤2-1、⑤2-2、⑤2-3层，呈稍密～中密状，夹薄层状黏性土，具交错层理。该层渗透性好，在一定的动水压力下易产生流砂、管涌现象，对基坑开挖和地连墙成槽存在不利影响。⑤2t层灰色粉质黏土夹粉土，呈软塑状，具有一定的软土特性，局部夹粉土较厚，工程性质一般，强度较低，基坑开挖过程中易产生回弹。基底位于该层时，宜采用适当的处理措施。
（6）⑤3层灰色粉质黏土，软塑，偶呈可塑，夹粉性土，局部较多，工程性质一般，强度较低，基坑开挖过程中易产生回弹。
（7）⑤4灰绿色粉质黏土层，呈可～硬塑状，厚度不大，局部缺失，工程性质较好，强度较高，可作为一般建筑的桩基持力层。
（8）⑦2草黄～灰色粉细砂层，工程性质好，厚度大，是良好的桩基持力层；同时⑦层为上海地区第一承压含水层，其渗透性好、水量丰富，对工程建设可能产生突涌危险，且应注意其对地连墙成槽的不利影响。
（9）⑨1灰色粉细砂层、⑨2灰色圆砾，工程性质好，厚度大，埋深大，⑨1层作为桩基持力层时宜进行技术经济比选。同时⑨层为上海地区第二承压含水层，其渗透性好、水量丰富，且与⑦层连通，其水文地质条件对工程建设非常不利。
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2、清障方案简述
由于原俄罗斯馆处于改造施工中，通过对该区域的初步勘察并结合历史资料，俄罗斯馆结构不影响地铁区间盾构施工，但该区域在世博会前为上钢三厂，原钢厂基础对区间盾构是否存在影响无法判断，因此对临近俄罗斯馆区域的区间范围采取先探摸、后清障的方式，以减少对俄罗斯馆改造施工及建筑结构安全的影响。
3、探摸方案
探摸范围为上下行线区间外边线各3米（含隧道区间），由于地下障碍物埋深较深，历史上多次重复建设，情况复杂，对障碍物具体情况进行探摸。现原俄罗斯馆为永久性保留建筑物，盾构区间平面位置同俄罗斯馆东北角附属结构重叠，根据现有的俄罗斯馆竣工图判断原来俄罗斯馆结构不影响盾构施工，但原来上钢三厂遗留的桩基础是否影响盾构施工需要进行现场探查。俄罗斯馆东侧探摸具体开挖范如下图所示
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探沟槽开挖原则：根据现场勘查暂时确定开挖深度为3.5m。围护形式采用拉森板桩钢管支撑形式，开挖形式采用分段依次开挖。探摸得知，在距离俄罗斯馆结构5m范围处存在4根长45m的方桩，已侵入地铁区间，需进行清除。
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4、清障方案
4.1 全回转套管钻机拔桩清障
采用2000全回转设备拔桩，该设备是能够驱动钢套管做周回转以将钢套管压入和拔除的施工机械，该设备在作业时产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体、岩层及钢筋混凝土等障碍物的切削作用，将套管钻入地下至桩底部以下1m，然后利用液压起拔设备将桩拔除。最后向套管内回填水泥土，并在回填的同时逐节拔除钢套管。在整个过程中套管钻进及液压起拔设备对钻孔桩的起拔是施工的关键。该工法最大的特点是可将套管钻入有岩层或高强障碍物的土层，利用套管的护壁作用，在套管内进行拔桩，施工安全，工效高，对周围环境影响极少[3]。
其原理是利用2000全回转设备产生的下压力和扭矩，驱动Φ1800mm钢套管转动将套管钻入地下，外侧套管回旋钻进作为护壁，内侧采用内套管配合楔型锤反向钻进，将旧桩周围的土体及障碍物切削后实施土体分离减摩，在拔除旧桩时只需考虑桩的自重无需再考虑桩周围的摩阻力。
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（1）全回转钻机就位
定位钢板按标记安放并固定。钻机就位后调整好设备的水平度，并随时观察和控制套管的垂直度使之不低于桩基施工要求。在钻机就位后，开始进行套管的埋设和钻进作业。施工过程中每节套管压入的精度都将直接影响钻孔的施工质量。每节套管放入夹管装置，收缩夹管液压缸，利用钻机和导向纠偏装置将套管的垂直精度调整到要求的范围内。钻进过程中随时利用设备自带的水平监测系统检验套管垂直度，并每孔三次在套管的两个垂直方向架设经纬仪进行垂直度复核控制。每节套管连接好并检查垂直度后，通过全回转钻机的回转装置使套管进行不小于 360°的旋转，以减少套管与土体的摩擦阻力，并随即利用套管端部的刀齿切割土体或障碍物，压入土中，开始正常作业。
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（2）钢套管钻进施工
1）按预先放好桩中心位置钻入钢套管，将Φ1800mm钢套管与灌注桩同心压入，如切到桩体，则适当移动钢套管位置，直到能完全套住灌注桩桩身，由于钢套管是全回转钻进的，且钻机在钻进过程中可任意调节套管的回转扭矩、回转速度、压入力以及夹紧力等的最高值，并且可以设定发动机的高速、中速、低速，所以可以根据地质和障碍物情况，进行高效施工。
2）钻进时，刀头所受荷载和套管所受扭矩由以下因素决定
F=Wc+Wd+f-R
F—套管刀头处所受荷载；Wc—装置自重
Wd—加压油缸压力；R—套管壁所受阻力
通常，在套管边回转边压入的工况下，回转扭矩为：T=T1+T2
T1—套管克服圆周面阻力而所需的扭矩
T2—刀头切削土体时所必需的回转扭矩
（3）桩基拔桩
当Φ1800mm钢套管钻到45m深左右后，根据我部施工经验，在钢套管钻进过程中因土体扰动，桩身会发生扭断或破坏，可采用 150t 吊车配合冲抓斗拔出或在已露出的桩顶用电焊烧制桩帽吊点直接引拔，将上部扭断的钢筋混凝土桩先行拔出，再将管内土体取出，与管底预留2m左右的土塞，以免土体扰动造成塌方。然后重复钻进，套管内取土及吊车配合冲抓斗拔桩的过程，直至清除到预定的桩底标高。
在拔桩过程中，由于桩体的断裂存在不确定性，而根据工程地质情况，在套管不断的下钻过程中会遇到地下承压水，此时拔桩就不能进行焊接吊点施工，这就需要采用专门定制的楔型锤，在套管钻进时放入管壁内，随着套管的不断旋转，将桩体有计划的进行扭断，方便后续直接用90t吊车配合冲抓斗将桩体逐段拔除。
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4.2 桩孔回填
因本次施工范围内后续工作为盾构区间顶进，且临近既有建筑结构，需要进行必要的加固处理，桩孔回填采用参量12%水泥土。主要原因如下：
（1）桩孔回填土密实度控制是防止后序施工出现塌孔的关键工序。故回填桩孔尽量密实胶结，以利区间盾构施工，减少坍塌，减小损失。
（2）为了拔除原存在灌注桩，无论何种施工方案，必定需要扰动桩周围的土体，破坏了土体的原状结构。
（3）回填的土体在回填至孔内后，受地下水的浸泡及其他作用，仍然与原状土的结构迥异，并且其与周边原状土体粘聚力基本丧失。
（4）由于离本工程的后续工程施工时间也比较短，回填土体的固结时间也相应比较短，回填土体基本不能固结。
回填土土源必须严格控制，选择要求含水量低、无杂物、松散的粘性土方可进入施工现场。在需回填孔的附近空地上，对已进的土方进行体积计量，得出该土方的重量，掺加12%水泥比例拌和进行桩孔回填振实。具体工序如下：
1）桩孔回填采用素土振实法。回填之前应由相关单位组织检查验收，通过后方可回填。土源及原材料必须满足施工规范要求，方可进入施工现场。
2）优质土源进入指定的施工现场后，利用挖掘机将土源堆成长方体形状，量其尺寸以计算出土源的方量而得出其重量（每立方土重量以1.8t计算）。然后利用挖掘机现场反复将水泥与土搅拌均匀后，堆放在不影响拔桩施工的位置。如遇到下雨天气及时在土方的四侧开挖排水沟，并用彩条布覆盖以保证土源的含水量不受其影响。
3）针对桩孔套管内回填，我们采用套管内回填工艺，首先在旧桩体起拔之前，利用套管外壁的二套启压冲气管充气进行加压清孔。使套管与桩身之间桩孔内的泥浆水随气流充分溢出套管上口排出。待套管上口基本没有水泡溢出时，说明泥浆水已基本排除，而后进行旧桩吊拔，起桩后在套管孔内回填水泥土，回填高度必须至套管顶。利用振动锤对套管进行充分振动，管内遗留水份随套管溢出，使土体下坠充分振实，再将拔除套管缓缓提升边振动边慢慢提升，从而达到回填与原土充分粘结和最佳密实度。
4）振动拔管待完成桩孔回填后，启动固定在钢套管上的振动锤，使用 150t 履带式吊机起吊边振动边拔除钢套管。
5）桩孔堆土预压，至2m左右。
6）堆土预压后，每天定时进行监测，并记录成册。
7）废弃桩处理，我们考虑就地使用挖机风镐破碎，快速处置，并将管桩建渣规范处置，以保证场容场貌文明施工要求。
5、既有建筑的保护
在工程施工过程中，由于受地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其他因素的复杂影响，很难单纯的从理论上预测工程对周边环境的影响，而且从理论预测值还不能全面、准确的反应周边环境的各种变化[4]。因此在理论指导下制定周密的监测计划，明确监测目的，并严格实施计划，使参建各方能够完全客观真实地把握工程质量，同时对可能发生危及周围环境安全隐患进行及时、准确的预报，确保周边环境的安全。通过本次监测工作的开展，应达到如下目的：
（1）通过监测及时发现俄罗斯馆垂直位移的变化情况，及时反馈信息，达到有效控制俄罗斯馆变形的目的。
（2）动态客观反映施工对俄罗斯馆的影响程度，以便施工中有目的的及时调整施工参数、工艺，以确保本项目在施工过程中的安全。
在清障施工期间，为及时监控清障施工对俄罗斯馆的变形影响，拟在俄罗斯馆布设15个垂直位移监测点。布点时尽可能利用构筑物上原有的测量标志，如果没有测量标志可采用在墙面钻孔，埋入弯成“L”型的Φ14圆钢筋，用混凝土浇筑固定，或用射钉枪直接打入钢钉于相应部位，并测得稳定的初始值。建（构）筑物测点间距宜为6m～20m，宜布置在：
1）建（构）筑物的角点、中点，沿周边外墙间距；
2）基础类型、埋深和荷载有明显不同处，新老建（构）筑物连接处的两侧；
3）建（构）筑物沉降缝、伸缩缝的两侧。
4）建（构）筑物的监测点尽量使用建（构）筑物上的本身监测点。
6、结语
针对本工程清障施工案例，将障碍物探摸及清除的各项施工内容进行了介绍，通过合理的施工措施、精细的施工组织、充分利用原有结构的施工方法，确保在不影响临近建筑物安全的条件下完成了清障施工。
通过本工程实践过程中的技术创新，确保了本项目工期、安全、成本、质量的实现，完美地完成了本次施工任务，为类似工程施工提供了借鉴和参考。
参考文献：
[1] 陈辉，陆秋平，曾晖.老建筑物遗留障碍物的处理技术[J].建筑施工，2007，29（5）：318-320.
[2] 潘建中，顾佳欣.临近地铁、住宅的地下障碍物清除施工技术[J].建筑施工，2011，33（8）：668-671.
[3] 袁俊相.全回转钻机深层清障结合地下施工工艺探析[J].建筑科技，2017（3）：33-34.
[4] 李颖.城市中心区域地下障碍物清除工艺研究[J].建筑施工，2018，40（8）：：2024–2025，2034.