复杂环境下深层地下障碍物处理的技术分析

复杂环境下深层地下障碍物处理的技术分析

翁伟 丁辉

(无锡地铁生态置业投资有限公司  江苏 无锡 214000)

摘要：老城区施工过程中经常遇到深层地下障碍物，严重影响施工工作的开展。本文以无锡某项目深层地下障碍物清障为例，介绍了其清障及加固方案，并结合现场实测数据，分析了清障过程及之后基坑施工全过程清障位置既有建筑物沉降情况，验证了清障及加固方案的可靠性，为今后类似情况提供有益参考。

关键词：地下障碍物；基坑工程；清障；加固

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0引言：随着社会经济的发展，城市建设日新月异，近年来的大规模开发使得城市土地资源日趋紧张。城市地下空间的开发利用及老城区更新利用是城市解决土地资源紧缺的有效手段。老城区原有建筑拆除后再利用的过程中经常出现深层障碍物影响土地开发利用的情况，现阶段常规的挖机清障深度一般只能达到地表下5m，对于桩基础及深层障碍物不适用。老城区建筑物由于年代久远往往资料缺失，深层地下障碍物往往在工程桩及围护桩施工阶段暴露，如何采用有效措施清除深层障碍物同时不扰动原状土层是一个值得深入研究的课题。本文以无锡某在建住宅项目围护桩位置深层障碍物清障处理案例为例，介绍了全回转套筒工艺在清楚深层地下障碍物中的使用，同时指出了深层地下障碍物清除的过程及应注意的问题，以及之后基坑开挖后清障位置实际围护桩施工效果，为今后类似情况处理提供有益的参考。

1 项目概况

无锡某新建住宅小区位于无锡老城区，拟建2栋33层高层住宅，下设满铺二层地库（局部一层）。该基坑东西长约216m，南北宽约38m，整体呈长条形，基坑面积约8670m2，开挖深度一层地库位置约6.65~6.85m，二层地库位置约8.65~11.75m。本基坑北侧紧邻现状河道，西侧同样为河道但尚有一定距离，南侧为市政道路，东侧为居民小区，周边环境复杂。本项目围护体系采用SMW工法桩+一道组合型钢支撑（局部两道）。地块本身为拆迁场地，根据实际开挖施工情况来看，场地内遗留有大量地下障碍物，包括原有老基础及废弃市政管线等。本文介绍的是基坑北侧中部存在的深层地下障碍物清障。

图1 基坑周边环境图

2障碍物及地质情况介绍

障碍物位置位于基坑北侧偏中部区域，围护桩施工至此位置时发现5m深度范围以下存在地下障碍物，影响围护桩范围约21m。该位置北部为北侧河道现状闸站，闸站为1~2层建筑，尚在使用中，闸站建筑距离需清障位置最近约7m，距离河道驳岸也只有13m，周边环境复杂。需清障位置基坑挖深8.85m，支护桩为SMW工法桩，Φ850@1200三轴搅拌桩内插HN700X300X13X24型钢，型钢插二跳一，支撑体系为一道组合型钢支撑。

图2 清障位置

本项目地质情况根据地勘资料，属长江三角洲冲积平原区-太湖冲湖积平原地貌，本区地层属江南地层区江苏部分。区内第四纪沉积物覆盖广泛，沉积连续，层序清晰，覆盖厚度大于80.0m，地势平坦，各土层水平向分布较稳定。场地地层分为12个工程地质层，20个地质亚层，对基坑存在影响的主要为浅部30m范围内的土层，分别为1杂填土；2淤泥质粉质黏土（清障位置缺失）；3-1黏土；3-2粉质黏土；4-1粉土；4-2粉土；6-1粉质黏土；6-2黏土；6-3粉质黏土；6-4粉质黏土。

本项目地下水主要分为本场地地下水按类型分为潜水、微承压水、Ⅰ承压水。潜水赋存于上部1杂填土层中，富水性较差，主要以大气降水补给为主，以地面蒸发为主要排泄方式，水位升降随季节变化明显。微承压水主要赋存于4-1、4-2粉土层中，富水性一般~中等。该层地下水主要接受侧向迳流和河水上层滞水的越流补给，排泄主要以侧向径流方式排出区外，地下水位受河水位及季节性降水控制。由于基坑坑底位于4-1层，已经揭露该含水层，所以该含水层对基坑开挖及清障影响很大。Ⅰ承压水主要赋存于7-2粉土夹粉质黏土、8-2粉土夹粉质黏土、11粉砂层中，该含水层距离坑底及桩底均具有一定距离，基坑开挖及清障受其影响有限。

图3 清障位置典型地质剖面图

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表1  主要土层物理力学参数

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3清障方案

3.1常见的障碍物清理方式

由于需清障位置距离既有闸站建筑仅7m，距离河道驳岸也只有13m，周边环境复杂。且清障深度深，部分区域需清障至围护桩桩底，清障深度达17.5m。清障稍有不慎即会引起闸站建筑物沉降发生险情。同时如清障后孔洞回填不密实也会影响围护桩（三轴搅拌桩）的成桩质量。因基坑底部土层主要为4-1及4-2层粉土层，该层土含水量丰富，且与外侧河道存在水力联系，在清障及后期开挖过程中极易发生透水，危及基坑及闸站。

现阶段常见的清障手段主要有以下几种：最常见的是开挖清障，即采用挖机挖除障碍物周边土体取出障碍物后再回填，此方法主要用于5m以内浅表层清障工作，对于深层障碍物处理不适用。第二种是静力拔除，主要适用于拔除老的工程桩，该方法扰动较大，且容易断桩。第三种振动沉管加水力切割清障，即通过振动沉入套管后采用水力切割障碍物清障，该方法清障速率慢，且易产生噪声，对周边居民生产生活影响较大。第四种套管沉孔清障，即通过喷射高压水流的方式辅助套管下沉，等到套管沉到障碍物标高再行清障。第五种全回转套筒清障，即借助全回转钻机运行中产生的扭矩与下压力来驱动钢套管转动切削土体下沉，待套筒隔绝内外土体后取出套筒内土体及障碍物达到清障目的。

3.2障碍物清理

根据前期围护桩施工所掌握的地下障碍物深度及范围情况，结合清障部位周边环境情况及水文地质情况，本次清障选用全回转套筒清障工艺。因围护桩为Φ850三轴搅拌桩，因此清障形成的条状空间最小处宽度不小于850mm，因此采用Φ1200的钢套管，套筒施工间距不大于800mm。清障中采用RT-150型全回转钻机配备Φ1200钢套管，由全回转钻机驱动钢套管旋转切割切削钻进沉入，将障碍物与四周土体实施分离，避免清障过程中对周边造成扰动，同时隔绝内外水力联系避免清障工程中发生透水。

在钢套管逐步压入的同时，用冲抓斗不断的抓出套管内障碍物。钢套管旋转沉入一定深度后，用钢链条拴住桩体，并将其拔出。障碍桩及障碍物清除后，障碍孔必须进行回填，回填材料为场地内的黏土。用挖机直接回土，冲抓斗带锤头进行分层夯实回填，在回填完成后拔出套管。

图4 套孔法清障平面示意图

3.3围护桩施工及加固措施

在障碍物清除后，三轴搅拌桩跟进施工。在三轴搅拌桩施工完成10天后采用高压旋喷桩（Φ600双重管高压旋喷）对三轴搅拌桩两侧土体进行加固土体处理。根据清障的深度加固措施分为两种情况：①清障深度在基底标高以上，只在工法桩外侧进行土体加固至基底标高；②清障深度在基底标高以下，工法桩内外两侧均进行土体加固至清障深度。

此处对三轴搅拌桩两侧土体进行加强主要是考虑套孔法清障采用的是Φ1200套管，三轴搅拌桩直径为Φ850，也即清障宽度较三轴搅拌桩要大，如果清障孔洞回填不密实则后期开挖存在较大风险。而要求三轴搅拌桩施工完成后天后进行高压旋喷桩加固则是防止高压旋喷对工法桩造成破坏。

3.4施工监测要求

清障区域北侧为河道及闸站，距离较近。且由于地表浅部近5米深度范围为1层杂填土，该层土稳定性差，储水性和透水性较强，与北侧河道可能存在水力联系。施工过程中可能出现地下管涌、流土等危及施工安全以及河道驳岸、闸站的安全，所以清障施工过程中要求对河道驳岸及1闸站进行监测。对上述建筑物设置监测点进行水平位移以及沉降量变化进行监测。施工过程中监测频度2次/24小时，施工前2天开始检测，获得基础数据，施工结束后监测频度1次/24小时，如果数据稳定，施工结束3天后结束监测工作。

施工过程中严密观察清障孔中渗水情况，对于渗水情况急剧变化时，必须停机查明原因采取正确应对措施后再进行施工。

3.5清障效果

按照既定的施工方案，清障工作顺利实施，清除出方桩，条形基础等构筑物若干。跟进施工的三轴搅拌桩及高压旋喷桩加固也顺利实施。清障期间，闸站及河道驳岸总体稳定，变形未超报警值。后期基坑开挖后，清障位置三轴搅拌桩也未存在大的质量缺陷。总体清障及后续处理取的了不错的效果。

图5 现场清障过程

图6 清障位置开挖后效果

4清障及基坑开挖阶段实测分析

在整个基坑工程施工过程中，对基坑围护体系以及周边建构筑物进行了全过程的监测。其中清障区域的闸站要求在清障前即开始进行布点监测，在整个清障过程中对闸站沉降密切关注，通过每日的沉降监测数据来指导施工。由监测数据可以看出清障过程、之后的围护桩施工及高压旋喷桩补强过程中，闸站沉降变化在1mm以内，几乎可忽略不计。清障全过程对闸站影响微乎其微。将时间尺度放大到整个基坑施工的全过程中，闸站的沉降也控制在3mm以内，远低于预警值。

图7 清障过程闸站沉降实测曲线

图8 基坑施工全过程闸站沉降实测曲线

5结语

地下障碍物的出现作为施工过程中的突发情况，经常会对项目的顺利推进造成很大的影响。如不及时采取合适的措施处理，可能对工期造成影响，如采取的方式不当可能会造成对周边环境的影响，产生更严重的后果。清障工艺的选择需要结合周边环境情况及项目的水文地质情况综合评判，同时需要对清障所引起的原状土扰动等情况采用针对性的加固措施。通过本文的成功案例表明全回转套筒清障在降低清障扰动方面具有一定的优势，同时结合针对性的加固措施可以使得清障后围护桩的成桩质量具有一定的保证，为整个基坑体系的安全提供保障。可以值得之后的工程中类似情况借鉴参考。

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[4]张少骏,周强,侯海芳.紧邻地铁的地下深层障碍物清除及基坑围护结构连续施工技术[J].建筑施工,2018,40(2):159-161.

[5]张少骏,周强,侯海芳.紧邻地铁的地下深层障碍物清除及基坑围护结构连续施工技术[J].建筑施工,2018,40(2):159-161.

作者简介：翁伟（1985-），男，江苏无锡人，硕士研究生，中级工程师，专业方向为工程管理。

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