近年来, 以基坑工程为主的地下空间开发项目在我国逐步得到重视, 其在一、二线城市的发展尤为迅速。然而, 无论是新区开发还是老城改造, 地下障碍物都会给工程的顺利推进带来一定的困难。狭义上的障碍物通常指的是天然地质障碍, 如硬质岩层等, 而在施工中更为复杂的问题是在施工场地内遇到原始工程的桩基等人工基础结构障碍物。本文以上海某工程地下连续墙槽段内障碍桩的清理施工为例, 对相关施工方法进行阐述和分析。

　　 障碍桩的清理施工方法和设备选型受实际工程的特点影响极大, 依据现有的施工经验可分为有损清障和无损清障两种类型。而按照直接和间接两种清障思路, 又可将有损清障法分为强制清障法 (直接法) 与切割法 (间接法) ;将无损清障法分为针对障碍物本身的直接法和针对障碍物周围土体的间接法^[1]两种主要形式, 具体障碍桩的清理方法归类见图1。根据以上分析, 将目前地下空间开发工程中常用的清障施工方法介绍如下。

　　 当障碍桩所在区域的施工面较大, 周边环境对振动、变形等要求较低, 且工程投资费用有限时, 可考虑采用将障碍桩在原地进行破碎进而清理的方法, 这类方法可称为原地破碎法, 通常选用的机械设备有重锤、风镐、螺旋钻等。该方法具有费用低、工期短、清理较为彻底等优点。此外, 这种方法还可作为辅助措施, 用以清理地下局部残留物。

　　 采用切割法清理障碍桩是一种应用十分广泛的方法, 通常基坑开挖施工时遇到的障碍桩并不需要全部清除, 只需处理影响基坑施工的部分, 从而能够满足基坑的正常施工要求即可。切割法由于其操作简便、造价低廉、施工效率高, 是基坑工程清除障碍桩的一种基本方法。

　　 采用顶拔、拉拔机械对障碍桩直接进行拔除的无损拔桩法出现最早, 使用范围也最有局限, 仅能适用于桩体完整且摩阻力很小的情况。该方法通常采用施工现场的既有设备, 如吊车、千斤顶等。

　　 由于在实际施工中通常难以具备直接清障条件, 因此为了避免破坏桩体, 或者引发安全事故, 通常需要尽量减小土体对桩身的阻力, 施工中通常采用人工或机械剥离桩体与周围土体的作用力。相应的方法包括:人工挖土 (短桩或者浅基础) 、机械振动、机械冲切、流体冲切、套管旋挖等。由于这类方法并不直接触及桩体本身, 因此可称之为无损间接清障法, 又叫减阻清障法^[2]。

　　 在进行地下空间开发之前, 通常难以完全探明所有障碍, 一旦在施工过程中遇到障碍桩, 必须顾及清障工艺的安全性、可行性、施工面的局限性以及对周边结构的影响, 同时还要综合考虑时间、经济成本的限制, 这就需要将不同的清障方法组合起来应用。

　　 机械振冲与高压流体冲切组合在施工中较为常见。对于降低桩周土阻力, 振动锤是一种行之有效的设备, 而在配合高压水以后, 冲切效果更为明显。这是因为在振动力的作用下, 高压水能够更进一步地冲切桩周土体, 而且随着水压力的增大, 桩身与周围土体迅速剥离, 清障效率显著提高。

　　 套管 (筒) 相对于振动锤较为稳定, 但套管 (筒) 要承受较大的土体侧摩阻力, 与高压水组合后, 当套管 (筒) 下沉到指定位置, 利用旋喷桩机在套管 (筒) 内成孔并喷射高压水, 破坏套管内的桩周土体, 土体冲切完成后将泥水抽去, 即实现了障碍桩与土体的剥离, 最后拔除障碍桩。该方法设备可靠、操作简便、对土体扰动小, 但不适用斜桩或其他无法探明情况的障碍桩, 有一定的局限性^[3]。

　　 上海市某基坑工程项目, 围护结构周长约535m, 面积约1.81万m², 开挖深度:地库14.3m、主楼14.8m、局部深坑15.5~17.6m。围护结构采用800mm厚地下连续墙+三轴搅拌桩止水帷幕。基坑平面图如图2所示。地下连续墙施工期间 (三轴搅拌桩和导墙已全部完成) , 在场地南侧A-16槽段内发现2根障碍桩, 随后在其西侧相邻的D1-03槽段、西侧第5幅A-19槽段也各发现1根障碍桩, 以4根障碍桩的发现时间顺序按 (1) ~ (4) 对其进行编号, 具体分布情况如图3所示。

　　 图3中, A1-19~A1-15为7幅地下连续墙槽段, 由于最初施工人员将障碍桩 (1) 当作普通障碍物, 使用成槽机强行挖除, 在清障深度接近10m时, 抓斗齿尖破损, 且障碍桩 (1) 有所倾斜, 不得不暂定强制清障施工。此时A1-16槽段右侧已经开挖较深, 而D1-03, A1-19槽段仅开挖至障碍桩 (3) 、障碍桩 (4) 桩顶附近。由于在最初发现障碍桩 (1) 时, 其右侧槽段A1-15地下连续墙已施工完毕, 且左侧靠近障碍桩 (2) , 因此障碍桩 (1) 左右两侧施工面均不能满足使用成槽机掏挖的操作空间要求。且鉴于开挖槽段不宜裸露过久, 需尽早将障碍桩 (1) 、障碍桩 (2) 清除, 以免引起塌孔等问题。

　　 受现场实际情况限制, 只能采用小应变法对障碍桩 (2) 和障碍桩 (3) 进行粗略检测 (因障碍桩 (1) 桩顶标高与地面相差较大, 无法检测) , 结果显示, 障碍桩 (2) 桩长30m, 障碍桩 (3) 和障碍桩 (4) 均为桩长25m、截面400mm×400mm的钢筋混凝土方桩, 以此可推测障碍桩由2~3节预制方桩焊接而成。

　　 因导墙为临时结构, 无论采用有损强制清障法还是无损直接清障法, 均有可能发生因导墙承载力不足产生破坏或桩身断裂现象, 因此两种直接法均无法适用于本工程。

　　 受地下连续墙沟槽尺寸 (宽850mm) 限制, 施工面十分狭小, 槽段内施工极易对周围环境产生扰动。因此, 有损间接切割法不具备施工条件, 无损间接清障中的机械振冲法、桩周取土拔桩法都受到很大的限制;而鉴于套管法设备复杂、效率低下、且仅适用于垂直度较高的障碍桩, 同样难以满足实际需求。但采用高压泥浆冲切拔桩法, 既有施工现场的机械 (高压旋喷桩机) 可用, 同时该方法又具有对周边环境影响小、施工场地要求小、施工成本低、施工后续影响小等优点。

　　 通过上述对比分析, 综合考虑施工安全、操作可行性及时间、费用等因素, 最终确定采用高压泥浆冲切拔桩法。

　　 采用高压泥浆冲切法破坏障碍桩侧土体, 使桩周土体转化为泥浆并通过排浆管抽出, 以实现障碍桩与其周边土体的剥离。待成槽机把桩头抓出导墙顶面后, 用钢丝绳固定住桩体顶部, 并与吊车连接, 最终将障碍桩整体吊出, 见图4。

　　 本节以障碍桩 (2) 的清除为例来阐述清障具体实施过程。根据拟定方案, 忽略摩阻力以及浮力的影响, 拔桩力基本等于桩体自重, 假设障碍桩被整体拔出, 桩体密度为27.5k N/m³, 则30m长的障碍方桩的拔桩力为:30×0.42×27.5=132k N。综合考虑桩体重量和桩长对于吊车的要求, 决定采用现场的80t履带吊^[4]进行吊桩。

　　 由于障碍桩所在槽段近邻地下连续墙钢筋笼加工区域和施工道路, 易受重型动荷载的影响, 尽管在发现障碍桩以后对该区域设置了警戒标识, 导墙依然出现较为明显的变形, 在拔桩正式实施前, 局部导墙坑槽间距已无法满足成槽机的施工空间要求。为应对此项问题, 现场采用了重型千斤顶将导墙内凸区域顶回, 使槽段间距恢复到设计尺寸 (图5) 。并在障碍桩槽段附近的施工道路上铺设钢板加以防护。

　　 (1) 根据障碍桩检测结果, 取障碍桩边线与地下连续墙槽壁的中点为高压旋喷桩机施工中心点进行旋喷施工。

　　 (2) 配制泥浆:以膨润土为主 (8%~10%) , 辅以适量添加剂。

　　 (3) 高压旋喷桩机就位, 以高压泥浆反复冲切障碍桩侧土体, 降低障碍桩与其周边土的摩阻力。使用泥浆泵抽排泥浆, 以防止泥浆溢出沟槽污染场地。障碍桩四周共划分4个工作点位, 旋喷桩机钻杆提升速度为0.8~1.0m/12min, 极限桩底标高距导墙面34.5m (桩顶在导墙面下约4.5m) , 每个点位各施工约8h, 总体耗时约一天半。“桩周扫土”现场操作施工见图6。

　　 “桩周扫土”完成后, 槽段内泥浆含量较大, 不易抽除, 因此首先采用成槽机进行拔桩施工。由于在原桩顶标高位置未发现障碍桩, 指挥人员推测障碍桩在侧摩阻力下降时产生下沉, 要求成槽机继续下探, 最终在原桩顶标高以下约5m处发现障碍桩, 待成槽机将桩头拔出导墙顶面后, 通过钢丝绳套住障碍桩, 采用吊车将整桩一次性吊出, 现场施工照片见图7, 拔出的障碍桩见图8。

　　 障碍桩拔出后, 便对其进行检查、测量。全桩长25m, 为截面400mm×400mm方桩。因吊桩施工引起了桩身折断。

　　 通过对障碍桩的检查分析可知, 由于小应变检测桩长为30m有一定误差 (实际桩长25m) , 因此以30m桩长进行桩周扫土导致了障碍桩的下沉, 下沉量恰好与5m的偏差值接近。

　　 此障碍桩清理完毕后及时充分回填桩孔, 随后桩机移位, 依次用同样的方法成功完成了障碍桩 (1) 、障碍桩 (3) 、障碍桩 (4) 的清障作业, 最终满足了整个围护工程的安全、质量和进度要求, 并有效地节约了成本。

　　 (1) 在极为有限的操作空间和较高的施工难度下, 工程采用高压泥浆冲切拔桩法进行地下连续墙槽段内拔桩施工, 是一种行之有效并十分经济的方法, 该法局限较少, 操作简便可行, 应用范围非常广泛。

　　 (2) 拔桩施工的4个关键点可分为“旋、切、抓、拉”。“旋”即通过钻杆搅动桩周土体;“切”为借助高压泥浆冲切土体, 降低桩周土摩阻力;“抓”的关键是要控制成槽机抓斗的力度和上拔速度, 尽量避免发生抓破桩头的现象;“拉”是要确保钢丝绳与障碍桩充分连接, 并把握好套接钢丝绳的时机和方法。

　　 (3) 在清障施工之前, 必须尽可能地探明障碍桩的尺寸、位置、桩身倾斜度、桩周地质情况以及施工操作面的周边环境等。此外, 在施工时还应随时跟踪检测高压泥浆进行桩周扫土的钻头标高和钻杆垂直度, 以及成槽机抓取桩顶的效果。