劉文淵，吳 君

(天津市勘察院， 天津 300191)

隨著城市規(guī)劃的不斷完善，工業(yè)廠房不斷遷出城市，針對(duì)舊建筑的搬遷重建，在舊建筑物原址上建設(shè)新的建筑時(shí)，上部建筑的拆除施工方法相對(duì)比較成熟，但對(duì)原有建筑的舊樁、殘留的地下混凝土結(jié)構(gòu)等地下障礙物的清除手段較少，且樁孔回填質(zhì)量影響后續(xù)工程[1]，清除舊樁后無(wú)法完全壓實(shí)，新建筑的樁基礎(chǔ)施工與舊樁距離較近等問(wèn)題，往往成為現(xiàn)在基礎(chǔ)工程的施工難題[2]，直接影響著工程進(jìn)度與施工質(zhì)量。本文以天津南開(kāi)區(qū)某工程為例，就該工程深基坑施工中遇到地下障礙物處理方法作簡(jiǎn)要介紹及分析，并介紹新建基礎(chǔ)采取的應(yīng)對(duì)措施及施工解決方法，希望為后續(xù)類似工程提供參考[3-5]。

1 工程概況

南開(kāi)區(qū)某地塊定向安置經(jīng)濟(jì)適用房項(xiàng)目，西側(cè)為舊居民樓，南側(cè)為小學(xué)，東北側(cè)為菜市場(chǎng)，周?chē)h(huán)境復(fù)雜，本工程新建建筑為地下2層，場(chǎng)地?cái)M建6#、7#樓范圍內(nèi)原建筑物基礎(chǔ)底部有舊方樁，規(guī)格型號(hào)為350 mm×350 mm，共計(jì)300余根，樁頂位于現(xiàn)地表下2 m左右，樁長(zhǎng)為18 m，分為上下兩截各9 m，兩根樁連接有錯(cuò)位，舊樁基垂直度偏差較大。原則上以新建樁基礎(chǔ)中心1.2 m為影響范圍，原則上以舊樁整個(gè)樁身全部在此影響范圍內(nèi)為清除對(duì)象，清除舊樁后采用黏土球回填壓實(shí)。對(duì)影響范圍以外的舊預(yù)制方樁視為不影響新基礎(chǔ)施工的舊樁，原則上不清除，待土方開(kāi)挖時(shí)隨挖隨破，進(jìn)行清除。影響新樁施工的舊樁為113 根，詳情如圖1所示。

圖1 需清除舊樁示意圖

2 拔樁方案選擇

對(duì)于舊樁的處理通常有原樁的整體拔除法和開(kāi)挖破碎清除等方法[6]。開(kāi)挖破碎消除法則是采用直接開(kāi)挖的方式，利用鎬頭機(jī)、風(fēng)鎬等破碎工具進(jìn)行粉碎清障，該方法多用于原有樁位淺、數(shù)量少且有作業(yè)面保證的工程中。

整體拔除法即通過(guò)卡盤(pán)裝置與原有樁的端部連接，利用振動(dòng)錘進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，將原有樁與振動(dòng)錘一起用起重設(shè)備整體拔出[7]。整體拔除有幾種施工方法見(jiàn)表1。

表1 拔樁施工方法對(duì)比

根據(jù)本工程特點(diǎn)，舊預(yù)制方樁為兩節(jié)且連接點(diǎn)質(zhì)量差的特點(diǎn)，給拔樁工作帶來(lái)很大的難度。按照同類型拔樁施工經(jīng)驗(yàn)，選用液壓高頻震動(dòng)錘打拔樁機(jī)，采用全套管高壓噴氣、射水振動(dòng)沉管施工工藝清孔拔樁。

3 工藝原理

3.1 拔樁施工工藝

利用焊接鋼管制作Φ800拔樁套管，外側(cè)垂直對(duì)稱焊接4根Φ34高壓管道連接水管和高壓空氣管，底部布置4個(gè)專用卡頭(規(guī)格Φ40 mm)，鋼套管外側(cè)采用栓釘連接，卡頭在套管內(nèi)側(cè)受重力作用向下轉(zhuǎn)動(dòng)至與套管底部平，內(nèi)側(cè)底部采用卡口防止卡頭轉(zhuǎn)動(dòng)90°時(shí)繼續(xù)向下轉(zhuǎn)動(dòng)，拔樁震動(dòng)下沉?xí)r，卡頭被套管內(nèi)舊樁等障礙物約束處于貼套管壁無(wú)法打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)卡頭下沉超過(guò)舊樁底位置無(wú)硬物阻礙時(shí)，卡頭完全打開(kāi)至90°，將舊預(yù)制方樁完全卡在卡頭以上鋼套管內(nèi)，隨后開(kāi)啟空壓機(jī)和高壓離心式水泵對(duì)套管內(nèi)樁側(cè)泥土沖刷清洗，至樁身被獨(dú)立剝離出來(lái)。舊預(yù)制方樁拔出后，單開(kāi)高壓氣管，將套管內(nèi)泥漿隨氣流全部吹出套管，最后將舊預(yù)制方樁從套管內(nèi)拔出，如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 拔樁套管構(gòu)造圖

圖3 鋼套管底部卡頭結(jié)構(gòu)圖

圖4 卡頭示意圖

3.2 施工流程

確定樁位→小應(yīng)變檢測(cè)樁長(zhǎng)→鋼套管就位→高壓射水、噴氣清孔→振動(dòng)沉管→拔除樁體→回填樁孔→廢棄樁集中處理。

(1) 確定樁頭位置。確定需要拔除的舊樁樁位、樁長(zhǎng)，開(kāi)挖溝槽露出樁頭約 500 mm～1 000 mm，且預(yù)留足夠的工作面，確保拔樁機(jī)具施工工作面，方便拔樁機(jī)具就位與操作。

(2)套管就位 。用履帶吊車(chē)吊住液壓高頻振動(dòng)錘，功率180 kW，擊振力160 t，振動(dòng)下沉制作的鋼套管至預(yù)制樁底位置下50 cm～100 cm 處，在下沉過(guò)程中，控制好垂直度。

(3) 振動(dòng)沉管。開(kāi)啟振動(dòng)錘下沉過(guò)程中開(kāi)啟空壓機(jī)和高壓離心式水泵進(jìn)行套管內(nèi)樁側(cè)泥土沖刷清洗至樁身被獨(dú)立剝離出來(lái)，然后單開(kāi)高壓氣壓，將套管內(nèi)泥漿隨氣流沿鋼套管側(cè)壁溢漿孔排至鋼套管外側(cè)，泥漿起潤(rùn)滑作用，有效的減少鋼套管內(nèi)外側(cè)下沉阻力。

(4) 拔除樁體 。套管提升時(shí)底部的卡頭與套管底部平行，牢牢卡住舊方樁，起拔樁體時(shí)持續(xù)震動(dòng)減少側(cè)摩阻力，整根樁體拔除提升至地面上，松開(kāi)振動(dòng)錘后緩慢旋轉(zhuǎn)下放套筒至地面，隨后采用鋼絲繩套住方樁，使用挖掘機(jī)牽引方樁退出套筒[11]。

(5) 回填樁孔、處理廢棄樁。拔除舊樁后，樁孔按要求回填黏土球，回填粘土球的同時(shí)采用泥漿泵將舊樁孔內(nèi)的泥漿抽出外排至泥漿坑，泥漿集中外運(yùn)，將拔出的方樁在場(chǎng)地內(nèi)打碎處理后集中外運(yùn)。

4 拔樁工藝特點(diǎn)分析

(1) 拔樁速度較快。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，兩截樁多數(shù)采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)拔樁，每天能夠拔2根～3根，采用全套管高壓噴氣、射水振動(dòng)沉管施工工藝拔樁，每天拔樁5根～6根，大大加快了拔樁的速度，為后續(xù)工程施工贏得了時(shí)間，保證工期要求。

(2) 工藝簡(jiǎn)單、施工方便。該工藝拔樁用鋼套筒制作簡(jiǎn)單，整個(gè)拔樁工藝施工方便，拔樁作業(yè)易操作，更易于推廣使用。

(3) 較大的節(jié)約成本。全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)拔樁施工機(jī)械費(fèi)較高，該拔樁工藝使用履帶吊車(chē)，挖掘機(jī)、空壓機(jī)等設(shè)備即可完成，很大程度節(jié)約施工機(jī)械費(fèi)用。

(4)可用于傾斜舊樁的拔除。對(duì)于傾斜不大的舊預(yù)制樁，可使套管順著著舊樁沉入，待舊樁樁身完全在套管內(nèi)，可直接拔除。

5 新建樁基礎(chǔ)施工問(wèn)題

(1) 拔除舊樁后，舊預(yù)制方樁孔徑內(nèi)采用回填黏土球壓實(shí)方法，無(wú)法完全壓實(shí)。由于舊預(yù)制方樁樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，拔樁樁徑較小，回填黏土球時(shí)無(wú)法進(jìn)行分層回填、分層碾壓壓實(shí)，造成樁孔，部分區(qū)域空隙較大，無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步密實(shí)。

(2) 舊樁孔徑回填密實(shí)度無(wú)法保證，影響地基承載力。由于舊樁孔徑下部回填時(shí)無(wú)法有效密實(shí)，造成部分區(qū)域處于空隙狀態(tài)，且拔樁時(shí)采用泥漿潤(rùn)滑，殘留泥漿造成回填黏土多處于稀泥狀土，故回填土層多屬于欠固結(jié)狀態(tài)，可能影響地基承載力。

(3) 新建樁基礎(chǔ)成孔過(guò)程中容易產(chǎn)生樁傾斜，垂直度無(wú)法保證。新建樁基礎(chǔ)直徑為700 mm，部分新建樁基礎(chǔ)與拔除舊樁兩樁外邊緣為50 mm～150 mm之間，最大距離為275 mm，由于舊樁回填區(qū)域土層密實(shí)度不夠，故成孔過(guò)程中，極易造成鉆頭向舊樁方向傾斜，灌注樁成孔垂直度無(wú)法保證。

(4) 新建樁基離舊樁回填區(qū)域較近，產(chǎn)生類似串孔現(xiàn)象，混凝土澆筑量大。由于舊樁回填區(qū)域部分存在空隙現(xiàn)象、部分土層間孔隙較大且多為欠固結(jié)土，灌注混凝土?xí)r，混凝土?xí)蚋浇f樁孔徑范圍內(nèi)流竄，造成混凝土澆筑量遠(yuǎn)大于理論設(shè)計(jì)方量。

6 應(yīng)對(duì)措施

如按照原樁基礎(chǔ)位置，部分新樁和舊樁中心位置距離在200 mm～800 mm之間，距離較近存在上述施工問(wèn)題，導(dǎo)致新建樁基礎(chǔ)很難順利施工且不能保證施工質(zhì)量，以6號(hào)樓為例，從設(shè)計(jì)角度和施工方面共同采取如下措施，保證工程順利實(shí)施。

6.1 設(shè)計(jì)方案調(diào)整及分析

(1) 第一類樁位及承臺(tái)方法如圖5所示，新建樁基礎(chǔ)中心與舊樁中心間距距離550 mm以上時(shí)，既新建樁基礎(chǔ)和舊預(yù)制方樁外邊緣無(wú)重合部分時(shí)，采用遠(yuǎn)離舊樁位置調(diào)整樁位的調(diào)整方法，既滿足上部荷載要求的范圍內(nèi)適當(dāng)向舊樁位置的反方向調(diào)整新建樁基礎(chǔ)位置，保證灌注樁與舊樁施工間距不低于1 000 mm。調(diào)整位置后灌注樁宜加大樁徑至1 000 mm以滿足上部的荷載要求，如調(diào)整位置偏離梁方向則對(duì)該樁進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置承臺(tái)，以承擔(dān)上部的偏心距，如調(diào)整位置沿梁方向調(diào)整則不再單獨(dú)設(shè)置承臺(tái)[12]。

圖5 樁位及承臺(tái)調(diào)整方案圖

(2) 第二類樁位及承臺(tái)方法為多數(shù)調(diào)整辦法，如圖5所示，新建樁基礎(chǔ)中心與舊樁中心間距距離550 mm以下時(shí)，既新建樁基礎(chǔ)和舊預(yù)制方樁外表皮存在部分重合時(shí)，則將原新建樁基礎(chǔ)位置調(diào)整至舊樁樁中心位置處，并加大樁徑至1 000 mm，同時(shí)設(shè)置獨(dú)立擴(kuò)大承臺(tái)，共同分擔(dān)上部荷載，保證能夠滿足梁下荷載要求。

(3) 第三類樁位及承臺(tái)方法如圖5所示，在拔除舊樁樁位位置布置新建樁基礎(chǔ)樁位，單擴(kuò)大樁徑及設(shè)置擴(kuò)大承臺(tái)時(shí)，偏離原樁位較遠(yuǎn)無(wú)法覆蓋原樁位時(shí)，承受偏心荷載較大時(shí)，則采用設(shè)置兩樁承臺(tái)，與相鄰樁位共同設(shè)置承臺(tái)，承擔(dān)上部荷載，減少上部偏心距的影響[13]。

6.2 施工應(yīng)對(duì)措施

(1) 拔樁回填時(shí)，盡可能提高舊樁回填密實(shí)度，保證回填質(zhì)量。拔樁時(shí)殘留的泥漿可先采用白灰進(jìn)行拌和，回填黏土球時(shí)，可采用分層回填，分層碾壓，分層密實(shí)的方法，確?；靥蠲軐?shí)性，為后續(xù)施工提供條件。

(2) 舊樁孔徑回填完成以后，靜置一段時(shí)間，可以使回填黏土沉淀固結(jié)[14]，進(jìn)一步提高回填土層密實(shí)性。

(3) 勤量勤測(cè)潛水鉆機(jī)，保證灌注樁成孔垂直度。成孔時(shí)，前20 m深度既舊樁拔除深度范圍內(nèi)，采用懸吊鉆頭輕壓慢近方式，或適當(dāng)向舊樁反方向傾斜，補(bǔ)償鉆機(jī)向土層較軟傾斜的角度。

(4) 有效防止塌孔、串孔發(fā)生。根據(jù)土層情況確定泥漿的配合比，防止塌孔發(fā)生，鉆進(jìn)時(shí)放緩速度，成孔后減少靜置時(shí)間，及時(shí)灌注混凝土，減少串孔發(fā)生機(jī)率。

(5) 提高混凝土充盈系數(shù)，保證成樁質(zhì)量。由于存在類似串孔現(xiàn)象的可能性，理論的混凝土灌注量無(wú)法保證實(shí)際灌注高度，故灌注混凝土?xí)r應(yīng)及時(shí)、足量、連續(xù)灌注[15]，增加超灌高度測(cè)量次數(shù)，以保證混凝土超灌高度。

7 結(jié) 語(yǔ)

(1) 全套管高壓噴氣射水振動(dòng)沉管清孔處理法拔樁施工工藝是一種較為簡(jiǎn)單實(shí)用的拔樁方法，既保證了拔樁施工進(jìn)度又大大地節(jié)約了傳統(tǒng)全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)拔樁施工費(fèi)用，適用于樁長(zhǎng)20 m以內(nèi)且直徑不超過(guò)800 mm的各類樁。

(2) 對(duì)于新建樁基礎(chǔ)和舊樁距離較近無(wú)法正常施工時(shí)，可分為遠(yuǎn)離舊樁位置或調(diào)整至舊樁樁心位置兩種調(diào)整方法，并根據(jù)需要加大樁徑，承擔(dān)因調(diào)整樁位而產(chǎn)生的上部偏心荷載。

(3) 擴(kuò)大樁徑的同時(shí)可以設(shè)置獨(dú)立承臺(tái)共同承擔(dān)上部偏心荷載問(wèn)題，減小偏心矩。樁位調(diào)整偏差過(guò)大獨(dú)立承臺(tái)無(wú)法滿足時(shí)，可與鄰近樁共同形成雙樁承臺(tái)，有效減少偏心距的影響。

(4) 施工時(shí)，可以采用拌和白灰、分層壓實(shí)、回填靜置等措施盡量提高回填土的密實(shí)度，為后續(xù)施工提高條件?？梢圆捎脩业蹉@頭、勤測(cè)勤量、反向傾斜等措施保證成孔垂直度。

(5) 對(duì)于舊樁回填區(qū)域，灌注樁施工需采取必要的防止防樁孔塌孔、串孔措施同時(shí)，不可避免的混凝土?xí)B透至周?chē)翆樱斐苫炷脸溆禂?shù)較大[16]。