城市更新项目地下障碍物清除技术

孙在月

身份证： 32083019870720****

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

摘要：本文以上海市静安区闸北广场合并重建城市更新项目为实例，简要介绍了该项目地下障碍物类型及分布情况，针对不同种类的地下障碍物，选择合适的清障设备及工艺，确保了工程的顺利施工，为城市更新项目清除地下障碍物提供借鉴。本文重点介绍了全套管回旋钻机清障和双轮铣槽机清障。

关键词：桩基处理；清障工艺；全套管回旋钻机；双轮铣槽机

Technology of Underground Obstacles Clearance in Urban Renewal Project

Abstract: In Jing 'an district of Shanghai zhabei square combined reconstruction of urban renewal projects as an example, this paper briefly introduces the project type and distribution of underground obstacles. For different types of underground obstacles, choosing the appropriate rescue equipment and technology, ensure the smooth construction of the project. It provides reference for urban renewal project to clear underground obstacles . This paper mainly introduces the whole casing whirling driller to removal of underground obstacles and double-wheel slot milling machine to removal of underground obstacles.

Key words: Pile foundation treatment; Obstacle clearance technology; Whole casing whirling driller; Double-wheel slot milling machine

0 引言

随着城市发展的程度逐渐提高，我国城市规划建设用地总量基本锁定，正常开发工程越来越少，老旧建筑不能满足新需求。在今后相当长的一段时间内，我国建筑业将从以新开发为主转为以再开发为主，将城市中已经不适应现代化城市社会生活的地区做必要的、有计划的改建的“城市更新”是我国城市未来发展的主题^[1]。

在城市更新改建的过程中，经常会遇到地下残留的旧混凝土结构、旧桩基础等障碍物需要清除，这些地下障碍物已经成为工程施工的棘手问题^[2]，针对此类工程的改建工作，总结、研究工作十分重要。

本文以上海市静安区闸北广场合并重建城市更新项目为背景，介绍了在既有围护体、地下室结构的情况下，对地下障碍物清理的技术研究。

1 工程概况

1.1项目概况

闸北广场合并重建城市更新项目位于上海市静安区天目西路街道130街坊 13丘，东临大统路、南至天目路西路、西侧为新梅华东大酒店，北靠静安区行政办公大楼及上海站地区治安派出所。本项目基坑面积约为8204㎡，大面积开挖深度为15.7m~17.5m，局部深坑开挖深度为20.5m。基坑一期范围内存在既有地下结构需要拆除，其中既有地下室底板厚度约为1.9m~2.3m，局部达到4m，拆除工作量近10000m³，拆除工作量大。

1.2 水文地质条件

1.2.1地质条件

根据勘察资料，场地地基土在勘察深度范围内均为第四系松散沉积物，主要由饱和粘性土、粉性土和砂土组成。

1.2.2水文条件

根据勘察资料，拟建场地地下水类型有浅部土层中的潜水、中部土层和深部土层中的承压水。其中，潜水主要补给来源为大气降水和地表水。浅部土层潜水水位埋深为0.6m~1.5m，平均水位埋深1.06m，相应水位标高为1.66~2.42m，平均水位标高为2.04m，潜水水位受降雨、地表水和蒸发的影响而发生变化。

2 障碍物划分情况

本项目障碍物主要为新建桩基围护与老桩基围护（包括老地下室与围护间回填区域）相碰位置，另外由于本工程一期原地下室范围内新建工程桩在底板上进行施工，需在底板上预先进行清障开桩孔，主要障碍物划分五类：

(1)清除老围护换撑板带回填区域，深度约10米，主要为换撑板带和回填杂物；

(2)清除老搅拌桩止水帷幕和坑内加固，清障深度约17米；

(3)清除老围护灌注桩，清障深度约18~29米；

(4)清除老工程桩，深度约25~45米；

(5)在原地下室底板上开孔施工。

3 障碍物清除技术

本工程围护施工区域遇障碍物多，清障难度大 ，故针对不同种类的障碍物，需要合理选择清障设备及工艺，以达到最优工效。本工程二期遇老灌注桩、搅拌桩以及一期南侧换撑板带及回填区域采用全回转钻机进行清障，一期底板上采用水钻进行开孔，而一期西侧和北侧考虑到原围护很可能有偏斜侵界，采用铣槽工艺进行上部成槽。

3.1全套管回旋钻机换撑回填区域清障

全套管钻机相对专业的拔桩设备和冲击法清除遗留桩基，全套管钻机具有以下特点: 造价低，工期短，清桩彻底、后续施工影响小，对周边环境噪音污染小^[3]。

3.1.1全套管回旋钻机清理围护施工流程

图1 全套管回旋钻机清理围护施工流程图

3.1.2全套管回旋钻机围护清障孔位布置原理及方法

采用全套管回旋钻机进行围护清障，对周边土体有一定保护。而其也有相对的特殊性，由于整个清障取出障碍物过程均在地底套管内进行，于取出障碍物的大小显得尤为重要。而此次清障施工采用效果最好亦是最常用冲抓斗直接抓取。

3.1.3施工工艺及方法

（1） 钻机就位和开钻

首先全套管回旋钻机的套管采用Φ1500外径的钢套管，在成孔套管使用前，应进行套管顺直度的检查和校正。首先检查和校正单节套管的顺直度，然后检查按桩长配置的全长套管的顺直度，并对各节套管编号，做好标记，按序拼装；钢套管底部镶嵌锯齿型钛合金刀头。清障孔位顺序采用按顺序逐个进行清障，具体按实际孔位编号进行。

然后钻孔位进行精确放样，复核后并作出标记。定位钢板按标记安放并固定。吊机起吊全套管钻机以定位钢板进行就位，就位后利用钢筋搭设转盘上十字中心，并用铅垂观察转盘中心与定位钢板十字中心是否吻合方可进行施工，如若不吻合，则重复上述步骤，直至中心吻合。就位完成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施工要求。

（2）套管压入及钻进

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。

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旋转，并利用套管端部的刀齿切割墙体或障碍物，通常套管压入旋转至一定位置或扭力达到一定值后进行抓土作业，特殊情况如遇到阻力过大，影响钻进速度，即可考虑抓取部分以便减少钻进中的阻力。套管施工中接管高度为钻机机高+1.2m，以便施工人员接管。

抓土过程中实时监测地下土体标高，利用绳尺量取地面套管高度(h)以及套管内部深度(H)，然后反算地下入土深度。

在利用冲抓斗抓除套管内土体时，如遇到大块的障碍物，则利用重锤进行破碎后抓出。

（3）成孔清障

依次连接、旋转、压入套管，消除套管内部杂物，清孔至结构底板以下软土层。

（4）回填水泥土

清孔至原状土后，即进行套管内回填施工。使用水泥与回填土进行按8%比例进行挖机及人工拌合，拌合均匀后进行套管内回填。为避免坍孔等情况的发生，回填作业是随起拔套管同时进行的，以每回填2m高度水泥土后进行夯实处理。即套管正式起拔前，先在套管内回填一定高度的水泥土，再边拔套管边回填，始终保持套管内填土面高于套管底面一定高度，直至拔出最后一节套管，最终回填至地坪标高。

（5）套管的拔除

回填完成后立即拔除全套管钻机的套管，与上部回填水泥土施工同步进行。当回填至地坪标高后，移动RT200H型钻机至下一个孔位置等待继续进行下一孔清障施工。

3.2全套管旋挖钻机拔除老钻孔桩施工方法

3.2.1施工工艺

采用RT-200H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。

其原理是利用RT-200H全回转设备产生的下压力和扭矩，驱动Φ1500mm钢套管转动将套管钻入地下，外侧套管回旋钻进作为护壁，将旧桩周围的土体及障碍物切削后实施土体分离减摩，内侧采用内套管配合楔型锤（又称：钢钎、夹力棒、倒三角锤）使桩体切断，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。

在拔桩作业完成后应及时回填，填充材料采用含7%水泥的水泥土进行回填。

3.2.2工艺流程

全回转套管施工—→设备安装及固定—→第一节钢套管压入—→第二节钢套管螺栓连接—→第二节钢套管压入—→直至钢套管达到拔桩预定深度。

3.2.3施工方法

首先由测量人员对老桩孔位进行精确放样，复核后并作出标记。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。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。

当Φ1500mm钢套管钻到30m深左右后，在钢套管钻进过程中因土体扰动，桩身会发生扭断或破坏，采用100吨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2米左右的土塞，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（又称：钢钎、夹力棒、倒三角锤），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100吨吊车配合冲抓斗将桩体逐段拔除。

清孔至挖至原状土后，即进行套管内回填施工。回填土采用含7%水泥的水泥土进行回填。使用水泥与回填土进行按7%比例进行挖机及人工拌合，拌合均匀后进行套管内回填。为避免坍孔等情况的发生，回填作业是随起拔套管同时进行的，分层回填过程中用揰锤进行夯实。即套管正式起拔前，先在套管内回填一定高度的水泥土，再边拔套管边回填，始终保持套管内填土面高于套管底面一定高度，直至拔出最后一节套管，最终回填至地坪标高。回填结束后对原孔位进行袖阀管劈裂分层注浆施工，注浆压力0.4mpa，水灰比1.0。

清孔至原状土后，立即拔除全回转钻机的套管，与上部回填水泥土施工同步进行。当回填至地坪标高后，移动RT-200H型全回转钻机至下一个孔位置等待继续进行拔桩清障施工；

套管拔除施工：

利用自身上下抱箍，卡住钢套管拔出套管。上抱箍卡住套管，利用自身顶升架进行旋转上拔，顶升架起拔高度500mm。当拔到指定高度，下抱箍卡住套管，随即上抱箍松开。上抱箍下压500mm，再次卡住套管，松开下抱箍，重复上述工作直至拔出1节套管的高度（一节套管长6m）。利用吊车吊住套管。拆除连接螺丝，将钢套管吊放至指定堆放地点摆放。钻机拔完所有套管，即可进行移机。利用吊车拆除配重及反力架等相关附件，吊至下一桩位点，等待下次钻进。

3.3铣槽机槽段内老搅拌桩清障

3.3.1设备配置

本工程选用金泰机械的SX40双轮铣，

3.3.2铣槽机成槽工艺和施工方法

（1）施工工艺流程

图7 双轮铣槽机施工工艺流程图

（2）铣槽机施工过程

双轮铣槽机成槽施工工作原理为反向循环原理。

挖掘时两个镶有合金刀齿、球齿或滚动钻头的铣轮相互反向旋转，连续的切削下面的泥土或岩石，然后把它们卷上来并破碎成小块，再在槽中与稳定的泥浆混合后将它们吸进泵里面，装在真空盒上面的离心泵将这些含有碎块的泥浆泵送入一个循环设备（除砂设备），在那里通过其振动系统将泥土和岩石碎块从泥浆中分离，处理后干净的泥浆重新抽回槽中循环使用。

由于铣槽机自身的反循环泵吸出泥原理，连续墙槽底清基工作则相对较简单，将铣削轮盘直接放至槽底利用自身配置的泵吸反循环系统即可完成槽底沉渣的清除和泥浆置换。

（3）垂直度的监测与导正

SX40双轮铣装备DMS电子系统可时刻监控双轮铣的工作参数及位置，专业器械装置可对垂直度的偏差及时进行修正。操作手可以结合以下几种方法进行调整铣架回复垂直状态，纠偏的动作幅度逐渐减小到纠偏完成，然后继续铣槽作业。纠偏过程中的各种方式均通过DMS系统进行监控。被记录的参数及图示可作为文件显示出开挖点、段的垂直度值。

①X—X轴纠偏

X-X轴纠偏可通过以下两个途径：

⑴调整切铣鼓转速：根据需要，两个轮的其中一个可以转换旋转方向，形成双鼓同向旋转，实现快速转位。通常情况下，切削轮旋转方向保持不变，而是通过提高一个轮的转速进行调整。

⑵通过侧板的运动调整

②Y-Y轴纠偏可通过以下两个途径：

⑴移动侧板

⑵改变切削轮相对铣架倾斜度

③Z轴摆转纠偏

⑴移动侧板

⑵分别改变切削轮与铣架的角度

3.3.3泥浆系统

（1）本工程由一套泥浆工厂负责新浆的配制和回收浆的调整。新制泥浆配合比根据施工实际情况作调整, 一般比重为1.03t/m3-1.10t/m3，由于材料性质的变动，每一批新制的泥浆要进行泥浆的主要性能的测试，对泥浆的粘度、比重进行测试，符合技术要求的泥浆才允许使用，废弃泥浆采用全封闭槽罐车运至专门指定泥浆卸点。

（2）材料性质的变动，每一批新制的泥浆要进行泥浆主要个性能指针的测试，检查泥浆的粘度、比重等指针，符合性能指针的泥浆才允许使用，不合格泥浆一律不准使用，以确保泥浆护壁性能。

（3）对于槽段中回收的泥浆，经过净化设备处理后，对其各项性能指针进行测试，并重新调整，达到标准后才能使用。

（4）泥浆级配：新配制泥浆按理论配合比控制在比重1.03 t/m3-1.10 t/m3左右，粘度19～25秒。

（5）根据成槽施工中的实际情况，对泥浆配合比进行调整，以选择最合适的泥浆配合比。

3.4水钻机底板开孔清障

闸北一期桩基施工阶段，由于工程桩需在底板上进行打桩，故需在每次打桩前进行底板开孔施工，底板开孔采用水钻机进行底板清除施工。本工程工程桩桩径600mm，故需凿除直径700mm的孔洞进行施工。

闸北一期地下室底板厚度共分为1400mm、1800mm及4000mm。1400mm、1800mm厚底板围绕桩基环形凿除后清除障碍物；

4000mm厚底板围绕桩基密布凿除后清除障碍物，后再次重复施工，共分3次凿除施工；

开孔清障工艺流程：放线、验线——水钻定位——加固——水钻切割——清理边缘

（1）放线、验线

1）放出水钻开洞的位置线

2）复核切割洞口线位置无误后，采用水钻切割

（2）水钻定位

根据洞口线位置，在切割洞口线的外侧用铆杆把钻机固定在混凝土的表面。

（3）水钻切割

接好水钻电源，把水钻钻头放置于切割洞口线的内侧，沿线并排进行钻孔切割。

本工程底板开孔均采用水钻施工。施工时以Ф100水钻排孔方式切割，每块混凝土重量控制在100Kg ~200Kg，人工或小车运出一期基坑外。

（4）清理边缘

用手锤和钎子剔除洞口切割线内侧多余的混凝土。

4 结论

城市内进行重建项目施工时，地下遗留障碍物是工程施工的一大不确定因素。本文根据闸北广场合并重建城市更新项目工程地下障碍物类型、埋置深度，系统地介绍了全套管回旋钻机清障、双轮铣槽机清障和水钻机开孔清障，其中重点介绍了全套管回旋钻机围护清障和桩基清障以及双轮铣槽机槽段内老搅拌桩清障。在实际施工过程中，针对工程特点，因地制宜，对各种方法进行优化组合，基本达到了清障的目的，确保了工程的顺利施工和经济效益。

参考文献

[1] 徐振强,张帆,姜雨晨.论我国城市更新发展的现状、问题与对策[J].中国名城,2014(04):4-13.

[2] 刘凤龙.旧桩基处理技术应用[J].天津建设科技,2015,25(04):44-45.

[3] 方能榕.全回转全套管钻机清除地下遗留桩施工技术在某地铁工程中的应用[J].福建建设科技,2017(06):56-58+63.

作者简介：孙在月（1987—），男，本科，工程师。

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