既有桩基拔除对周边环境影响的控制措施

史皓勇

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

随着城市开发对剩余地面空间利用的日趋饱和，越来越多的老建筑因无法满足现代化的使用需求而面临改造。如老建筑的原有基础形式无法满足结构要求，在改造中可能涉及基础部分及工程桩的清除工作。

本文以上海中美信托金融大厦老工程桩拔除工程为背景，通过研究拔桩工程的设备、全过程工艺，并对工程桩拔除对周边环境的影响进行分析，为类似工程积累了宝贵经验。

由于项目的特殊性，部分既有的主楼工程桩与现有设计拟建地下连续墙位置重叠，需将该部分重叠位置的既有主楼工程桩拔除，原工程桩设计深度为－65 m，拟建地下连续墙设计深度为－51 m，本次清障深度至地下连续墙底标高。基坑围护措施为钻孔灌注桩排桩，在基坑东侧有已施工的围护桩，桩身长度为25 m左右，距离拟建地下连续墙边缘约6 m。在上海地区几乎无类似的工程经验可借鉴，且项目地处市中心地段，北侧邻近轨交12号线区间，周围有老式居民房及市政管线，对拔桩工程提出了很高的环境保护要求。

1 施工工艺

拔桩采用RT-200H全回转钻机，整套设备包括全回转驱动装置、钢套管、冲抓斗。全回转驱动装置夹紧钢套管进行360°回转钻进，在压入力和扭矩的共同作用下将直径2 000 mm或1 500 mm的钢套管压入土层深部，首节钢套管带合金刀头，在钻进的同时切割障碍物。

先在钢套管内部配合楔形锤对障碍物进行切割、破碎、扭断，并将既有工程桩周围的土体及障碍物切削后与土体分离，实现减摩，以达到在拔除旧桩时减少起拔力的作用。之后再用冲抓斗清除管内土体和障碍物，直到清障至新建地下连续墙底部以下1 m。最后及时向套管内回填掺入水泥土及喷射粉煤灰溶液，并在回填的同时逐节拔除钢套管。

2 环境变化数据统计及分析

在工程进行到3—4月时，测斜及沉降监测数据有大幅度变化（图1～图3）。

由图1～图3可见，相较于20 m深度处的最大变形量（测斜，下同）近45 mm，35 m深度处的最大变形量达到了近80 mm，并有持续发展的趋势。

图1 20 m深度处测斜结果

图2 35 m深度处测斜结果

图3 地表沉降结果

2.1 环境变化因素分析

2.1.1 桩体长度过长，侧向土压力大

天然结构性土体在工程实践中易受扰动，导致结构强度降低，工程性质改变。这种施工过程中土体受到的原位施工扰动有别于现场取土、应力释放等引起的试样扰动[1]。原工程桩清障深度达51 m，即使在拔除桩体后及时回填，仍会因原土体结构破坏，回填土自身存在孔隙率较低、密实度较差的情况，而需一定时间沉降后才会趋于稳定。两侧原状土也因侧向土压力而向内侧滑动，导致土体测斜数据较大。

2.1.2 施工区域密集，施工周期短

受到工期限制，总计50根的密集型既有主楼工程桩需要在有限时间内完成拔除，由于位置相对集中，在连续拔桩的过程中对该区域土体形成了条状的扰动，使得变形数据持续增大。

2.1.3 钢套管穿破地下承压水层，可能造成水土流失

土体结构性取决于土体的内因和外因的综合作用。内因是指土体本身的颗粒形状、孔隙形状、含水率、密实度等，外因是指水、风、地震及其他荷载等外部环境因素[2]。

根据施工情况的初步判断，该区域地下40～45 m深处有承压含水层，因为清障深度需超承压水层标高，所以可能在套管穿越承压含水层时造成一定程度的水土流失，对周边土体产生一定的影响。

2.1.4 拔除过程中的锤击对周边土体的影响

1）锤击工艺中对周边土体最主要的影响是振动，严重时将导致房屋倾斜，墙体开裂等[3]。由于部分既有工程桩扩径严重，桩体直径大于1.5 m后，垂直度稍有偏差就极易出现闷管现象。为了使管壁与桩体脱离，须采用锤击的方法将混凝土桩体击碎，锤击过程中对周边土体影响较大，对周边回填时间比较短的桩孔的影响更甚，由于刚回填的桩孔未形成强度，很不稳定，锤击振动后加剧了变形量。

2）在拔桩过程中，钢筋混凝土桩体采用全回转钻机扭断，将吊耳与桩体钢筋焊接后用履带吊将桩体吊出桩孔，素混凝土桩体部分采用抓斗冲抓将桩体取出桩孔，抓斗冲抓过程中形成的振动也将影响周边土体的稳定性。

2.1.5 回填方式及回填质量

桩体拔除后，为避免周边土体向孔内偏移，需将土体回填至自然地坪。若只利用素土回填，因其非原状土，无法起到抵抗周围土体压力的作用。采用何种方式以及何种回填材料进行回填需根据场地情况进行及时调整，以实现在确保回填质量的同时又能最大限度降低因回填施工造成的对周边环境的影响。土料含水量的控制也至关重要：含水量太小，易影响夯实（碾压）的效果，造成回填土不密实；含水量太大，易形成橡皮土[4]。

1）回填方式起初采用重锤强夯法，因其实施过程中需在回填部分土体后立即采用重锤夯击，会产生较大的施工噪声和振动，对附近居民生活造成一定影响。另外，根据理论经验，夯击过程中，夯点周边地基土存在局部大变形现象[5]。基于这两点，后调整回填方式为水泥土高抛。

2）回填土料为原状土翻出晒干并拌入总质量为5%水泥后的水泥土，水泥土在固结前有一定的可塑性。但同时又因其达到一定强度需要时间，在回填初期无法达到理想的回填效果。

3）受制于后阶段的地下连续墙施工，回填时无法采用高强度材料，扰动土体不可采用二次加固，以免形成二次障碍物。

2.1.6 缺少有效围护隔断措施

此次拔桩作业的围护措施为基坑东侧的钻孔灌注桩排桩支护，设计深度为－25 m。从环境监测数据来看，变形方向主要为从基坑外朝向基坑内。从现场情况不难看出，这一情况的出现，主要原因为场内存在原先施工的200余根工程桩，起到了基坑内侧的土体支护作用，而另一侧的围护措施仅为25 m的围护排桩，支护效果相对较差。两侧土体的抗侧斜能力的强弱不同造成了最终土体向单边侧移的形态。

2.2 工艺优化及针对措施

2.2.1 合理安排拔桩顺序，控制施工节奏

1）剩余既有工程桩拔除过程中，跳隔距离尽可能大，采用“一跳二”或“一跳三”的形式拔桩，并确保相邻2根桩施工间隔时间不少于15 d，待相邻桩孔内回填土相对稳定后再进行拔桩施工。

2）如果工况允许，可考虑在清障完成后，尽早安排后续围护体工作跟进，及早形成侧向挡土功能，减小扰动土体的自然沉降及缩短天然土体的侧移时间。

2.2.2 拔桩成孔过程中，钻头迅速通过承压含水层

根据本项目前期施工情况判断分析，靠近吴淞路一侧深度40～45 m为承压含水层，当钢套管刀头进入该土层时，应连续施工，快速穿越承压含水层，减少涌入钢套管内的水土量。类比其他项目，如遇透水性较强的土层，钻头穿越透水层时不可进行断桩、拔桩、抓斗取土等施工作业，直至管底标高超越透水层3 m以上，方可进行其他工序的操作。

2.2.3 回填土时确保钢套管内土塞厚度

1）由于拔桩深度达到52 m左右，土体侧向压力强度值最大10 000 kN/m，桩孔回填过程中，通过加大土塞厚度，利用钢套管内回填土料的自重来抵消部分土体侧向压力。确保设备在正常工作的情况下，土塞厚度尽可能控制在20～30 m之间。但前提条件是回填土料必须具有一定的和易性及流动性。

2）控制起拔钢套管的速度，并在起拔钢套管的同时，左右转动钢套管，提高钢套管内的回填土密实度，并可防止周边土体侧向压力快速集中释放。拔管速度应控制在≤0.2 m/min。

2.2.4 严格控制回填土料的拌和质量，优化回填工艺

1）使用黏土与水泥均匀拌和的水泥土作为桩孔填充料，控制水泥土中掺入的水泥为总质量的5%，并搅拌均匀。通过挖掘机斗容积及回填斗数严格控制实际回填量，使其与理论计算量相符。

2）清孔至设计要求深度。在回填土料之前，可先在钢套管内灌水，灌水深度宜高于承压水层，以增加管体内部质量。本项目根据地质报告，灌水水位高度为15 m。灌水完成后回填水泥土料，拔管时管壁的回转会起到一定的振动和拌和作用，有利于水泥土均匀分布于管底。为避免水下作业法引起场地内积水，可在附近场地上挖掘泥浆池来储存桩孔内溢出的泥浆。

3）桩孔回填完成后，应将全回转钻机移除，并尽快对桩孔进行高压注浆处理，注浆浆液采用水灰比为1∶1的粉煤灰浆液。

2.2.5 减少锤击对周边土体的影响

1）避免锤击桩体。钢套管钻进过程中严格控制转动钢套管的扭矩，发现扭矩明显变大时，应立即停止钻进，查明原因。或在钢套管内适当加水，减小钢套管内壁的摩擦力，减少闷管现象的发生。

2）抓斗冲抓素混凝土桩体时，控制抓斗冲抓时的下落高度，尽量控制在3 m以内，减少冲抓时的振动影响。

3 结语

通过对本次清障工程进行总结，有如下阶段性经验：

1）对工程桩的清除范围应考虑适量的桩体扩径可能，清除范围可较拟建区域适当扩大，避免经切削后的混凝土块在后期施工中成为二次障碍物。

2）施工前，如果周边存在保护建筑及敏感管线等因素，应考虑采取有效的围护措施，以隔断施工对其造成的影响，围护深度至少与拔桩深度相同。本次拔桩作业位于基坑外侧深25 m的围护灌注桩起到了很好的支护作用，－25 m以上的土体变形得到了很好的控制。

3）建议在拔桩清障作业完成后，尽早进行后续原位工程作业，避免扰动土体产生过多沉降，继而破坏周围土体结构。

4）针对超深拔桩工程施工仍有许多待探索的领域，不仅需要对实施设备、工艺、回填材料及措施等进行控制，如何在完成深层障碍物清除的同时，最大限度地保持土体原来的平衡状态，减少清障对周边环境的影响更是清障工程难度的核心所在。