关于深层清障的分类主要有：根据清除障碍物性质探讨人工障碍物或天然障碍物清除、根据清障施工作业条件实施陆上清障或水上清障、按清障施工方法研究破碎清障法和无损清障法[1]。而从深层清障技术研究方面，主要探讨的是深层清障设备研发、深层物探技术发展和清障对环境的影响。
伴随着旧城改造的工程项目开展，经常会遭遇需拔除的废弃旧桩基(如钢桩、木桩、钢筋混凝土预制桩、钢筋混凝土灌注桩和组合桩等)邻近如地铁盾构、上水管、电力电缆管线等关键的市政建设结构，选择的拔桩工艺优劣将直接影响到市政结构的运营安全。为此，针对各种场地的深部地下障碍物状况,探讨废弃桩的清除工艺及对周围建筑物的状态监测已成为岩土工程施工工程师们广泛关注的焦点。
面向上海软土地基中的废弃桩清障和控制关键构筑物沉降变形相结合的工程实践，冷金荣等选用360°全回转套管机对φ800、桩长35 m的钻孔灌注桩进行了清障施工，其对邻近1.8 m的合流污水管接缝沉降影响最大值为5.7 cm[2]。张中杰等采用FCEC全回转清障机对桩长28 m的预制混凝土直桩和斜桩进行了拔桩施工，其对邻近7.2 m的防汛墙产生了最大6 mm的沉降影响[3]。韩泽亮采用振管法配合喷水射气管对φ600、桩长32 m的钻孔灌注桩进行清障施工[4]，施工监测表明对邻近最小距离为1 m的φ2防汛导流钢管的沉降影响为30 mm。多项工程实践表明，合理选择清障工艺能保证对周围关键构筑物的沉降控制。
在理论研究方面，宋辉等运用有限元数值模拟研究了套管法拔桩过程对既有管道的影响[5]，结果表明套管的压入和拔出都将使既有管道产生水平位移和竖向沉降。曹兆虎等通过模型试验探讨了拔桩过程对土体扰动变形的影响[6]。
本文结合上海浦东地区某工程项目中的清障施工，通过施工监测，分析探讨了套管法拔桩施工过程及工程应急处理对邻近构筑物沉降的影响。
1 工程概况
上海市浦东新区某拟建工程位于世博会地区A02A-03 地块(图1)，东侧紧临博展路，南侧紧临博成路和云台路，西侧为待建空地，北侧至世博大道。拟建项目主要由地上建筑和地下建筑两部分组成，其中地下建筑主要为三层地下室，埋深14.90 m。
该工程项目的基坑围护采用地下连续墙，地下连续墙两侧采用三轴搅拌桩进行槽壁加固。
图1 工程场地平面
Fig.1 Plan of project site
1.1 场地环境条件
南侧地下连续墙位置存有5个桩基共计9根废弃基桩需要拔除(图2)。基桩为φ800的钢筋混凝土灌注桩，桩长约为45 m。
图2 废弃桩和沉降监测点的相对位置
Fig.2 Relative location of abandoned piles and settlement monitoring points
邻近拟拔桩区域的博成路人行道下有城市地下管道综合走廊(简称“共同沟”)，共同沟为3 m×4 m的钢筋混凝土结构，其顶面埋深约2.8 m，共同沟中布置有通信电缆、电力电缆、给水管道等重要的设施(图3)。由于必须保证共同沟中所有设施全天候安全运营，因此严格监控并控制沉降成为衡量拔桩施工成败的关键。
现有资料显示，废弃桩至共同沟边缘的距离大小不等(表1)，其中最小距离仅为1.6 m。在如此小的净距内通过构筑围护结构实现对共同沟的隔离是非常困难的，而拔桩施工难免引起共同沟周围土体的松动，引发“共同沟”沉降。
表1 各承台下废弃桩至共同沟最小距离
Table 1 Minimum distance between abandoned pile and common ditch under pile caps m
承台1承台2承台3承台4承台52.421.912.581.602.39
图3 废弃桩与共同沟的位置示意
Fig.3 Schematic dingram of location of abandoned piles and common ditch
1.2 场地地质条件
由《工程岩土工程勘察报告》可知:拟建场地的地层结构自上而下依次为：①杂填土；②褐黄-灰黄色粉质黏土；③灰色淤泥质粉质黏土；③夹灰色砂质粉土；④灰色淤泥质黏土；⑤1灰色黏土；⑤2灰色砂质粉土；⑤3灰色粉质黏土；⑦1灰绿-灰黄色砂质粉土；⑦2-1灰绿-灰黄色粉砂；⑦2-2灰色粉砂。
共同沟所处的第③、③夹的灰色淤泥质粉质黏土层，重度为17.5 kN/m3，含水量达41%以上，呈流塑状态，地基承载力不高。共同沟下的⑤2层、⑦层及⑨层的重度分别为17.5,17.4,18.8 kN/m3，为上下叠加、连续分布，可认为地下水相互沟通。⑤2灰色砂质粉土夹粉质黏土层呈饱和性、中密实度，该土层顶的最浅埋深为16.8 m，清障拔桩深度将进入该土层，如施工过程处理不当极可能会引起水土进入钢套管内，对周边土体产生较大的沉降影响。
1.3 拔桩工程量对沉降控制的影响
除上述的地质状况外，本工程需拔除9根φ800、桩底埋深45 m的灌注桩，需要拔除的桩总长度达387 m左右，即使只考虑桩基本身的体积，需要置换的土方量将达到194 m3以上，大规模的土体置换增加了沉降控制的难度。
综合上述各个因素，清障施工中必须选择合适的拔桩工艺，尽量减小施工过程中对周围土体的扰动，控制共同沟的沉降变形。
2 拔桩施工方法和工艺流程
由本工程规模及场地地质、环境条件分析可知，需要选择合理的清障施工方法，以便达到既清除废弃桩又可控制共同沟的沉降变形的目的。从全回转套筒钻机在上海地区的多项清障工程的运用表明：其能满足预期的工程目标。
拔桩设备由全回转驱动装置、钢套管、冲抓斗等组成。清障施工中，以全回转动力驱动装置夹紧套管进行360°回转钻进，首节套管带合金刀头,在压入力和扭矩的共同作用下将套管压入土层，在钻进同时切割障碍物，实施废弃桩与周围土体及障碍物间的分离减摩，减少拔桩时的起拔力。在套管内部配合楔形锤对套管内的混凝土桩进行破碎、扭断，下夹具和吊具将断桩体吊出桩孔，再用冲抓斗将桩孔内土体及混凝土残渣取出，直至清障至设计要求深度。最后及时向套管内回填拌后水泥土料，回填时同时逐节拔除钢套管。具体的施工流程如图4所示。
图4 拔桩施工流程
Fig.4 The process of pile pulling construction
3 拔桩施工对构造物的沉降影响
为保证共同沟的安全运营，在全回转套筒钻机进行拔桩施工过程中，对共同沟的沉降变形进行了全过程监测。废弃的承台和桩编号以及共同沟沉降监测点布置示意如图2所示。
为减轻清障对共同沟的沉降影响。原施工计划为：在所有废弃桩桩头暴露后，选取距共同沟较远的一根开始试拔，收集拔桩施工有关数据及对共同沟影响的情况。待正式施工时，采用跳拔方式，于各承台间交替施工进行拔桩，尽可能地不在同一基座连续拔除多根桩。但实际的拔桩顺序为：承台1-1桩、承台4-1桩、承台3-1桩、承台1-2桩、承台2-1桩、承台2-2桩、承台5-1桩、承台4-2桩、承台5-2桩。此处，承台1-1桩表示承台1处的1号桩，其他类似。其中针对承台2，实施了连续拔桩作业。
以下结合清障施工顺序和共同沟沉降监测数据(图5)，对共同沟的沉降原因作一系统的分析比较。
1)承台1-1桩的试拔桩施工。由于在施工初期，一是废弃桩的全长不明确，二是选用的全回转钻机清障工序和流程对场地地层的适应性也待验证，故试拔桩的整个施工都是一个摸索尝试过程，花费的时间较长(图5d)。结合地层条件分析，钢套管钻头最终钻入深度至桩尖以下3 m，此处⑤2灰色砂质粉土层具有易透水性，如较长时间内出现钢套管内水头不够或有效土塞厚度不够等原因都极可能产生水土涌入钢套管内而造成地面沉降，而实际拔桩后回填土施工中发生的管道上部堵塞、下部空置的状况更加剧了共同沟的沉降。由图5a显示的承台1-1桩拔除后以及至下一根桩施工前的共同沟沉降曲线可见，拔桩施工造成共同沟的最大沉降为1 cm，而至承台4-1桩拔桩施工时，共同沟的最大沉降量已达1.8 cm。
2)承台4-1桩、3-1桩的清障施工。从图5b、图5c显示的共同沟沉降曲线可以看出，施工措施得当能够很好地控制沉降，承台4-1桩和承台3-1桩的清障施工分别造成共同沟的沉降为0.5，0.8 mm。于图5b中依然可见对应承台1处的共同沟沉降还在继续，直至承台3-1桩的清障完成后才趋于稳定。
3)承台1-2桩的清障施工。从图5d沉降曲线可见，在拔除承台1-2桩且回填施工后，邻近的共同沟沉降不大，但在静置1 d后，该处共同沟出现上升趋势，这或许是为保证共同沟的安全而对其侧预埋的注浆管进行压密注浆应急措施所起的作用。同样从沉降曲线看出承台3至承台4对应的共同沟沉降趋于没有稳定。
4)承台2-1、2-2桩的连续清障施工。图5e沉降曲线显示，承台2-1桩拔除后，对应承台1承台4范围的共同沟发生较大幅度的沉降且有加剧趋势。随着后续孔内回填和共同沟侧压密注浆的共同作用，共同沟出现上升趋势。
a—承台1-1桩拔出后； b—承台4桩拔出后； c—承台3-1桩拔出后； d—承台1-2桩拔出后； e—； f—承台2-1桩拔出后；g—承台2-2桩拔出后； h—承台5-1桩拔出后； i—承台4-1桩拔出后； j—承台5-2桩拔出后； k—不同时间段沉降对比。
注：图中曲线为不同日期所测，“+”为当天的第二次测试，“++”为当天的第三次测试。
图5 共同沟沉降曲线
Fig.5 The settlement curves of common ditch
由图5f显示的沉降曲线可知，虽然承台2-2桩的拔除引起共同沟沉降并不大，但在桩孔回填土后，共同沟仍有较大范围的沉降且沉降趋势在增大(图5g)，直到拔桩后的第4天才稳定下来。2号承台的连续拔桩施工造成共同沟最大沉降量达到2.4 cm。
5)由图5h～图5j显示的沉降曲线可知，承台5-1桩、承台4-2桩、承台5-2桩的清障施工中，虽然4号承台4-2桩距共同沟较近，但这3根桩清障施工对共同沟的沉降影响都比较小。另由图5j显示，5号承台5-2桩施工时，对应承台1、2的共同沟却出现了上升现象，结合工程状况分析，该施工阶段伴有承台1～3间的围护搅拌桩施工，或许地基土中水泥的搅拌掺入，扰动了土体，使得共同沟呈现上升趋势。
综上分析，造成共同沟较大沉降变形的原因主要在于：承台1-1试拔桩施工周期长且桩孔回填土事故，可能形成水土涌入钢套管内而造成共同沟沉降；承台2拔桩的连续作业加剧了共同沟沉降。
4 结束语
根据全回转套筒钻机进行深层清障施工工序和对邻近的市政共同沟沉降监测数据的分析比较，得到以下结论：
1)采用全回转套筒钻机且严格按照施工工艺要求进行深层清障施工，能够达到对邻近构筑物沉降变形的控制目的。
2)承台1-1试拔桩施工周期长且桩孔土体回填事故造成了共同沟的较大沉降。承台2的连续拔桩作业对共同沟沉降控制产生较大影响。
3)着眼于保护构筑物的安全，对于上海软土地基的深层障碍物，应合理安排清障顺序。
[1] 杨石飞，顾国荣，王福林.深层清障技术纵论[J].地下空间与工程学报，2008, 4(2):387-391.
[2] 冷金荣,周涛，曹东.360°全回转套管机在拔桩工程中的应用[J].山西建筑，2014(28)：47-49.
[3] 张中杰，汤翔，王福林.FCEC全回转拔桩技术在越江隧道地下清障中的应用[J].地震工程学报，2015,37(增刊2)：75-78.
[4] 韩泽亮. 钻孔灌注桩拔除工艺研究[J].岩土工程学报, 2010,(增刊2)：410-413.
[5] 宋辉，常莹，黄超，等. 套管法拔桩对既有大直径地下污水管的影响[J].上海大学学报(自然科学版)，2011, 17(3):320-324.
[6] 曹兆虎,孔纲强，周航，等.基于透明土材料的异形桩拔桩过程对比模型试验[J].铁道科学与工程学报，2014，11(3)：71-76.