砂礫石地層樁基拔除施工技術(shù)

姜景雙

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101149)

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，全國(guó)各大城市都在不斷規(guī)劃開展工程項(xiàng)目，橋梁改建擴(kuò)建工程、地鐵隧道建設(shè)工程、地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工等工程項(xiàng)目在城市建設(shè)中更是隨處可見(jiàn)，而此類工程常常會(huì)遇到需要清除舊樁基礎(chǔ)的情況，如何快速高效的清除復(fù)雜地質(zhì)條件中的舊樁基礎(chǔ)是目前工程施工中的難題。

滕坤等人[1]以常州地鐵下穿恐龍公園地下預(yù)應(yīng)力管樁為背景，綜合現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境和條件，提出采用樁周去土法和靜拔法相組合的方式對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行拔除，以減小樁基對(duì)盾構(gòu)隧道施工的影響。羅善明[2]以某地鐵隧道下穿河流既有防護(hù)結(jié)構(gòu)灌注樁為背景，采用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)配合套管的拔樁工藝進(jìn)行拔樁施工，拔樁后，盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的各項(xiàng)指標(biāo)均正常。路建民等[3]以鄭州地鐵下穿既有橋梁樁基為背景，采用靜力沉管加水力切割拔樁和全套管無(wú)損拔樁施工技術(shù)，拔樁后，盾構(gòu)穿越期間，樁孔處未產(chǎn)生較大沉降和冒漿。

本文以呼和浩特市軌道交通2號(hào)線公主府站至內(nèi)蒙古體育場(chǎng)站內(nèi)區(qū)間盾構(gòu)隧道下穿氣象局西巷大橋?yàn)楣こ桃劳校瑸榻档投軜?gòu)機(jī)下穿樁基時(shí)對(duì)橋梁、地表和周圍環(huán)境造成的影響，決定對(duì)現(xiàn)有橋梁進(jìn)行拆除，保障盾構(gòu)隧道的正常掘進(jìn)。經(jīng)過(guò)施工方案比選和論證，采用全回轉(zhuǎn)套管法拔樁，并對(duì)施工工藝進(jìn)行改進(jìn)，確保拔樁施工順利進(jìn)行。

1 工程概況

呼和浩特市軌道交通2號(hào)線一期工程公主府站～內(nèi)蒙古體育場(chǎng)站區(qū)間起點(diǎn)設(shè)計(jì)里程為右CK15+498.453，終點(diǎn)設(shè)計(jì)里程為右CK16+987.710，區(qū)間長(zhǎng)度為1 489.257 m。區(qū)間隧道為雙單洞雙線圓形斷面，盾構(gòu)法施工，線間距10～14 m。盾構(gòu)機(jī)于CK16+180～CK16+230附近下穿氣象局西巷橋樁基群，該橋位于氣象局西巷，內(nèi)蒙古民族學(xué)院南50 m處。

氣象局西巷大橋斜跨扎達(dá)蓋河。橋梁全長(zhǎng)39.04 m，橋面凈寬24 m，全寬30 m。上部結(jié)構(gòu)采用3孔13 m預(yù)制空心板，下部結(jié)構(gòu)采用樁接蓋梁的型式，樁徑為?1 500 mm，蓋梁尺寸為1.2 m×1.6 m，樁基南北向共設(shè)4排，其中樁基第3排6根，其余每排為5根，中間兩排樁長(zhǎng)35 m共11根，兩側(cè)樁長(zhǎng)23 m共10根。氣象局西巷大橋平面結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

2 全回轉(zhuǎn)套管機(jī)拔樁施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 工藝原理

360°全回轉(zhuǎn)套管機(jī)是能驅(qū)動(dòng)鋼套管進(jìn)行360°回轉(zhuǎn)并將鋼套管壓入和拔除的施工機(jī)械。設(shè)備在作業(yè)時(shí)產(chǎn)生扭矩和下壓力，使鋼套管轉(zhuǎn)動(dòng)下沉，利用管口的高強(qiáng)刀頭對(duì)巖層、土體進(jìn)行切削；鋼套管沉入預(yù)定深度后，下放專用設(shè)備倒三角形鋼釬將樁身擠實(shí)，通過(guò)全回轉(zhuǎn)套管機(jī)強(qiáng)大的扭矩來(lái)回旋轉(zhuǎn)將舊樁截?cái)啵唤財(cái)嗯f樁后上拔鋼套管吊出鋼釬，然后使用起重設(shè)備下放鋼絲繩，將已截?cái)嗖⑴c整個(gè)樁身脫離的部分樁鎖扣牢固并一次性拔出；上部樁體完全拔除后，采用抓斗清除施工中套管內(nèi)的泥土，使樁頭再次露出來(lái)，然后重復(fù)上次工藝直到將樁身拔除到預(yù)定的深度或?qū)⑵淙堪纬Ｅf樁拔除完成后，將樁孔回填至密實(shí)、均勻，從而保證后續(xù)工程的施工。這樣，在套管的護(hù)壁作用下就能完成地層無(wú)擾動(dòng)拔樁和回填。

圖1 氣象局西巷大橋平面結(jié)構(gòu)示意圖(單位：m)

2.2 施工關(guān)鍵技術(shù)

單樁拔除施工工藝流程可分6個(gè)步驟：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→360°全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)就位→下鋼套管→切割清障→樁孔回填→360°全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)移位。

2.2.1 施工準(zhǔn)備

拔樁前需做好河道回填以滿足360°全回轉(zhuǎn)套管機(jī)的施工要求；河床提前進(jìn)行注漿加固，確保地基穩(wěn)定，根據(jù)工程的施工特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)情況組織施工人員和機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，對(duì)人員進(jìn)行培訓(xùn)和交底并對(duì)其設(shè)備進(jìn)行調(diào)試；同時(shí)接入臨時(shí)用水和用電。本施工工藝用水量不大，接入一根?25 mm的水管即可滿足供應(yīng)要求。臨時(shí)用電以滿足現(xiàn)場(chǎng)照明和其它輔助設(shè)備間歇用電量為基礎(chǔ)，因?yàn)榘螛吨饕O(shè)備用電均為自帶配套動(dòng)力站而不需要另行接入電源，所以臨時(shí)用電量較小，一般一臺(tái)(套)拔樁設(shè)備的臨時(shí)用電量不大于100 kV·A。注意事項(xiàng)：拔樁施工前保證場(chǎng)地內(nèi)管線遷改至施工范圍以外，場(chǎng)地平整后鋪設(shè)2 cm鋼板用作施工平臺(tái)。

2.2.2 測(cè)量放線

測(cè)量放樣出樁中心，確定須做拔除處理的樁基范圍及數(shù)量，確定舊樁坐標(biāo)并對(duì)其進(jìn)行編號(hào)，以便確定合理的拔樁順序。

2.2.3 全回旋套管機(jī)帶動(dòng)鋼套管沉入

全回轉(zhuǎn)套管機(jī)就位穩(wěn)定機(jī)身、調(diào)整機(jī)身的垂直度，并使機(jī)身的抱箍系統(tǒng)中心與舊樁中心保持與垂線方向一致。對(duì)于直徑1 500 mm的鉆孔灌注樁拔除，采用鋼套管直徑為2 200 mm；鋼套管單節(jié)長(zhǎng)度6～8 m，根據(jù)實(shí)際情況樁長(zhǎng)的不同組合，并在實(shí)際施工過(guò)程中靈活調(diào)配。拔樁時(shí)由360°全回轉(zhuǎn)套管機(jī)環(huán)抱驅(qū)動(dòng)鋼套管旋轉(zhuǎn)沉入到預(yù)定深度，從而大幅度地減小樁身與樁周土體的摩擦力；對(duì)于上部地質(zhì)砂性土極易擴(kuò)孔的灌注樁，如擴(kuò)孔面積大于鋼套管直徑時(shí)，由鋼套管底部鑲嵌的鈦合金刀頭在全回轉(zhuǎn)套管機(jī)的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力下旋轉(zhuǎn)切割清除。由于本次工程所遇到的地質(zhì)情況為砂礫層巖土較難掘進(jìn)，較其他工程有特殊之處，底部刀具改為進(jìn)口的鎢鋼合金刀頭。

2.2.4 拔樁

考慮到本工程拔除的基樁直徑較大、整樁抗拔力較大等因素，整個(gè)拔樁過(guò)程采用分段截除、分段吊離、多次重復(fù)的方式。樁長(zhǎng)23 m的分8次進(jìn)行截除吊離；樁長(zhǎng)35 m的分13次進(jìn)行截除吊離，每段樁的重量約為84.5 kN。

鋼套管沉入預(yù)定深度后，實(shí)現(xiàn)了樁周分離，然后下放專用設(shè)備倒三角形鋼釬插入套管內(nèi)，將樁身擠實(shí)，通過(guò)全回轉(zhuǎn)套管機(jī)強(qiáng)大的扭矩來(lái)回旋轉(zhuǎn)將舊樁截?cái)?，截?cái)嗪笊习武撎坠艿醭鲣撯F，再使用起重設(shè)備下放鋼絲繩，將已被截?cái)嗖⑴c整個(gè)樁身脫離的部分樁體鎖扣牢固，并一次性拔出。完成實(shí)施上部樁體拔除后，用抓斗清除施工過(guò)程中掉入套管內(nèi)的泥土使樁頭再次暴露出來(lái)，然后重復(fù)上次工藝直至將樁身拔除到預(yù)定深度或全部拔除。截樁施工如圖2所示，鋼釬如圖3所示，拔樁施工如圖4所示，現(xiàn)場(chǎng)施工如圖5所示。但考慮地下水位較高，拔樁時(shí)需將鋼套管先行鉆進(jìn)達(dá)到封水層2～3 m后方可實(shí)施下節(jié)樁拔除，本工程主要封水層為4-2粉質(zhì)黏土層和4-1黏土層。

2.2.5 樁孔回填

舊樁拔除后，樁孔必須進(jìn)行回填?；靥畹馁|(zhì)量很重要，確保后期盾構(gòu)施工的質(zhì)量要求，所以必須保證回填料既要達(dá)到一定的強(qiáng)度，同時(shí)又不能強(qiáng)度太高，強(qiáng)度以略高于原狀土為宜，要求回填密實(shí)、均勻，逐層填入，并及時(shí)測(cè)量回填深度；保證每回填一層完成后須用閉合狀態(tài)的抓斗夯擊數(shù)次。

圖2 截樁施工示意圖 圖3 鋼釬

圖4 拔樁施工示意圖 圖5 現(xiàn)場(chǎng)拔樁施工

2.3 改進(jìn)及優(yōu)化措施

2.3.1 刀尺、刀具的改進(jìn)

由于本工程所遇到的地質(zhì)情況復(fù)雜，存在的砂礫石地層用傳統(tǒng)刀具難以切削、損耗嚴(yán)重且掘進(jìn)效率很低。因此，本工程對(duì)刀尺、刀具作了如下幾個(gè)改進(jìn)優(yōu)化：①增加內(nèi)刀，通過(guò)增強(qiáng)對(duì)土體和巖石側(cè)面的切削，加大刀頭掘進(jìn)面刀具的切削強(qiáng)度，破除難以掘進(jìn)的硬巖。②外刀間距由原來(lái)的30 cm改為15 cm，增加了刀具數(shù)量，增加豎向切削的刀具與土體的接觸面積，提高掘進(jìn)效率，減小單刀頭的損耗速度。③刀頭改用進(jìn)口的鎢鋼合金刀頭，提高了刀頭質(zhì)量，減少更換刀頭的頻率。

2.3.2 全回轉(zhuǎn)套管機(jī)參數(shù)控制優(yōu)化

本工程的硬土地質(zhì)條件在國(guó)內(nèi)工程也較少見(jiàn)，因此對(duì)套管機(jī)的參數(shù)也作了相應(yīng)調(diào)整：①壓入速度由快變慢，在實(shí)際套管沉入過(guò)程中壓入速度控制在1.5 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度控制在1 r/min。②由于樁體較長(zhǎng)，通過(guò)前期場(chǎng)地的精確平整并平鋪路基板保證水平度的前提下，對(duì)垂直度嚴(yán)格把控，如有偏差及時(shí)糾正。

2.3.3 增加氣舉反循環(huán)、注水挖土等工藝

由于拔樁時(shí)起重機(jī)所需拉拔力過(guò)大，施工過(guò)程中需減小樁身摩擦力，挖除樁周部分在鋼套筒內(nèi)的土和巖塊。本次工程采用注水軟化硬土挖出以及壓氣反循環(huán)的方式進(jìn)行樁周挖土清渣。實(shí)際上通過(guò)在鋼套管沉入到指定位置打入鋼釬擰斷樁體后向下注水，然后用挖斗挖出樁周土，挖到斷樁截面時(shí)采用?200 mm導(dǎo)管插入到約斷樁截面深度處，將?25 mm風(fēng)壓管從導(dǎo)管內(nèi)下放至距導(dǎo)管口200 mm處，在導(dǎo)管注入泥漿后使風(fēng)壓管連接地面12 m3空壓機(jī)向下注風(fēng)，利用壓氣反循環(huán)清理樁周土。

2.3.4 在全回轉(zhuǎn)套管機(jī)底座加配重

本工程所需拔樁力很大，拔樁機(jī)受到的反力很大，因此，如果機(jī)身原本的自重及底座固定提供的固定反力不夠，拔樁時(shí)易引起機(jī)身振動(dòng)，故在拔樁機(jī)4個(gè)底座增加共30 t的配重以穩(wěn)固機(jī)身。

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)運(yùn)用360°全回轉(zhuǎn)套管機(jī)進(jìn)行拔樁具有施工速度快、質(zhì)量高、風(fēng)險(xiǎn)低的特點(diǎn)。在采用本法之后，在工期、質(zhì)量、安全、成本上很好完成了施工要求。施工方法優(yōu)化前1根樁施工需15 d的時(shí)間；優(yōu)化后，1根樁縮短了9 d的時(shí)間，總工期減少了6個(gè)月，大大縮短了拔樁施工時(shí)間，為后續(xù)盾構(gòu)穿越提供了優(yōu)質(zhì)的保障條件。

(2)根據(jù)“技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、生產(chǎn)上可行、環(huán)境上友好”的原則運(yùn)用該技術(shù)，安全、及時(shí)、快捷、實(shí)用，在施工中取得了良好的工程經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保效益，為砂礫層地質(zhì)的拔樁施工積累了經(jīng)驗(yàn)，對(duì)后續(xù)類似工程具有指導(dǎo)和借鑒意義。