砂礫石地層樁基拔除施工技術

姜景雙

(中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司，北京 101149)

近年來，隨著經濟建設的高速發展，全國各大城市都在不斷規劃開展工程項目，橋梁改建擴建工程、地鐵隧道建設工程、地下圍護結構施工等工程項目在城市建設中更是隨處可見，而此類工程常常會遇到需要清除舊樁基礎的情況，如何快速高效的清除復雜地質條件中的舊樁基礎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應力管樁為背景，綜合現場施工環境和條件，提出采用樁周去土法和靜拔法相組合的方式對預應力管樁進行拔除，以減小樁基對盾構隧道施工的影響。羅善明[2]以某地鐵隧道下穿河流既有防護結構灌注樁為背景，采用旋轉鉆機配合套管的拔樁工藝進行拔樁施工，拔樁后，盾構掘進過程中的各項指標均正常。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損拔樁施工技術，拔樁后，盾構穿越期間，樁孔處未產生較大沉降和冒漿。

本文以呼和浩特市軌道交通2號線公主府站至內蒙古體育場站內區間盾構隧道下穿氣象局西巷大橋為工程依托，為降低盾構機下穿樁基時對橋梁、地表和周圍環境造成的影響，決定對現有橋梁進行拆除，保障盾構隧道的正常掘進。經過施工方案比選和論證，采用全回轉套管法拔樁，并對施工工藝進行改進，確保拔樁施工順利進行。

1 工程概況

呼和浩特市軌道交通2號線一期工程公主府站～內蒙古體育場站區間起點設計里程為右CK15+498.453，終點設計里程為右CK16+987.710，區間長度為1 489.257 m。區間隧道為雙單洞雙線圓形斷面，盾構法施工，線間距10～14 m。盾構機于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，內蒙古民族學院南50 m處。

氣象局西巷大橋斜跨扎達蓋河。橋梁全長39.04 m，橋面凈寬24 m，全寬30 m。上部結構采用3孔13 m預制空心板，下部結構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4排，其中樁基第3排6根，其余每排為5根，中間兩排樁長35 m共11根，兩側樁長23 m共10根。氣象局西巷大橋平面結構示意如圖1所示。

2 全回轉套管機拔樁施工關鍵技術

2.1 工藝原理

360°全回轉套管機是能驅動鋼套管進行360°回轉并將鋼套管壓入和拔除的施工機械。設備在作業時產生扭矩和下壓力，使鋼套管轉動下沉，利用管口的高強刀頭對巖層、土體進行切削；鋼套管沉入預定深度后，下放專用設備倒三角形鋼釬將樁身擠實，通過全回轉套管機強大的扭矩來回旋轉將舊樁截斷；截斷舊樁后上拔鋼套管吊出鋼釬，然后使用起重設備下放鋼絲繩，將已截斷并與整個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的泥土，使樁頭再次露出來，然后重復上次工藝直到將樁身拔除到預定的深度或將其全部拔除。舊樁拔除完成后，將樁孔回填至密實、均勻，從而保證后續工程的施工。這樣，在套管的護壁作用下就能完成地層無擾動拔樁和回填。

圖1 氣象局西巷大橋平面結構示意圖(單位：m)

2.2 施工關鍵技術

單樁拔除施工工藝流程可分6個步驟：施工準備→測量放線→360°全回轉套管鉆機就位→下鋼套管→切割清障→樁孔回填→360°全回轉套管鉆機移位。

2.2.1 施工準備

拔樁前需做好河道回填以滿足360°全回轉套管機的施工要求；河床提前進行注漿加固，確保地基穩定，根據工程的施工特點及現場情況組織施工人員和機械設備進場，對人員進行培訓和交底并對其設備進行調試；同時接入臨時用水和用電。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要求。臨時用電以滿足現場照明和其它輔助設備間歇用電量為基礎，因為拔樁主要設備用電均為自帶配套動力站而不需要另行接入電源，所以臨時用電量較小，一般一臺(套)拔樁設備的臨時用電量不大于100 kV·A。注意事項：拔樁施工前保證場地內管線遷改至施工范圍以外，場地平整后鋪設2 cm鋼板用作施工平臺。

2.2.2 測量放線

測量放樣出樁中心，確定須做拔除處理的樁基范圍及數量，確定舊樁坐標并對其進行編號，以便確定合理的拔樁順序。

2.2.3 全回旋套管機帶動鋼套管沉入

全回轉套管機就位穩定機身、調整機身的垂直度，并使機身的抱箍系統中心與舊樁中心保持與垂線方向一致。對于直徑1 500 mm的鉆孔灌注樁拔除，采用鋼套管直徑為2 200 mm；鋼套管單節長度6～8 m，根據實際情況樁長的不同組合，并在實際施工過程中靈活調配。拔樁時由360°全回轉套管機環抱驅動鋼套管旋轉沉入到預定深度，從而大幅度地減小樁身與樁周土體的摩擦力；對于上部地質砂性土極易擴孔的灌注樁，如擴孔面積大于鋼套管直徑時，由鋼套管底部鑲嵌的鈦合金刀頭在全回轉套管機的強大驅動力下旋轉切割清除。由于本次工程所遇到的地質情況為砂礫層巖土較難掘進，較其他工程有特殊之處，底部刀具改為進口的鎢鋼合金刀頭。

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，整個拔樁過程采用分段截除、分段吊離、多次重復的方式。樁長23 m的分8次進行截除吊離；樁長35 m的分13次進行截除吊離，每段樁的重量約為84.5 kN。

鋼套管沉入預定深度后，實現了樁周分離，然后下放專用設備倒三角形鋼釬插入套管內，將樁身擠實，通過全回轉套管機強大的扭矩來回旋轉將舊樁截斷，截斷后上拔鋼套管吊出鋼釬，再使用起重設備下放鋼絲繩，將已被截斷并與整個樁身脫離的部分樁體鎖扣牢固，并一次性拔出。完成實施上部樁體拔除后，用抓斗清除施工過程中掉入套管內的泥土使樁頭再次暴露出來，然后重復上次工藝直至將樁身拔除到預定深度或全部拔除。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，現場施工如圖5所示。但考慮地下水位較高，拔樁時需將鋼套管先行鉆進達到封水層2～3 m后方可實施下節樁拔除，本工程主要封水層為4-2粉質黏土層和4-1黏土層。

2.2.5 樁孔回填

舊樁拔除后，樁孔必須進行回填?；靥畹馁|量很重要，確保后期盾構施工的質量要求，所以必須保證回填料既要達到一定的強度，同時又不能強度太高，強度以略高于原狀土為宜，要求回填密實、均勻，逐層填入，并及時測量回填深度；保證每回填一層完成后須用閉合狀態的抓斗夯擊數次。

圖2 截樁施工示意圖 圖3 鋼釬

圖4 拔樁施工示意圖 圖5 現場拔樁施工

2.3 改進及優化措施

2.3.1 刀尺、刀具的改進

由于本工程所遇到的地質情況復雜，存在的砂礫石地層用傳統刀具難以切削、損耗嚴重且掘進效率很低。因此，本工程對刀尺、刀具作了如下幾個改進優化：①增加內刀，通過增強對土體和巖石側面的切削，加大刀頭掘進面刀具的切削強度，破除難以掘進的硬巖。②外刀間距由原來的30 cm改為15 cm，增加了刀具數量，增加豎向切削的刀具與土體的接觸面積，提高掘進效率，減小單刀頭的損耗速度。③刀頭改用進口的鎢鋼合金刀頭，提高了刀頭質量，減少更換刀頭的頻率。

2.3.2 全回轉套管機參數控制優化

本工程的硬土地質條件在國內工程也較少見，因此對套管機的參數也作了相應調整：①壓入速度由快變慢，在實際套管沉入過程中壓入速度控制在1.5 cm/min，旋轉速度控制在1 r/min。②由于樁體較長，通過前期場地的精確平整并平鋪路基板保證水平度的前提下，對垂直度嚴格把控，如有偏差及時糾正。

2.3.3 增加氣舉反循環、注水挖土等工藝

由于拔樁時起重機所需拉拔力過大，施工過程中需減小樁身摩擦力，挖除樁周部分在鋼套筒內的土和巖塊。本次工程采用注水軟化硬土挖出以及壓氣反循環的方式進行樁周挖土清渣。實際上通過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，挖到斷樁截面時采用?200 mm導管插入到約斷樁截面深度處，將?25 mm風壓管從導管內下放至距導管口200 mm處，在導管注入泥漿后使風壓管連接地面12 m3空壓機向下注風，利用壓氣反循環清理樁周土。

2.3.4 在全回轉套管機底座加配重

本工程所需拔樁力很大，拔樁機受到的反力很大，因此，如果機身原本的自重及底座固定提供的固定反力不夠，拔樁時易引起機身振動，故在拔樁機4個底座增加共30 t的配重以穩固機身。

4 結束語

(1)運用360°全回轉套管機進行拔樁具有施工速度快、質量高、風險低的特點。在采用本法之后，在工期、質量、安全、成本上很好完成了施工要求。施工方法優化前1根樁施工需15 d的時間；優化后，1根樁縮短了9 d的時間，總工期減少了6個月，大大縮短了拔樁施工時間，為后續盾構穿越提供了優質的保障條件。

(2)根據“技術上先進、經濟上合理、生產上可行、環境上友好”的原則運用該技術，安全、及時、快捷、實用，在施工中取得了良好的工程經濟、社會、環保效益，為砂礫層地質的拔樁施工積累了經驗，對后續類似工程具有指導和借鑒意義。