全套管噴氣射水振動沉管清孔拔樁技術(shù)研究

曹貫奇

摘? 要：城市盾構(gòu)施工難免遇到需要從既有建筑物樁基穿過或存在廢棄樁基阻礙的情況。當舊樁質(zhì)量較差時，傳統(tǒng)的清障拔樁方法易發(fā)生掉樁現(xiàn)象。結(jié)合蘇州桐涇路北延工程，在全套管雙流高壓噴氣、射水振動沉管清孔法的基礎(chǔ)上，進一步集成了自由脫落鋼索抱緊栓點防掉樁技術(shù)、籃子式搜索套管斷樁拔除技術(shù)、樁孔回填加固保壓技術(shù)等關(guān)鍵工藝。工程效果表明，本技術(shù)具有拔樁高效干凈、土體擾動小、對后續(xù)工序影響小等特點，可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：清障拔樁? 振動沉管? 斷樁? 加固保壓

中圖分類號：TV? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）05（c）-0012-04

Research on the Technique of Full casing jet water vibration sinking pipe clearing and pulling pile

Cao Guanqi

（China Railway fourteen bureau group big Shield Engineering Co.， Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 211800? China）

Abstract： It is inevitable that urban shield construction needs to pass through the pile foundation of existing buildings or there are obstacles from abandoned pile foundations. When the quality of old piles is poor， the traditional method of removing obstacles and pulling out piles is easy to fall off. Combined with the north extension project of Tongjing Road in Suzhou， on the basis of full casing double flow high-pressure air jet and water jet vibration pipe sinking and hole cleaning method， key processes such as free falling steel cable holding bolt point to prevent pile falling off， basket search casing broken pile removal technology， pile hole backfilling， reinforcement and pressure maintaining technology are further integrated. The engineering effect shows that this technology has the characteristics of high efficiency and clean pile pulling， small soil disturbance and little impact on subsequent processes， which can provide reference for similar projects.

Key Words： Obstacle clearing and pile pulling; Vibration sinking pipe; Broken pile; Reinforcement and pressure retaining

現(xiàn)代化城市發(fā)展需要大量的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，但由于既有建筑物林立，難免遇到盾構(gòu)需要從現(xiàn)有建構(gòu)筑物樁基穿過或存在廢棄樁基阻礙的情況。為使盾構(gòu)順利推進，需要進行前方障礙物的拔除施工，這也成為城市地下工程中的重要工藝[1]。一般拔樁施工場地分為地下、地上及水上等幾類，針對不同的情況需要采用不同方案及拔樁設(shè)備[2]。

傳統(tǒng)的清障拔樁方法有全回轉(zhuǎn)鉆機拔樁法和沖水拔樁法[3-4]。前者對易產(chǎn)生樁徑不均勻的鉆孔灌注樁有獨到作用，但對拔除其他預(yù)制方樁、沉管灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁，成本過高，施工效率較低，且拔樁過程中會對地面產(chǎn)生較大反力，需提前硬化處理;后者施工成本較低，效率較高，但會產(chǎn)生大量泥漿污染使舊樁位爛泥化，無法將舊樁孔密實回填。目前，常用的全套管雙流高壓噴氣、射水振動沉管清孔法屬于沖水拔樁法，即振動沉鋼套管后利用高壓水沖洗樁周邊土體，使樁暴露在外面后再利用吊車將樁拔出[5-7]。然而，該方法仍存在如下問題：第一，當舊樁質(zhì)量較差，存在樁接頭處連接件完全或部分斷裂的情況，拔除過程中易發(fā)生掉樁;第二，當拔樁范圍內(nèi)還存在后續(xù)盾構(gòu)施工，因拔樁擾動、地下水浸泡或回填不密實等原因，易在盾構(gòu)期間出現(xiàn)塌孔、冒頂?shù)默F(xiàn)象，甚至造成鄰近構(gòu)筑物的沉降[8]。

針對上述問題，本文結(jié)合蘇州桐涇路北延工程，在全套管雙流高壓噴氣、射水振動沉管清孔法的基礎(chǔ)上，進一步集成了自由脫落鋼索抱緊栓點防掉樁技術(shù)、籃子式搜索套管斷樁拔除技術(shù)、樁孔回填加固保壓技術(shù)等關(guān)鍵工藝，最終形成全套管噴氣射水振動沉管清孔拔樁施工技術(shù)。

1? 工程概述

蘇州桐涇路作為“七縱”主干路之一，是蘇州市穿越滬寧高速公路、滬寧城際鐵路、滬寧鐵路及北環(huán)快速路進而聯(lián)系南北片區(qū)的重要通道。桐涇路北延項目施工隧道總長1336m，其中盾構(gòu)段長度490m，盾構(gòu)井長50m。線路由北向南，依次穿越山塘河、滬寧城際高鐵、京滬鐵路和北環(huán)快速路到達南側(cè)工作井接收，具有短（短距離連續(xù)穿越多類型高風險源）、淺（超淺覆土，最淺處0.49倍洞徑）、險（風險源地段占比62%）、嚴（作為國內(nèi)首條下穿高鐵的大直徑盾構(gòu)項目，沉降要求控制在2mm以內(nèi)）、高（作為蘇州首條大直徑泥水盾構(gòu)，關(guān)注度高，社會影響大）等特點。

南側(cè)盾構(gòu)工作井附近原為20世紀90年代建設(shè)蘇州凈化設(shè)備廠，因修建北環(huán)路搬遷后為廢舊停車場。如圖1所示，盾構(gòu)區(qū)間范圍內(nèi)存在地下方樁障礙物，數(shù)量較多，且無規(guī)律，埋深約2.5～3.5m，樁長9～14m。工作井接收路線覆土厚度6.47m，方樁樁身已侵入到盾構(gòu)掘進范圍內(nèi)，為保證盾構(gòu)施工安全推進，必須提前進行拔樁處理。

2? 施工工藝原理及流程

2.1 施工工藝流程

圖2為全套管噴氣射水振動沉管清孔拔樁的示意圖，圖3為工藝流程圖。

2.2 工藝原理

其工藝原理為：拔樁前，通過開槽探挖采集樁位坐標，確定拔樁范圍并打設(shè)承壓降水井，建立承壓水收集回收利用系統(tǒng);套管就位后開始振動下沉，利用套管外壁的二套啟壓沖氣管充氣進行加壓清孔，使套管與樁身之間樁孔內(nèi)的泥漿水隨氣流充分溢出套管，由上口排出;待泥漿水排除干凈后，采用自由脫落鋼索抱緊栓點防掉樁技術(shù)，吊拔舊樁（當存在既有斷樁時，采用籃子式搜索套管斷樁拔除技術(shù)）;起樁后在套管，孔內(nèi)回填水泥土至套管頂，同時利用振動錘充分振動套管使管內(nèi)遺留水分隨套管溢出，使土體下墜充分振實，再邊振動邊緩慢提升至完全拔除套管，達到回填與原土充分粘結(jié)和最佳密實度的效果;最后，對探挖區(qū)域回填恢復(fù)平整，拔樁范圍內(nèi)進一步采用高壓旋噴樁加固，廢棄樁集中處理。

3? 操作要點

（1）開槽探挖采集樁位坐標。根據(jù)前期勘察確定阻礙盾構(gòu)隧道施工的舊樁位置，破除原混凝土路面，地面開槽探挖并暴露樁頭，深度2.5～3.5m，1∶1放坡，采集坐標確定需要拔除的樁位。

（2）承壓水收集回收利用系統(tǒng)建立。根據(jù)地下水位情況和探測的舊樁樁位，明確降水范圍，計算確定承壓降水井深度、數(shù)量和分布形式等設(shè)計參數(shù)。打設(shè)完成后依次與地面已布置好的集水箱、增壓泵和上水管網(wǎng)相聯(lián)通，建立完整的承壓水收集回收利用系統(tǒng)。

（3）套管就位。根據(jù)舊樁直徑深度等尺寸參數(shù)，加工制作含多個水路和氣路且剛度滿足要求的鋼套管，并安裝到位。

（4）高壓射水清孔、振動沉管。采用履帶式吊車吊住200kW零電流啟動的振動錘，振動鋼套管垂直下沉至樁底標高下50～100cm處（見圖4）。下沉過程中，開啟高壓水泵進行套管內(nèi)樁外側(cè)泥土沖刷清洗，直至樁身被獨立剝離出來，同時將管內(nèi)泥漿水隨氣流全部溢出套管。

（5）吊拔樁體。采用自由脫落鋼索抱緊栓點防掉樁技術(shù)：待套管內(nèi)高壓射水清孔排除泥漿水后，根據(jù)舊樁尺寸和深度等參數(shù)，沿樁身自上而下設(shè)置多道自由脫落鋼索抱緊栓點，用履帶式吊車吊拔舊樁并吊運至附近堆置場地（見圖5）。

當場地內(nèi)存在既有斷樁時，采用籃子式搜索套管斷樁拔除技術(shù)：根據(jù)標定的既有斷樁位置和標高，采用鋼套管進行探觸斷樁的部位，對準斷樁位置進行套樁，套到斷樁的上端后，繼續(xù)沉管至樁底下50～100cm，啟用套管自動油壓封底裝置：通過油壓使豎向托板托展成封閉狀態(tài)，封底板設(shè)有50mm泄淤孔，啟動油壓器按鈕開關(guān)，將托板合攏，進行套管封底，利用托板邊提升邊振動排放泥漿水直至套管露出地表，打開封底托板，取出斷樁，確保拔樁徹底，不留后患。

（6）回填樁孔。為防止塌孔，每個樁拔除后應(yīng)及時采用振實法回填。根據(jù)拔樁孔位的尺寸估算回填所有樁孔所需的理論土方用量，單根樁回填土方根據(jù)要求以0.8系數(shù)計算。回填土土源宜選擇含水量低、無雜物、松散的粘性土。

（7）振動拔管。待完成樁孔回填后，啟動固定在鋼套管上的振動錘，使用履帶式吊機起吊邊振動邊拔除鋼套管。

（8）探挖區(qū)域回填。待鋼套管拔除后，對探挖區(qū)域采用水泥摻量6%的水泥土進行回填，回填壓實度大于90%。回填完成后，對探挖區(qū)域進行混凝土路面恢復(fù)，必要時可采用雙層雙向配筋，以滿足施工期間盾構(gòu)機械設(shè)備、材料等進出場的地面荷載要求。

（9）樁孔高壓旋噴樁加固。為確保后續(xù)盾構(gòu)穿越保壓效果，路面恢復(fù)完成后，通過采集的舊樁坐標進行定位，對拔除后的樁孔位置采用三重管高壓旋噴樁進行加固保壓。

4? 效益分析

4.1 經(jīng)濟效益分析

自由脫落鋼索抱緊栓點防掉樁技術(shù)可顯著提高拔樁效率和質(zhì)量，避免無謂返工造成的工期成本損失;樁孔回填加固保壓技術(shù)則確保了后續(xù)盾構(gòu)掘進的正常施工，避免塌孔、冒頂造成的經(jīng)濟損失，間接經(jīng)濟效益顯著。

4.2 社會效益分析

本技術(shù)采用鋼套管振動下沉將舊樁單獨隔離，對周邊土體擾動較小，施工效率提高，現(xiàn)場施工中揚塵和噪音持續(xù)時間有限，降低了對周圍環(huán)境的影響;樁孔回填加固保壓技術(shù)可實現(xiàn)回填水泥土和旋噴泥漿與原土充分粘結(jié)達到最佳密實度，保壓效果良好，避免了盾構(gòu)掘進發(fā)生事故對社會造成的嚴重影響。

5? 結(jié)語

依托桐涇路北延工程，本文通過對全套管噴氣射水振動沉管清孔拔樁施工技術(shù)進行了改進，高效順利完成了清障拔樁工作。主要結(jié)論有以下3點。

第一，拔樁時，采用沿樁身間隔設(shè)置多道自由脫落鋼索抱緊栓點的方法，存在斷樁時采用籃子式搜樁法，實現(xiàn)多重保障，可有效確保拔樁徹底。

第二，起樁后，在套管孔內(nèi)回填水泥土使其與原土充分粘結(jié)達到最佳密實度，并對拔除后的樁孔位置采用高壓旋噴樁進行加固，保證后續(xù)盾構(gòu)穿越保壓效果，防止后序盾構(gòu)施工出現(xiàn)塌孔、冒頂。

第三，本文技術(shù)適用于拔除預(yù)制方樁、沉管灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁及部分混凝土灌注樁，尤其適用于盾構(gòu)隧道施工中的清障拔樁。

參考文獻

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