簡(jiǎn)易方樁拔樁器的設(shè)計(jì)及施工應(yīng)用

潘 奔（中鐵十五局集團(tuán)第二工程有限公司，上海 201306）

預(yù)制混凝土方樁作為傳統(tǒng)的常用地基處方式，也成為了經(jīng)常出現(xiàn)的眾多地下障礙物中的一種。且通常預(yù)制方樁施工長(zhǎng)度達(dá) 6～24 m 左右的，采用傳統(tǒng)開挖費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、風(fēng)險(xiǎn)高、也不經(jīng)濟(jì)，5 m 以上就難度極大，而專業(yè)清障設(shè)備很難隨叫隨到，且費(fèi)用高、場(chǎng)地要求嚴(yán)苛，實(shí)在是大材小用，徒增施工成本。因此急需一種簡(jiǎn)單有效的預(yù)制方樁拔除方法。現(xiàn)結(jié)合某項(xiàng)目工程實(shí)例，詳細(xì)介紹一種簡(jiǎn)易拔樁器的設(shè)計(jì)及施工應(yīng)用。

1 項(xiàng)目背景

某項(xiàng)目老橋拆除重建，須在原橋臺(tái)基礎(chǔ)處新建 4 個(gè)跨河懸臂現(xiàn)澆箱梁主墩。老橋橋臺(tái)下為兩排預(yù)制鋼筋砼方樁，方樁規(guī)格為 300 mm×350 mm，樁長(zhǎng)為 24 m，施工時(shí)為 2 根12 m 預(yù)制方樁連接而成。方樁平面上每 4 個(gè)一組，組間凈距 1.3 m，組內(nèi)凈距 0.7 m，具體坐標(biāo)不詳，但方樁與新建樁基位置沖突的概率很大，具體情況需在開挖、放線以后才能確定，如圖 1 所示，為其中一個(gè)主墩挖開后繪制的新、老樁平面位置沖突情況示意圖。根據(jù)施工組織計(jì)劃，右幅主墩須在左幅全橋通車以后方可實(shí)施，各墩作為工程進(jìn)度控制的關(guān)鍵項(xiàng)目，一刻也拖延不得。因此找到一種機(jī)動(dòng)靈活、行之有效的方樁拔除方案，成為該橋施工推進(jìn)的一個(gè)迫切需要解決的問題。

圖1 新老橋墩樁基沖突示意圖

2 清障方案分析

經(jīng)過廣泛咨詢，多次討論，查閱相關(guān)資料，參考類似工程施工經(jīng)驗(yàn)后，初步提出沖擊鉆成樁、全回旋套管鉆機(jī)清障、自制簡(jiǎn)易拔樁器拔除三套方案。并對(duì)三套方案的優(yōu)劣，能否達(dá)到工程要求進(jìn)行了判別。

2.1 用沖擊鉆成樁

作為適應(yīng)性最強(qiáng)的成樁方式，沖擊鉆確實(shí)對(duì)突破各種地下障礙物都有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。但是對(duì)于沖擊方樁卻有一個(gè)很致命的問題，因?yàn)闆_錘碰到方樁后勢(shì)必會(huì)向軟弱的一方偏斜，軟土地基尤其嚴(yán)重。最后的結(jié)果肯定是沿著方樁邊形成一個(gè)孔位偏差不合格的孔，達(dá)不到清障效果，也無法保證質(zhì)量。而且 24 m 深度范圍內(nèi)的持續(xù)障礙，也不適合采用沖擊鉆傳統(tǒng)的填石糾偏措施，耗時(shí)極長(zhǎng)、還效果差。

2.2 全回旋套管鉆機(jī)清障

作為目前市場(chǎng)上相對(duì)常用且有效的地下清障設(shè)備，全回旋套管鉆機(jī)配合履帶吊抓斗作業(yè)確實(shí)能有效清除方樁障礙，甚至于直接成孔。首先該設(shè)備昂貴的施工費(fèi)用，對(duì)這種需要反復(fù)進(jìn)出場(chǎng)，單次體量又小的項(xiàng)目來說，成本就成為了最大的缺陷；其次，該設(shè)備場(chǎng)地要求較高，需要修筑較好的施工平臺(tái)，很多場(chǎng)合不適合；最后由于該設(shè)備市場(chǎng)存量小，作為專業(yè)設(shè)備并不容易隨叫隨到，往往容易造成工期延誤。

2.3 自制簡(jiǎn)易拔樁器拔除

簡(jiǎn)易拔樁器采用工地拉森鋼板樁底部增加一個(gè)帶機(jī)關(guān)的套筒改裝而來。施工時(shí)采用打拔機(jī)將帶套筒的拉森樁套著障礙方樁打入，直至機(jī)關(guān)超過方樁底，向上振動(dòng)提升鋼板樁機(jī)關(guān)自然落位，接觸方樁底部后靠方樁自重鎖死，繼續(xù)向上緩慢震動(dòng)提升攜帶方樁一起拔除。通過施工驗(yàn)證，該拔樁器簡(jiǎn)單有效，且制作簡(jiǎn)單。

3 簡(jiǎn)易拔樁器設(shè)計(jì)

為了經(jīng)濟(jì)、有效的解決方樁障礙清理問題，簡(jiǎn)易拔樁器的設(shè)計(jì)遵循了取材方便、制作簡(jiǎn)單、配合設(shè)備常規(guī)、操作簡(jiǎn)單的原則。僅分為主軸、套筒、卡銷三個(gè)部件，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 拔樁器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及卡銷工作原理圖

3.1 主 軸

主軸采用拉森鋼板樁，型號(hào)不限。長(zhǎng)度根據(jù)方樁障礙物的深度選取，有需要時(shí)可焊接接長(zhǎng)，但要保證接頭處焊接強(qiáng)度，通常需拉森樁三個(gè)面內(nèi)外兩側(cè)均進(jìn)行加強(qiáng)鋼板焊接。同時(shí)對(duì)應(yīng)越深的方樁、越長(zhǎng)的主軸，往往也需要更大的打拔設(shè)備。

本次工程實(shí)例中拔除的即為 24 m 方樁，主軸采用的 2 根12 m 拉森鋼板樁接長(zhǎng)，接頭位置在鋼板樁三個(gè)面內(nèi)外兩側(cè)均設(shè)置加強(qiáng)鋼板滿焊，鋼板厚度為 10 mm，長(zhǎng)度 40 cm，保證接頭處的強(qiáng)度。

3.2 套 筒

在主軸的一端設(shè)置一個(gè)矩形的鋼套筒，內(nèi)徑尺寸為560 mm×450 mm，高度為 800 mm，具體可根據(jù)方樁斷面尺寸調(diào)整。套筒的三個(gè)面使用 35 mm 厚鋼板焊接制成 U狀槽型，將開口處焊接到鋼板樁的兩條邊上，形成一個(gè)封閉的套筒。在套筒的兩個(gè)側(cè)面對(duì)稱開孔，開孔呈長(zhǎng)方形，寬度為 90 mm。開孔斜向上 60° 設(shè)置，從上至下離鋼板樁正面的距離越來越近，距離可由 500 mm 變化到 250 mm，方便套入樁頭，同時(shí)滿足卡住夾緊方樁的需求。

3.3 卡銷

在開孔位置插入一根卡銷，卡銷使用 φ80 mm 的圓鋼制作，兩端各外露 10～15 cm 左右（插拔過程中起到借助外部土體作用力推動(dòng)卡銷落到指定位置的作用），并焊接限位鋼板確保卡銷不會(huì)脫落。

4 簡(jiǎn)易拔樁器應(yīng)用

4.1 操作步驟與工作原理

（1）挖出障礙方樁的樁頭，并做好標(biāo)記。

（2）用振動(dòng)錘夾持簡(jiǎn)易拔樁器的頂端，吊起拔樁器，移動(dòng)到待拔方樁的樁頭位置，一名工人配合將套筒內(nèi)的卡銷推到上部，使方樁自鋼板樁和卡銷之間套入套筒。

（3）通過振動(dòng)錘緩慢將簡(jiǎn)易拔樁器套筒端振動(dòng)沉入障礙方樁樁尖以下。此時(shí)套筒通過對(duì)方樁周邊土體的切割，能一定程度上有效消除土體與方樁間的吸附作用，降低后續(xù)拔樁的阻力。

（4）振動(dòng)錘開始緩慢振動(dòng)提升拔樁器，在提升過程中，卡銷外露部分受泥土的阻力，會(huì)移動(dòng)到套筒開孔的最低位置，此時(shí)卡銷與鋼板樁正面的距離為 250 mm，小于方樁的尺寸（300 mm×350 mm）。

（5）繼續(xù)緩慢振動(dòng)提升，當(dāng)操作手感受到提升阻力猛然增大是，表明卡銷成功鎖住方樁的底端。否則應(yīng)用振動(dòng)錘重新調(diào)整拔樁器再次嘗試，通常 3～5 次均可成功。

（6）方樁樁底成功鎖死后，繼續(xù)振動(dòng)提升，此時(shí)方樁受到拔樁器的提升力作用，在振動(dòng)錘形成全長(zhǎng)高頻振動(dòng)環(huán)境內(nèi)，逐漸上浮，直至徹底拔出。

4.2 簡(jiǎn)易拔樁器在工程實(shí)例中的應(yīng)用效果

通過使用簡(jiǎn)易拔樁器，某橋梁工程成功拔除 4 個(gè)主墩墩臺(tái)中影響樁基施工的 11 根 24 m 長(zhǎng)障礙方樁。在障礙樁頭已處理暴露的情況下，基本能實(shí)現(xiàn) 1 d 時(shí)間制作簡(jiǎn)易拔樁器，1～2 d 時(shí)間完成單個(gè)主墩處的障礙方樁拔除的高效施工。簡(jiǎn)單的工具、高效的作業(yè)，順利解決了工程的一大痛點(diǎn)，間接推動(dòng)了關(guān)鍵項(xiàng)目的按時(shí)完工，大大為工程節(jié)約了資金和時(shí)間成本。另外，該辦法保證了老方樁的完整性，有需要的話完全可以回收再利用，以節(jié)約資源。

4.3 應(yīng)用中遇到的問題和改進(jìn)措施

（1）出現(xiàn)過多次障礙樁阻力過大，緊靠打拔機(jī)振動(dòng)錘不足以克服阻力完成拔樁的情況。實(shí)際操作中采用鋼絲繩綁住拉森樁和樁身，汽車吊輔助提升。綁結(jié)的牢固程度不易控制，鋼絲繩斷絲、變形損傷嚴(yán)重，安全風(fēng)險(xiǎn)不易控制，且存在較多不便，后續(xù)可在拉森樁考上部分焊接輔助提升吊點(diǎn)，方便快捷安全的作業(yè)。

（2）方樁拔出大部分以后，出現(xiàn)過方樁大角度傾斜的情況。首次出現(xiàn)后，現(xiàn)場(chǎng)即用鐵鏈將方樁頂部和拔樁器進(jìn)行捆綁固定，防止方樁傾覆。為防止施工疏漏，后續(xù)在拔樁器制作的時(shí)候，應(yīng)在拔樁器靠上部分再加一道較小的固定套筒，起防傾覆作用。

5 結(jié) 語

地下障礙物的處理，一直是工程的痛點(diǎn)：費(fèi)錢、費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，效果還不一定好。預(yù)制鋼筋砼方樁障礙作為其中較有代表性的一種，一直缺乏一個(gè)簡(jiǎn)單有效處理手段。本文通過工程實(shí)例，介紹了一種簡(jiǎn)易拔樁器的設(shè)計(jì)、制作及應(yīng)有過程和原理，總結(jié)對(duì)比了在處理預(yù)制方樁障礙物時(shí)該工具對(duì)比傳統(tǒng)辦法的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、靈活、高效還省錢。解決了老舊方樁這類地下障礙物拔除的問題，為同類情況提供了一個(gè)極好的解決方案，具有較強(qiáng)的推廣實(shí)施性。通過這一簡(jiǎn)易拔樁器的設(shè)計(jì)思路，通過設(shè)計(jì)調(diào)整，應(yīng)該可以更廣泛的推廣到其他細(xì)長(zhǎng)樁基障礙的拔除上，如松木樁等。