盾构隧道障碍人工扩孔桩拔除施工技术

林 洋

(宏润建设集团股份有限公司，上海 200000)

1 工程概况

本工程为武汉轨道交通四号线一期第一标段梅苑小区站—中南路站区间盾构工程及竖井施工，盾构穿越该区间时与梅苑住宅楼D栋的人工挖孔扩底灌注桩、梅苑小区新312的沉管灌注桩、紫阳苑A栋的人工挖孔扩底灌注桩、紫阳苑B栋及波光园的沉管灌注桩相碰，隧道与挖孔桩位置关系示意图如图1所示。

为确保盾构及梅中区间竖井的顺利施工，需将上述与盾构边线向外1 m以内及竖井围护结构范围内的旧桩清除。本工程需要拔除45根人工挖孔扩孔桩，最大的扩孔桩由1 600 mm扩大到3 500 mm，对于这么大的扩孔桩拔除，在国内值得借鉴的施工经验较少，给施工带来困难。

2 工程难点

图1 隧道与挖孔桩位置关系示意图

2.1 桩体拔除不彻底，残留障碍物

本工程最大的风险源是对各桩桩体拔除不彻底，残留障碍物，给后期盾构施工造成影响，盾构机受刀盘开口尺寸及螺旋机直径限制，对于直径大于30 cm的障碍物无法排除，障碍物将会对盾构的刀盘、刀具、螺旋机等设备损坏严重。施工中选择合理科学的拔桩工艺、加强拔桩工序的过程控制，精心管理科学施工，确保拔桩去除障碍物。

2.2 拔除安全风险高

本工程需要拔除45根人工挖孔扩孔桩，最大的扩孔桩由1 600 mm扩大到3 500 mm，对于尺寸如此大的扩孔桩拔除，在国内值得借鉴的施工经验较少，给施工带来困难，采用多次分步切割拔除再整体吊出的方法[1]在确保地层稳定方面很难控制，以及分步切割时下一步的工序需在上一步空洞上进行拔桩切割作业，安全风险高;且原设计的人工挖孔扩孔桩的钢筋，部分桩未全桩布置，下部扩大部分有的未设置钢筋，这就给拔桩带来了断桩的风险。

2.3 连续墙成槽施工易坍孔

在扩孔桩拔除后，对地层的扰动面积大，部分桩位在连续墙上，这就给连续墙施工带来坍孔的风险，后期围护结构施工质量控制难度加大。对于拔桩孔的回填采用M5砂浆回填密实，在连续墙成槽时，加大护壁泥浆比重和质量，确保连续墙的施工质量。

2.4 旧桩质量差

拔除的沉管灌注桩为早期施工，质量难以保障，并且沉管灌注桩垂直控制较差，人工挖孔扩底灌注桩扩大部位直径大，最大达3.5 m，切割清除扩底部位的混凝土需咬合切割清除，单桩拔除施工时间较长，诸多原因给拔桩施工带来很大的难度。

3 人工挖孔扩孔桩拔除方法与工序

对于障碍大直径扩孔桩，采用比桩直径大40 cm～80 cm的钢套筒，放线时，根据测定的旧桩中心重新放出桩位，对于扩底灌注桩需根据桩位中心放出桩身及扩大部位的边线，根据桩身边线及扩底边线确定切割扩大头的中心点。

考虑扩底灌注桩拔桩时需将扩大部位切割清除后整桩吊拔的施工方法，切割时需考虑先切割拔桩清障机械的前方施工，防止机械站立挤压土体产生塌孔，并对机械站立的区域采用钢板或路基板铺设，扩散集中应力。配备φ1 200 mm钢套管切割清除扩大部位的混凝土，拔桩及切割清除由全回转清障机驱动钢套管快速旋转切割切削钻进，实施桩周土体与桩身的分离，减小桩侧摩阻力后拔桩，全回转套管机动钢套管旋转切割切削钻进，边切割边用KH125旋挖钻机挖出套管中土体，挖至人工挖孔桩扩大端头时，改用履带吊车配置冲抓斗抓取钢套管内的混凝土碎块，直抓至原始土层。钢套管底端镶嵌锯齿形钛合金钻头，具有很强的切割切削能力，保证钢套管顺利沉入到超过桩底一定深度。待人工挖孔灌注桩周切割一圈完成后，采用φ2 000 mm钢套管将主桩径套入，回旋套管，将桩体与土体分离，采用抓斗取出泥土，将钢丝绳套入桩身锁扣牢固，采用150 t履带吊对桩身进行吊拔。扩孔桩钢套筒位置示意图如图2所示。拔桩完成后，为确保盾构的安全掘进，根据类似拔桩工程回填质量表明，采用M5水泥砂浆回填，桩孔强度可达到0.5 MPa，满足后期要求。具体的施工工序如下:施工准备→挖出桩头，测出桩位坐标→桩位回填→全回转套管钻机就位→下沉套管、分块切割下部人工挖孔桩扩大端→抓除扩大端钢筋混凝土→上拔套管、同步回填M5砂浆→移机循环切割完整桩扩大端→扩大端切割清除完成、全回转套管钻机就位准备拔除整个人工挖孔桩→下沉套管→分段拔出桩体→回填桩孔。

图2 扩孔桩钢套筒位置示意图

4 拔桩应急预案

由于可能存在的桩身扩径、桩身倾斜等质量问题，或是因为施工后由于地质、水文、年限等原因造成局部破碎、断裂等情况，在拔桩施工的过程中仍不可避免地发生桩体拔断、残留障碍物等情况，针对这些可能存在的困难因素，预先采用与常规拔桩不同的方法。

4.1 桩身垂直度偏移较大

1)采用比桩直径大40 cm～80 cm的钢套筒，有效预防常规施工方法下桩身扩径或倾斜率过大导致被钢套管切削或切断至套管外而无法拔除的后果;2)当桩身垂直度偏差较大，在钢套管范围外时，又无法确定桩位的偏斜方向的，先对原桩孔回填，采用全回转套管机进行二次或多次定位重新旋转沉入钢套管的施工方法，直至将旧桩清除至隧道底标高以下2 m。

4.2 旧桩因桩身质量问题，存在局部破碎、断裂等情况

拔桩清障过程中旧桩往往会出现桩身质量问题等因素造成局部破碎、断裂等情况，而且本工程旧桩长度为18.5 m，施工时间较早，这种情况下，拔桩的难度和风险也更大。鉴于此，与常规拔桩工艺不同的是:本工程中施工工艺是将钢丝绳通过专用设备送入桩下部，钢套管沉入桩底切割切削、分离减摩后，从桩身底部受力进行起拔。即使桩身存在局部破碎、断裂等情况也同样能够达到拔桩清障的目的。

4.3 绳具断裂或破坏

如果在拔桩过程中，发生绳具断裂或破坏，可以用旋挖机将上部土体清除，实施二次拔桩;仍可以继续实施将桩拔除。

5 结语

1)与常规旧桩拔除所采用的多次分步切割再整体拔除的方法不同，面对大量的人工大扩孔桩，本次施工中采用了先桩周后主桩身的切割拔除顺序，确保了扩孔桩的顺利拔除。2)施工方案对可能遇到的问题如桩身扩径和倾斜、旧桩断裂与绳具破损等做了周全的考虑，提出了有效的应急预案。3)本工程中需要拔除扩孔桩的情况在类似工程中比较少见，工程中难点较多，本次施工的顺利进行可以为类似工程提供一定借鉴。

[1] 冯永红，王家红，俞 宏.复杂环境下旧桩拔除技术及其应用[J].施工技术，2013(3):35-36，70.