桥梁旧桩拔除对邻近构筑物的影响分析

李 鸯

中铁十八局集团第四工程有限公司 天津 300350

随着城市化脚步的加快，地铁的修建越来越多，拟建地铁隧道的施工环境也越来越复杂。地铁选线不可能完全规避建筑物，当各类建筑物的桩基侵入隧道时，须对此类桩基进行拔除。因此开展桩基拔除对邻近构筑物的影响研究，对市政工程建设具有重要的指导意义[1-2]。

拔桩的原理在于分离桩与桩周土，破坏灌注桩的侧摩阻力[3-4]。现有拔桩手段多采用静力沉管加水力切割拔桩及全套管无损拔桩施工技术[5-7]，施工时多根据实际工况进行选择。本文以苏州某地铁线路下穿既有桥梁为背景，开展问题分析。分别研究了拔桩的施工技术及拔桩时周围构筑物的沉降影响。

1 工程概况

某老桥为长18 m简支梁桥，满足规划河道要求，桥宽86 m，下部结构为薄壁式桥台，钻孔灌注桩基础，桥梁无悬臂端，有预应力。该桥位于展西盾构区间，盾构轨道正穿，需破除与轨道冲突的中间部分桥梁，拔出冲突桩基，然后按老桥跨径进行恢复。拔除桩桩径大（φ1.2 m）、深度深（32 m），穿过④2粉砂夹粉土、⑦2粉土夹粉砂，摩擦力大，拔除难度较大。

侵入盾构隧道的桥梁桩基共3排12根，相对位置关系如图1所示。下方箱涵中心线与桥梁中线呈15°角，其与拔除桩基的位置关系如图2所示，两者最近距离为4.2 m。

图1 隧道、桩基与箱涵纵剖面示意

2 旧桩拔除施工

由于拔除桩长较长、土质条件差，经多次论证后，采用全套管无损拔桩施工技术。此工艺借助设备自带钢套筒，实现桩土分离，从而分段进行扭断，最终使用吊车吊出，完成施工。

图2 隧道、桩基与箱涵横剖面示意

2.1 设备选型

2.1.1 全套管钻机及钢套管选型

桩基穿过粉砂层，侧摩阻力较大。根据以往拔桩经验，拟选用大扭矩全套管主机JAR210（最大可使用钢套管外径2 100 mm、扭矩3 080 kN·m、起拔力3 070 kN）。本工程需拔桩桩径1 200 mm，拟选用钢套管外径1 980 mm的钢套管。

2.1.2 配套吊机选型

在最不利条件下全回转套管钻机定位时，吊车最小回转半径为4.7 m，吊装最大荷重为全套管回转钻机主机自重45 t；查90 t履带吊性能参数表可知，选取臂长为20 m，作业半径6 m，额定荷重为49.2 t，故90 t履带式吊机满足吊装要求。

吊装老桥旧桩时按一节8 m、自重10 t考虑，选取臂长为20 m，作业半径11 m，额定荷重为24.6 t，故90 t履带式吊机满足吊装要求。

2.2 施工工艺

全套管无损拔桩施工时，利用自带驱动系统控制钢套管旋转及压入土层。钢套管管口带有刃脚，起到切割作用，保证钢套筒顺利穿过岩层、混凝土层等坚硬障碍物；当套管达到目标深度后，利用液压起拔系统进行旧桩的破除；最后回填的质量很重要，因为后续要进行盾构通过的施工，所以须保障回填料既要达到一定的强度同时又不能强度太高。回填用水泥土的，拟采用水泥掺量8%～10%的水泥土，土选用时不得有粒径大于10 cm的块体，且不得掺杂建筑垃圾等。该工法全程护壁，对周边土体扰动少、沉降小，能清除钢筋混凝土等障碍物，且可紧邻原有建筑物进行施工作业。其具体施工流程为：施工准备→测量放桩位→拔桩机就位→吊放及校正钢套管→插入斜插杠将其强制扭断→桩身断开后，用钢丝绳捆住桩头吊离→破除至设计标高→桩孔回填→清障机移位→配套设备退场。

由于桥梁桩基桩径较大、桩长较长，侧摩阻力也较大，故破除旧桩时不能整根拔出，拟采用分段截除、分段吊装的方式进行施工。钢套管沉入目标深度后，观察管内桩顶的位置，在套管内壁与桩之间插入倒三角锤（倒三角锤质量5 t，长4 m），回转套管，扭断原有桩。分段将原有桩扭断，分段长3.0～4.5 m。当截断原有混凝土灌注桩（旧桩与套筒同时做旋转运动时，判定灌注桩截断）后，将倒三角锤取掉，用抓斗取出原有桩。测量吊出的灌注桩长度，确定套管底端是否在未拔出桩桩顶以下1～3 m范围，用抓斗将剩余的土取出直至露出桩顶。分段截桩的步骤如图3所示。

图3 全回旋套管机拔桩示意

3 邻近箱涵监测

3.1 减少拔桩对箱涵影响的施工措施

旧桩的拔出，难免会对桩周土产生扰动，引起桩侧既有箱涵的不均匀沉降。查找相关规范可知，箱涵的不均匀沉降一般控制在10 mm以内，由于本文设计箱涵体量小，拟定沉降报警值为5 mm（绝对沉降）。因此实际施工时采取以下措施，减少拔桩对箱涵的影响。

1）全套管钻机的钢套筒应保证一次打入目标深度，避免中间过多停顿。此外，钢套筒内外壁均涂抹润滑油，以减小侧摩阻力。

2）桩身定位放样及起吊断桩时，尽量保证垂直，减少不必要的碰撞。

3）为增加桩底局部摩擦力，必须严格注浆。若遇中途断桩等特殊情况，则采用人工方法全部凿除。

3.2 沉降监测点布置

施工前，将需要拔除的旧桩进行编号。旧桩的破除从东侧桩开始，东侧拔桩施工依次破除的钻孔灌注桩桩号分别为1#—6#。西侧拔桩施工依次破除的钻孔灌注桩桩号分别为7#—12#。拔桩过程较顺利，桩长多为32 m，分5段进行扭断破除。打设钢套管之前，需对桥涵上方回填土进行清理，找到箱涵的伸缩缝，并埋设监测点，监测箱涵的沉降情况。被破除桩编号及箱涵的沉降监测点如图4所示。

3.3 沉降监测结果分析

图4 被破除桩编号及沉降监测点布置

布置好监测点后，为更好地探究箱涵的沉降规律，可加大监测频率。每根旧桩打入每节钢套管时、每段桩吊出后、钢套筒拔出后、孔位回填后，这几个重要施工节点需要重点监测。

3.3.1 箱涵的沉降和各测点之间差异沉降

破除旧桩的同时，也应加强箱涵的沉降监测。将各个测点的最终累计沉降和各测点沉降差汇总（图5、图6）。

图5 各监测点累计沉降值曲线

图6 各监测点差异沉降值曲线

从图5和图6可以看出：旧桩的破除对箱涵的影响满足要求，最大累计沉降为2.1 mm，小于报警值5 mm；其中ZQT-5和ZQT-6沉降监测点之间的差异沉降仅为0.1 mm，最大的差异沉降为ZQT-3和ZQT-8之间，差异沉降值1.55 mm。监测结果说明破桩时压入钢套管和吊桩过程对周围土体扰动不大。

3.3.2 旧桩破除对箱涵沉降的影响距离

整体探究了各个监测点的沉降情况后，紧接着分析不同编号桩基破除时各个测点的沉降值，以探究与箱涵不同距离桩破除时对其的影响。具体数值如图7所示。

从图7可以看出：当桩基距离箱涵30D（D为桩径）后，破除施工对箱涵无影响；当距离为10D～20D之间时，影响效果呈比例减弱；当距离为4D～5D之间时，影响最大，达到预警值的50%。

3.3.3 不同施工节点下测点的沉降值

破除桩基有多个施工步骤，每个施工环节对箱涵的影响效果也不一样。为探究各个施工环节所占的权重，选取累计沉降最大的2个监测点ZQT-5、ZQT-10进行分析。2个监测点的沉降结果如图8所示。

图7 不同距离下箱涵沉降值

图8 不同施工节点箱涵沉降值

在图8中：一节代表压入第1节钢套管；二节代表压入第2节钢套管；三节代表压入第3节钢套管；四节代表压入第4节钢套管；五节代表压入第5节钢套管；回填代表拔出套管，孔位回填压实。

从图8可以看出：第1节钢套管压入后，对箱涵的沉降影响最大；压入第2节钢管时，沉降稍有波动；其后几节钢套管压入时影响不大；最后钢套管拔出，孔位回填时影响较大。因此，在打压第1节钢套管时要缓慢施工，保证施工质量。

4 结语

本文以实际工程为例，介绍了拔桩施工工艺和拔桩时对邻近构筑物的影响，以期为今后同类工程提供参考。得出的主要结论如下：

1）当旧桩基距离箱涵30D（D为桩径）后，破除施工对箱涵无影响；当距离为4D～5D之间时，应对箱涵进行加固，避免箱涵因不均匀沉降而产生开裂。

2）打入首节钢套管及孔位回填时，对箱涵的影响最大。此时应加强相关监测，避免箱涵受到破坏。