砂砾石地层桩基拔除施工技术

姜景双

(中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京 101149)

近年来，随着经济建设的高速发展，全国各大城市都在不断规划开展工程项目，桥梁改建扩建工程、地铁隧道建设工程、地下围护结构施工等工程项目在城市建设中更是随处可见，而此类工程常常会遇到需要清除旧桩基础的情况，如何快速高效的清除复杂地质条件中的旧桩基础是目前工程施工中的难题。

滕坤等人[1]以常州地铁下穿恐龙公园地下预应力管桩为背景，综合现场施工环境和条件，提出采用桩周去土法和静拔法相组合的方式对预应力管桩进行拔除，以减小桩基对盾构隧道施工的影响。罗善明[2]以某地铁隧道下穿河流既有防护结构灌注桩为背景，采用旋转钻机配合套管的拔桩工艺进行拔桩施工，拔桩后，盾构掘进过程中的各项指标均正常。路建民等[3]以郑州地铁下穿既有桥梁桩基为背景，采用静力沉管加水力切割拔桩和全套管无损拔桩施工技术，拔桩后，盾构穿越期间，桩孔处未产生较大沉降和冒浆。

本文以呼和浩特市轨道交通2号线公主府站至内蒙古体育场站内区间盾构隧道下穿气象局西巷大桥为工程依托，为降低盾构机下穿桩基时对桥梁、地表和周围环境造成的影响，决定对现有桥梁进行拆除，保障盾构隧道的正常掘进。经过施工方案比选和论证，采用全回转套管法拔桩，并对施工工艺进行改进，确保拔桩施工顺利进行。

1 工程概况

呼和浩特市轨道交通2号线一期工程公主府站～内蒙古体育场站区间起点设计里程为右CK15+498.453，终点设计里程为右CK16+987.710，区间长度为1 489.257 m。区间隧道为双单洞双线圆形断面，盾构法施工，线间距10～14 m。盾构机于CK16+180～CK16+230附近下穿气象局西巷桥桩基群，该桥位于气象局西巷，内蒙古民族学院南50 m处。

气象局西巷大桥斜跨扎达盖河。桥梁全长39.04 m，桥面净宽24 m，全宽30 m。上部结构采用3孔13 m预制空心板，下部结构采用桩接盖梁的型式，桩径为∅1 500 mm，盖梁尺寸为1.2 m×1.6 m，桩基南北向共设4排，其中桩基第3排6根，其余每排为5根，中间两排桩长35 m共11根，两侧桩长23 m共10根。气象局西巷大桥平面结构示意如图1所示。

2 全回转套管机拔桩施工关键技术

2.1 工艺原理

360°全回转套管机是能驱动钢套管进行360°回转并将钢套管压入和拔除的施工机械。设备在作业时产生扭矩和下压力，使钢套管转动下沉，利用管口的高强刀头对岩层、土体进行切削；钢套管沉入预定深度后，下放专用设备倒三角形钢钎将桩身挤实，通过全回转套管机强大的扭矩来回旋转将旧桩截断；截断旧桩后上拔钢套管吊出钢钎，然后使用起重设备下放钢丝绳，将已截断并与整个桩身脱离的部分桩锁扣牢固并一次性拔出；上部桩体完全拔除后，采用抓斗清除施工中套管内的泥土，使桩头再次露出来，然后重复上次工艺直到将桩身拔除到预定的深度或将其全部拔除。旧桩拔除完成后，将桩孔回填至密实、均匀，从而保证后续工程的施工。这样，在套管的护壁作用下就能完成地层无扰动拔桩和回填。

图1 气象局西巷大桥平面结构示意图(单位：m)

2.2 施工关键技术

单桩拔除施工工艺流程可分6个步骤：施工准备→测量放线→360°全回转套管钻机就位→下钢套管→切割清障→桩孔回填→360°全回转套管钻机移位。

2.2.1 施工准备

拔桩前需做好河道回填以满足360°全回转套管机的施工要求；河床提前进行注浆加固，确保地基稳定，根据工程的施工特点及现场情况组织施工人员和机械设备进场，对人员进行培训和交底并对其设备进行调试；同时接入临时用水和用电。本施工工艺用水量不大，接入一根∅25 mm的水管即可满足供应要求。临时用电以满足现场照明和其它辅助设备间歇用电量为基础，因为拔桩主要设备用电均为自带配套动力站而不需要另行接入电源，所以临时用电量较小，一般一台(套)拔桩设备的临时用电量不大于100 kV·A。注意事项：拔桩施工前保证场地内管线迁改至施工范围以外，场地平整后铺设2 cm钢板用作施工平台。

2.2.2 测量放线

测量放样出桩中心，确定须做拔除处理的桩基范围及数量，确定旧桩坐标并对其进行编号，以便确定合理的拔桩顺序。

2.2.3 全回旋套管机带动钢套管沉入

全回转套管机就位稳定机身、调整机身的垂直度，并使机身的抱箍系统中心与旧桩中心保持与垂线方向一致。对于直径1 500 mm的钻孔灌注桩拔除，采用钢套管直径为2 200 mm；钢套管单节长度6～8 m，根据实际情况桩长的不同组合，并在实际施工过程中灵活调配。拔桩时由360°全回转套管机环抱驱动钢套管旋转沉入到预定深度，从而大幅度地减小桩身与桩周土体的摩擦力；对于上部地质砂性土极易扩孔的灌注桩，如扩孔面积大于钢套管直径时，由钢套管底部镶嵌的钛合金刀头在全回转套管机的强大驱动力下旋转切割清除。由于本次工程所遇到的地质情况为砂砾层岩土较难掘进，较其他工程有特殊之处，底部刀具改为进口的钨钢合金刀头。

2.2.4 拔桩

考虑到本工程拔除的基桩直径较大、整桩抗拔力较大等因素，整个拔桩过程采用分段截除、分段吊离、多次重复的方式。桩长23 m的分8次进行截除吊离；桩长35 m的分13次进行截除吊离，每段桩的重量约为84.5 kN。

钢套管沉入预定深度后，实现了桩周分离，然后下放专用设备倒三角形钢钎插入套管内，将桩身挤实，通过全回转套管机强大的扭矩来回旋转将旧桩截断，截断后上拔钢套管吊出钢钎，再使用起重设备下放钢丝绳，将已被截断并与整个桩身脱离的部分桩体锁扣牢固，并一次性拔出。完成实施上部桩体拔除后，用抓斗清除施工过程中掉入套管内的泥土使桩头再次暴露出来，然后重复上次工艺直至将桩身拔除到预定深度或全部拔除。截桩施工如图2所示，钢钎如图3所示，拔桩施工如图4所示，现场施工如图5所示。但考虑地下水位较高，拔桩时需将钢套管先行钻进达到封水层2～3 m后方可实施下节桩拔除，本工程主要封水层为4-2粉质黏土层和4-1黏土层。

2.2.5 桩孔回填

旧桩拔除后，桩孔必须进行回填。回填的质量很重要，确保后期盾构施工的质量要求，所以必须保证回填料既要达到一定的强度，同时又不能强度太高，强度以略高于原状土为宜，要求回填密实、均匀，逐层填入，并及时测量回填深度；保证每回填一层完成后须用闭合状态的抓斗夯击数次。

图2 截桩施工示意图 图3 钢钎

图4 拔桩施工示意图 图5 现场拔桩施工

2.3 改进及优化措施

2.3.1 刀尺、刀具的改进

由于本工程所遇到的地质情况复杂，存在的砂砾石地层用传统刀具难以切削、损耗严重且掘进效率很低。因此，本工程对刀尺、刀具作了如下几个改进优化：①增加内刀，通过增强对土体和岩石侧面的切削，加大刀头掘进面刀具的切削强度，破除难以掘进的硬岩。②外刀间距由原来的30 cm改为15 cm，增加了刀具数量，增加竖向切削的刀具与土体的接触面积，提高掘进效率，减小单刀头的损耗速度。③刀头改用进口的钨钢合金刀头，提高了刀头质量，减少更换刀头的频率。

2.3.2 全回转套管机参数控制优化

本工程的硬土地质条件在国内工程也较少见，因此对套管机的参数也作了相应调整：①压入速度由快变慢，在实际套管沉入过程中压入速度控制在1.5 cm/min，旋转速度控制在1 r/min。②由于桩体较长，通过前期场地的精确平整并平铺路基板保证水平度的前提下，对垂直度严格把控，如有偏差及时纠正。

2.3.3 增加气举反循环、注水挖土等工艺

由于拔桩时起重机所需拉拔力过大，施工过程中需减小桩身摩擦力，挖除桩周部分在钢套筒内的土和岩块。本次工程采用注水软化硬土挖出以及压气反循环的方式进行桩周挖土清渣。实际上通过在钢套管沉入到指定位置打入钢钎拧断桩体后向下注水，然后用挖斗挖出桩周土，挖到断桩截面时采用∅200 mm导管插入到约断桩截面深度处，将∅25 mm风压管从导管内下放至距导管口200 mm处，在导管注入泥浆后使风压管连接地面12 m3空压机向下注风，利用压气反循环清理桩周土。

2.3.4 在全回转套管机底座加配重

本工程所需拔桩力很大，拔桩机受到的反力很大，因此，如果机身原本的自重及底座固定提供的固定反力不够，拔桩时易引起机身振动，故在拔桩机4个底座增加共30 t的配重以稳固机身。

4 结束语

(1)运用360°全回转套管机进行拔桩具有施工速度快、质量高、风险低的特点。在采用本法之后，在工期、质量、安全、成本上很好完成了施工要求。施工方法优化前1根桩施工需15 d的时间；优化后，1根桩缩短了9 d的时间，总工期减少了6个月，大大缩短了拔桩施工时间，为后续盾构穿越提供了优质的保障条件。

(2)根据“技术上先进、经济上合理、生产上可行、环境上友好”的原则运用该技术，安全、及时、快捷、实用，在施工中取得了良好的工程经济、社会、环保效益，为砂砾层地质的拔桩施工积累了经验，对后续类似工程具有指导和借鉴意义。