ST工法、水冲法、简易法拔桩工艺综述

徐建卫

中铁二十二局集团轨道工程有限公司 北京 100043

随着近十年地下空间建设工程的飞速发展，越来越多的新建地下工程遇到原有建构筑物桩基，旧桩基成为新的地下工程施工障碍物。特别是近些年地铁施工、高层地下室围护结构施工常遇到原有建构筑物的桩基影响，需要将旧桩基进行清除后方可进行下一阶段工程的施工。本人依据近些年行业中出现的类似工程项目，对ST工法和水冲法、简易法拔桩工艺作简单的综述。

一、何种工况下会遇到需要拔除旧桩

分析行业里遇到的拔桩项目，一般在以下几种情况下需要将桩基拔除：

1、地铁车站围护结构施工时遇到原有建筑物或构筑物的桩基。

2、地铁盾构区间盾构掘进过程中遇到建筑物或构筑物的桩基。

3、房建工程中，新建建筑物地下室围护结构施工或新桩基础施工中遇到已拆除原建筑物的桩基。

4、顶管顶进区间中遇到的建筑物或构筑物的桩基，比如大城市污水管网、管线管廊施工，采用顶管顶进工艺，顶进过程中遇到的桩基础等障碍物需要拔除。

二、三种工艺的比较

根据工况、场地条件、桩基参数等综合因素考虑，选择不同的拔桩工艺。目前行业里拔桩工艺大致分为三类：ST工法（全回转工法）、水冲法、简易法。

三种工艺的区别如下：

1、设备

图1

图2

图3

①ST工法选用的施工设备：全回旋钻机(设备简介见图1)、吊机、铁楔子、冲抓斗、钢套管等。②水冲法选用的施工设备：振动锤(120/150/200/240型，见图2)、吊机、水泵、空压机、钢套管等。③简易法选用的施工设备(见图3)：振动锤、拉森桩、专用拔桩器。

2、成本

通常情况下，ST工法成本是水冲法成本的1.5倍左右，是简易法的2～3倍。

3、适用工况

① ST工法施工工况

a、在对振动要求较高的施工环境，比如医院或地铁保护区内。b、还有就是土质特殊的情况下，比如桩基进入岩层、砂层、圆砾层，振动锤无法将钢护筒压入到位。c、空间不够，不能满足直接将桩体一次性拔出的高度。d、因为特殊需求，不需要将整根桩拔除，仅拔除整体桩长的一部分，需要拧断桩体拔除的。

② 水冲法适用工况

a、土质较软的地区，工期要求高。b、桩径在1.2m以上，桩长不超过30m的情况适用于水冲法，因为超1.2m的大桩径ST工法难以将桩体拧断，如果桩长过高一次性拔除风险太大。c、河道或者海岸堤的护堤斜桩等。

③简易法适用工况：深度不超过24m的单节或者两节的方桩或者管桩。

4、功效

根据以往拔桩经验，ST工法的施工速度一般为水冲法的施工速度的一半。比如：20m左右的桩长，直径为800mm的桩，ST工法的施工速度为1根桩/天，而水冲法可以达到2根桩/天，水冲法的定位时间远比全回转设备的定位时间短；简易法的工效更快，两节桩拔除速度一般可以达到3～4根/天。

5、回填土

①ST工法拔桩工艺确保回填土密实度一般通过土体自由落体冲击护筒内土体来压实回填土，但是，在将护筒旋转拔出时仍会带动土体松动。②水冲法回填土是通过振动锤振动护筒来振捣密实护筒内的土体，密实度好。回填土前要抽出护筒内的泥浆，但不需要全部抽出，可以留少许泥浆在护筒中，这样易将回填土振捣密实。③简易法拔桩回填土体量就很少，因为桩体拔出后，孔内没有套管护壁，等往孔洞内回填土体时，孔内已经部分缩径或者塌孔填满。ST工法和水冲法均是采用钢护筒隔离桩基与桩周土体，减小桩与四周土体的摩阻力，从而将桩体拔除；但最大的区别是ST工法是将钢护筒360度旋转切削土体压入到土体中，而水冲法是通过振动锤振动冲击力并结合高压水气将桩周土体冲洗成泥浆后将钢护筒压入到土体中。

三、三种工艺的施工步骤

1、ST工法步骤：①场地布置及机械设备就位；②用全回转钻机旋转切削下压钢套管；③下铁楔子并拧断桩体，如果桩长在15m以内可以直接将钢套管压入到桩底位置然后直接将桩体拔出；④用冲抓斗抓取桩体或者用专用锚具锚住桩的钢筋直接拔出；⑤循环②、③、④步骤，直至将桩体全部清理完毕；⑥回填土。

2、水冲法步骤：①场地布置及机械设备就位；②用振动锤结合高压水气振动压入钢套管至桩底标高以下1m；③直接将桩体拔出；④回填土。

3、简易法步骤：①场地布置及机械设备就位；②用振动锤将拉森桩（底部焊有专用拔桩器）压入钢套管至桩底标高以下1m以内；③直接将桩体和拉森桩拔出；④回填土。

四、拔桩中容易遇到的难题

1、桩径扩径。解决的方案是选择适当直径的钢套管，钢套管的直径要比旧的桩基础大50cm左右，可以避免通常的桩径外扩后钢套管下不去的难题，遇到极个别扩径现象严重的情况，只能选择ST工法，直接切削扩径混凝土。

2、桩体倾斜。对于ST工法解决的方案是采用适当直径的钢套管，或者ST工法移位切桩清除；对于水冲法来说，如果倾斜角度不大的情况下，可以顺着桩体倾斜的角度压入钢套管。但是，对于河道护堤或者海岸护堤的斜桩，最实用的拔除方法就是用水冲法来拔除，但需要设计针对桩体倾斜角度的导向装置。

3、出现断桩。出现断桩情况对于ST工法没有困难，因为ST工法本身就是利用钢套筒的旋转将桩体拧断，分节将桩体拔除；对于水冲法，必须采用专用设备，将桩体夹住带着钢套管一起拔出。

4、出现闷管。这是ST工法常见的难题，通常是由于旧桩的桩径外扩严重，导致外扩后的桩径大于所选用的钢套筒的直径，即桩体全部充满整个钢套筒，使得钢套筒被钢筋混凝土卡死无法旋转，这时首先要用重锤将钢筋混凝土砸碎，再把钢套筒回填满土体后拔起。对于后续的解决方案，一是采用在钢套筒刀头位置加焊内壁刀，一般是在底节刀头向上量取30cm位置按照90度角焊接4把，加大刀头切削混凝土的宽度，给予除刀头位置的钢套筒更大的自由旋钻空间，然后原位置下放钢套筒钻进；二是可以采用将全回旋钻机移位的方式，分次拔除外扩的桩基。

5、含承压水土层。在含承压水土层，桩体拔除后套管内会出现涌砂涌水，这给拔桩工程带来非常大的难度，周边环境影响也很大。遇到类似工况，首先要判断承压水的水头高度，如果承压水的水头高度在地面以下，则水冲法和ST工法可以按正常工序进行；如果承压水的水头高度高于地面，根据实际情况，水冲法和ST工法都可以采取加长外露地面的钢套筒的长度，来避免地下水径直流向地表，造成地表的大面积沉降，对于采用ST工法而言，还可以直接将钢套筒压入到隔水层隔断承压水，这样就从根本上解决了承压水的突涌问题。实际上，对于含有承压水的地层，在对地质条件敏感的城市环境情况下，为了杜绝涌水涌砂带来的地面沉降而造成的社会负面影响，建议直接采取ST工法，这样对于地下承压水所带来的施工困扰，可以游刃有余的采取增加外露钢套筒长度和隔断承压水的两种方案。

五、案例

1、ST工法施工案例

杭州机场轨道快线东宁路桥与赵家港桥拆复建工程，因盾构下穿东宁路桥与赵家港桥碰到旧桩基础，故需要拔除盾构穿越范围内旧桩，在隧道外施工新的桥桩基础。在桩基的拔除过程中，赵家港桥的旧桩基设计桩径为φ1000mm，现场采取φ2000mm的钢套筒钻进，在钢套筒钻进到粉砂与淤泥质黏土层交界处时，遇见旧桩桩径外扩，外扩直径1500mm左右，直接导致钢套管闷管，钢套筒无法钻进。为了解决这个问题，现场首先采用具有快放功能的履带吊配合重锤将卡死钢套筒的钢筋混凝土桩砸碎，释放钢套筒自由旋转的空间，再将土体回填满钢套筒后（回填土是防止钢套筒拔出过程中，外周土体挤压钢套筒内的空间而造成地面塌陷）将钢套筒拔起；然后，采取将全回旋钻机定位中心远离旧桩中心800mm的方法重新钻进，给钢套筒一部分自由空间，这样就解决了旧桩桩径外扩后的直径大于钢套筒的直径进而导致整个钢套筒内全部是钢筋混凝土卡死钢套筒的问题。

2、水冲法施工案例

上海轨道交通9号线潘家桥桩基拔除，采用水冲法。

3、简易法的施工案例

宁波地铁2号线8标车站地下连续墙施工范围拔除350mm*350mm的方桩，桩长19.5m。