GPS-10型钻机全回转法拔除预制桩施工技术

王宏杰

（安徽地矿局327地质队，安徽 合肥 230011）

随着城市化进程的不断加快，城市建设也日新月异，早年施工的桩基无法使用，须将其拔除后另行施工。上海宏联电子自动仓储工程拟将原20世纪80年代施工的混凝土预制方桩拔除后施工钻孔灌注桩，我公司承担了其混凝土预制桩的拔除及钻孔灌注桩的施工。

1 拟施工工程现场情况

1.1 工程概况

拟建的工程位于上海浦东康桥工业园区，北临秀康路，东临康柳路。其自动储罐车间原先在20 世纪80 年代采用混凝土预制方桩，由于产生不均匀沉降，无法使用，现已拆除。拟在原址重新进行施工，采用钻孔灌注桩作桩基础进行加固，设计钻孔灌注桩桩径为∅800mm、桩长45m，桩底使用高压旋喷冲洗灌浆工艺进行施工。由于自动储罐车间已有200mm×200mm的混凝土预制桩，钻孔灌注桩施工前必须进行拔除。

1.2 工程地质情况

根据上海岩土工程勘察设计研究院提供的宏联电子自动仓储工程勘察资料，场地的工程地质条件如下：

施工场地本次勘察揭露在深度65m范围内的地基土均属第四系滨海—浅海相沉积层，主要由饱和粘性土、粉土及粉砂组成，根据土的成因、结构及物理力学性质差异可划分为8个主要层次，其中第③、⑤、⑦层分成两个亚层，第⑥层土缺失。

各土层的土性描述如表1所示。

表1 场地工程勘察地层情况表

1.3 原有预制混凝土方桩情况

原有预制混凝土方桩为20 世纪80 年代建设厂房进行施工的。桩径为200mm×200mm，桩长为15.6m，采用锤击法施工，桩的连接方法为焊接法。桩布置间距为1000mm×1000mm，满堂布置。其布置如图1所示。

图1 自动仓储基础加固桩位布置图（单位：mm）

在公司承接该工程之前，台湾知名的桩基基础公司——富国公司作为业主方的技术顾问参与该工程，并为该工程的拔桩提供的工艺方案为：先用旋喷管注入高压水，将桩四周的土冲开，然后用吊车或钻机将桩提起。但该方案在实际施工中发现拔除困难且极易出现上下两节桩连接处拔断，造成下节桩很难处理：现场当时在其他部位共拔除4根桩，其中有3根桩只拔出上节桩，下节桩一直未能拔除，且拔除的部位由于高压水冲刷，使该桩位处出现较大的空洞，钻机就位困难。如再施工钻孔灌注桩，则可造成大量混凝土浪费、并容易造成质量问题。而且拔除时间太长，7d时间只拔除4根桩且有3根桩下节桩未能拔出。

2 拔桩方案比选

为了在拔除混凝土预制桩时，尽量减小对周围环境的影响，曾对多种拔桩方式进行比较。拔除桩基，首先要减小桩周摩阻力，主要方法有水冲法（或射水法）、振动法和回钻法。

2.1 水冲法

水冲法的原理是采用高压水流将桩体周围的土体破坏，形成水土混合液，将桩周围泥砂通过地面溢流并被排出，然后利用吊车将自孔内吊出而拔桩。

该方法虽然简单，但对桩周围土体破坏较大，无法形成能控制的孔洞，对后期钻孔灌注桩施工不利；同时由于该混凝土预制方桩为两节桩，极容易造成只拔起上节桩，而下节桩无法拔起的情况。

2.2 振动法

振动法属于传统的拔桩方法，其原理是利用液压变频振动锤，将设计的钢套管振动沉入，沉入深度超过原桩长，然后通过减少或解除桩侧土体摩阻力后将旧桩体整体吊出。以外侧套管作为护壁，内侧采用高压水幕，将旧桩周围的土体及障碍物切削后实施土体分离减摩。采用钢丝绳绑牢桩体，再用大吨位起拔设备直接拔出桩基。

此法其特点是适用范围广，对周边土体扰动小，无环境污染，既安全又快速。但需要的拔桩设备较大；在振入钢套管时，对地表振动大，对周围环境影响大。

2.3 回转法

回钻法是利用全回转设备产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体的切削和高压水对土体的冲刷作用，将套管钻入地下，去除套管与桩体间的土体后，减小了桩周的摩阻力，拔出桩基，钢套管同样采用旋转方式拔出，对周围环境影响小。

目前回转法主要采用搓管机（全护筒）拔桩。用搓管机驱动钢套管进行360°回转，并将钢套管压入和拔出。该方法虽然可行，和振动法一样，需较大的设备，施工费用较高。

通过以上3种方法的比较，根据我公司在施工现场已在施工钻孔灌注桩的情况，在不增加任何大型设备的情况下，提出利用现有的GPS-10 型钻机，采用“全回转套管法拔桩”方案，经业主和台湾富国公司研究确认，该方案完全满足100%拔除要求。

3 预制混凝土方桩拔除技术

3.1 施工设备配备

上海宏联电子材料有限公司预制混凝土方案拔除的主要机具有：轮胎式QY-16 型吊车、GPS-10 型钻机、3PN 泥浆泵、套管（∅377mm）钻具。吊车和钻机、泥浆泵为常用设备，使用的材料为∅377mm×10mm 的无缝钢管。

3.2 钻具结构

套管钻具为我们针对工程特点设计制作而成，该套钻具分二套，第一套长度为8.0m，要求小于钻机架高度9.50m，能一次钻进。第二套钻具长度17m，使钻具能钻至桩底以下，保证两节方桩能全部套进钻具内。

两套钻具结构相同，顶部为一法兰盘接头与水龙头连接，管壁外用∅22mm钢筋对称焊接“十字”传动条（长度同管长），∅377mm 钢管底部镶嵌有内外出刃合金，相当于连接钻头。

扭矩传动：在钻机转盘上固定30mm 厚钢板，钢板中部开出通孔不小于∅377mm的圆孔且开出“十字”花键槽与管外壁传动条啮合实现扭矩传动，由钻机转盘带支钢板及∅377mm 钢管进行回转，钢管下部的合金钻头切削泥土进行钻进，采用优质膨润土泥浆作冲洗液，一方面冷却钻头，另一方面携带岩粉并保护孔壁。

3.3 施工工艺及施工技术

（1）施工工艺流程。其施工工艺流程如图2所示。

图2 施工工艺流程图

（2）施工方法。首先开挖桩头。将需要拔桩的桩头开挖出来，露出桩头，将桩头及周围清理干净。

其次，埋入护筒。由于本次设计钻孔灌注桩的位置中心和原预制方桩中心重合，为了避免其他物体落入孔内，影响后期钻孔灌注桩的施工，需埋设护筒，护筒应埋入原状土以下，并确保后期施工的钻孔桩桩位位于护筒中心。

（3）拔桩施工。拔桩施工其具体步骤如下：如图3步骤一所示：先将8m长的直径∅377mm的套管通过法兰盘和水笼头连接，然后由吊车将其吊起后缓慢插入钻机转盘中，并和转盘上的钢板的花键槽对上，同时用钻机的吊钩吊起水笼头，使用优质膨润土泥浆作冲洗液，开动3PN泥浆泵泵送泥浆并开动钻机缓慢进行钻进。

图3 步骤一（单位：mm）

步骤二（图4）：步骤一将套管钻进到位后，用吊车缓慢将直径∅377mm8m长的套管提起并放下，卸下换上17m长的套管，按步骤一的方法进行连接，然后用吊车吊起并下入原孔中继续钻进，直至钻进到孔深位置即预制方桩底部。

图4 步骤二（单位：mm）

步骤三（图5）：钻进到底后，继续开动泥浆泵进行泥浆循环，并开动钻机缓慢约半小时后提起，将套管和水笼头连接的法兰盘卸开，用钢丝绳将预制小方桩绑牢、扎紧，然后用钻机缓慢吊起方桩。待方桩提动后，再缓慢放置原位，重新用吊车吊起后下放。如吊起只有一节桩则采用（或步骤三）方法。

图5 步骤三（单位：mm）

或步骤三（图6）：如吊起只有一节桩，可将桩提起或重新放回原处，向套管内投入卡料，重新连接水笼头和套管的法兰盘，并泵送泥浆、开动钻机缓慢回转，使卡料卡住方桩。一般回转20min左右，即可关泵，然后再回转约2～3min 后用吊车提钻，放入地面后取出方桩。再进行下一根桩施工。

图6 或步骤三（单位：mm）

（4）灌入优质泥浆。为了保证后期钻孔灌注桩的施工，应在拔桩完成后立即灌入粘度达22″以上的优质膨润土泥浆进行护壁，防止钻孔孔壁坍塌。

（5）移机，进行下一根方桩拔除。移机后，立即给护筒盖上盖，防止安全事故发生和其他物体的掉入。

4 施工效果及体会

4.1 施工效果

在该项目施工过程中，采用“套管法拔桩”，共计拔上40根预制方桩，平均每天拔桩4根，极大地缩短了业主给定的拔桩工期，而未出现一根桩留在原位而拔不出的问题;同时后期的钻孔灌注桩施工其充盈系数均为1.10,未出现大的扩径问题。

4.2 施工体会

实践证明：GPS-10型钻机全回转拔桩套桩工艺不仅简单、易行、可靠，而且施工效率高、成本低，无需添加其它新机具，特别适合排除连接不牢的桩。

（1）安全可靠，对周边土体扰动小。GPS-10 型钻机全回转拔桩施工技术是在优质泥浆护壁下，在钢套管内进行清障拔桩施工，对地下原状土破坏小，对地下土体不产生扰动或产生很小的扰动。由于泥浆的护壁和钢套管的支撑，对周边构筑物无影响。

（2）施工速度快，质量好，且适用范围广。该技术方法可根据工程需要进行各类拔桩清障施工，如各种形式、各种规格、环境复杂、各种难度的旧钻孔灌注桩、预制桩、预应力管桩等。

（3）风险小，能够确保后续工程施工。采用钻机全回转清障拔除技术对旧桩完整拔除，一般情况下能顺利达到施工目的。即使遇到特殊情况，采用投入卡料的方法，也能将断桩清除，100%确保拔桩彻底。

（4）节能环保，优质高效。本方法在拔桩过程中，产生的泥浆在随后全部放入拔桩孔内进行护壁，保证后期钻孔灌注桩的施工，不光能节约后期施工成本，也保证了后期的施工质量，且施工设备低噪声，施工速度快，又能保证施工质量。

（5）快速经济，降低工程造价。本施工技术方法是钢套管旋转切割切削，相比其它施工方法，受环境因素限制小，无需增加其他辅助设施，清障拔桩的施工效率高，风险低度，具有良好的经济效益。