简易方桩拔桩器的设计及施工应用

潘 奔（中铁十五局集团第二工程有限公司，上海 201306）

预制混凝土方桩作为传统的常用地基处方式，也成为了经常出现的众多地下障碍物中的一种。且通常预制方桩施工长度达 6～24 m 左右的，采用传统开挖费时、费力、风险高、也不经济，5 m 以上就难度极大，而专业清障设备很难随叫随到，且费用高、场地要求严苛，实在是大材小用，徒增施工成本。因此急需一种简单有效的预制方桩拔除方法。现结合某项目工程实例，详细介绍一种简易拔桩器的设计及施工应用。

1 项目背景

某项目老桥拆除重建，须在原桥台基础处新建 4 个跨河悬臂现浇箱梁主墩。老桥桥台下为两排预制钢筋砼方桩，方桩规格为 300 mm×350 mm，桩长为 24 m，施工时为 2 根12 m 预制方桩连接而成。方桩平面上每 4 个一组，组间净距 1.3 m，组内净距 0.7 m，具体坐标不详，但方桩与新建桩基位置冲突的概率很大，具体情况需在开挖、放线以后才能确定，如图 1 所示，为其中一个主墩挖开后绘制的新、老桩平面位置冲突情况示意图。根据施工组织计划，右幅主墩须在左幅全桥通车以后方可实施，各墩作为工程进度控制的关键项目，一刻也拖延不得。因此找到一种机动灵活、行之有效的方桩拔除方案，成为该桥施工推进的一个迫切需要解决的问题。

图1 新老桥墩桩基冲突示意图

2 清障方案分析

经过广泛咨询，多次讨论，查阅相关资料，参考类似工程施工经验后，初步提出冲击钻成桩、全回旋套管钻机清障、自制简易拔桩器拔除三套方案。并对三套方案的优劣，能否达到工程要求进行了判别。

2.1 用冲击钻成桩

作为适应性最强的成桩方式，冲击钻确实对突破各种地下障碍物都有其得天独厚的优势。但是对于冲击方桩却有一个很致命的问题，因为冲锤碰到方桩后势必会向软弱的一方偏斜，软土地基尤其严重。最后的结果肯定是沿着方桩边形成一个孔位偏差不合格的孔，达不到清障效果，也无法保证质量。而且 24 m 深度范围内的持续障碍，也不适合采用冲击钻传统的填石纠偏措施，耗时极长、还效果差。

2.2 全回旋套管钻机清障

作为目前市场上相对常用且有效的地下清障设备，全回旋套管钻机配合履带吊抓斗作业确实能有效清除方桩障碍，甚至于直接成孔。首先该设备昂贵的施工费用，对这种需要反复进出场，单次体量又小的项目来说，成本就成为了最大的缺陷；其次，该设备场地要求较高，需要修筑较好的施工平台，很多场合不适合；最后由于该设备市场存量小，作为专业设备并不容易随叫随到，往往容易造成工期延误。

2.3 自制简易拔桩器拔除

简易拔桩器采用工地拉森钢板桩底部增加一个带机关的套筒改装而来。施工时采用打拔机将带套筒的拉森桩套着障碍方桩打入，直至机关超过方桩底，向上振动提升钢板桩机关自然落位，接触方桩底部后靠方桩自重锁死，继续向上缓慢震动提升携带方桩一起拔除。通过施工验证，该拔桩器简单有效，且制作简单。

3 简易拔桩器设计

为了经济、有效的解决方桩障碍清理问题，简易拔桩器的设计遵循了取材方便、制作简单、配合设备常规、操作简单的原则。仅分为主轴、套筒、卡销三个部件，其结构如图2 所示。

图2 拔桩器设计结构及卡销工作原理图

3.1 主 轴

主轴采用拉森钢板桩，型号不限。长度根据方桩障碍物的深度选取，有需要时可焊接接长，但要保证接头处焊接强度，通常需拉森桩三个面内外两侧均进行加强钢板焊接。同时对应越深的方桩、越长的主轴，往往也需要更大的打拔设备。

本次工程实例中拔除的即为 24 m 方桩，主轴采用的 2 根12 m 拉森钢板桩接长，接头位置在钢板桩三个面内外两侧均设置加强钢板满焊，钢板厚度为 10 mm，长度 40 cm，保证接头处的强度。

3.2 套 筒

在主轴的一端设置一个矩形的钢套筒，内径尺寸为560 mm×450 mm，高度为 800 mm，具体可根据方桩断面尺寸调整。套筒的三个面使用 35 mm 厚钢板焊接制成 U状槽型，将开口处焊接到钢板桩的两条边上，形成一个封闭的套筒。在套筒的两个侧面对称开孔，开孔呈长方形，宽度为 90 mm。开孔斜向上 60° 设置，从上至下离钢板桩正面的距离越来越近，距离可由 500 mm 变化到 250 mm，方便套入桩头，同时满足卡住夹紧方桩的需求。

3.3 卡销

在开孔位置插入一根卡销，卡销使用 φ80 mm 的圆钢制作，两端各外露 10～15 cm 左右（插拔过程中起到借助外部土体作用力推动卡销落到指定位置的作用），并焊接限位钢板确保卡销不会脱落。

4 简易拔桩器应用

4.1 操作步骤与工作原理

（1）挖出障碍方桩的桩头，并做好标记。

（2）用振动锤夹持简易拔桩器的顶端，吊起拔桩器，移动到待拔方桩的桩头位置，一名工人配合将套筒内的卡销推到上部，使方桩自钢板桩和卡销之间套入套筒。

（3）通过振动锤缓慢将简易拔桩器套筒端振动沉入障碍方桩桩尖以下。此时套筒通过对方桩周边土体的切割，能一定程度上有效消除土体与方桩间的吸附作用，降低后续拔桩的阻力。

（4）振动锤开始缓慢振动提升拔桩器，在提升过程中，卡销外露部分受泥土的阻力，会移动到套筒开孔的最低位置，此时卡销与钢板桩正面的距离为 250 mm，小于方桩的尺寸（300 mm×350 mm）。

（5）继续缓慢振动提升，当操作手感受到提升阻力猛然增大是，表明卡销成功锁住方桩的底端。否则应用振动锤重新调整拔桩器再次尝试，通常 3～5 次均可成功。

（6）方桩桩底成功锁死后，继续振动提升，此时方桩受到拔桩器的提升力作用，在振动锤形成全长高频振动环境内，逐渐上浮，直至彻底拔出。

4.2 简易拔桩器在工程实例中的应用效果

通过使用简易拔桩器，某桥梁工程成功拔除 4 个主墩墩台中影响桩基施工的 11 根 24 m 长障碍方桩。在障碍桩头已处理暴露的情况下，基本能实现 1 d 时间制作简易拔桩器，1～2 d 时间完成单个主墩处的障碍方桩拔除的高效施工。简单的工具、高效的作业，顺利解决了工程的一大痛点，间接推动了关键项目的按时完工，大大为工程节约了资金和时间成本。另外，该办法保证了老方桩的完整性，有需要的话完全可以回收再利用，以节约资源。

4.3 应用中遇到的问题和改进措施

（1）出现过多次障碍桩阻力过大，紧靠打拔机振动锤不足以克服阻力完成拔桩的情况。实际操作中采用钢丝绳绑住拉森桩和桩身，汽车吊辅助提升。绑结的牢固程度不易控制，钢丝绳断丝、变形损伤严重，安全风险不易控制，且存在较多不便，后续可在拉森桩考上部分焊接辅助提升吊点，方便快捷安全的作业。

（2）方桩拔出大部分以后，出现过方桩大角度倾斜的情况。首次出现后，现场即用铁链将方桩顶部和拔桩器进行捆绑固定，防止方桩倾覆。为防止施工疏漏，后续在拔桩器制作的时候，应在拔桩器靠上部分再加一道较小的固定套筒，起防倾覆作用。

5 结 语

地下障碍物的处理，一直是工程的痛点：费钱、费力、费时，效果还不一定好。预制钢筋砼方桩障碍作为其中较有代表性的一种，一直缺乏一个简单有效处理手段。本文通过工程实例，介绍了一种简易拔桩器的设计、制作及应有过程和原理，总结对比了在处理预制方桩障碍物时该工具对比传统办法的优点：简单、灵活、高效还省钱。解决了老旧方桩这类地下障碍物拔除的问题，为同类情况提供了一个极好的解决方案，具有较强的推广实施性。通过这一简易拔桩器的设计思路，通过设计调整，应该可以更广泛的推广到其他细长桩基障碍的拔除上，如松木桩等。