步履式拔樁機雙套筒拔樁施工技術(shù)研究

謝偉光 金建鋒

寧波市建設(shè)集團股份有限公司 浙江 寧波 315000

隨著市政橋梁、地鐵隧道等項目的不斷開展，經(jīng)常會遇到原建筑密集區(qū)、老橋橋樁等舊樁基的情況，若采用常規(guī)方法進(jìn)行拔除，可能影響周邊管線及建筑物，甚至影響周邊企業(yè)及居民的正常工作和生活[1]。目前每年的拔樁數(shù)量正以50%以上的速度遞增，針對深部地下障礙物，尤其是舊樁的清除技術(shù)，已成為巖土工程施工方面一項新興的技術(shù)，清除地下障礙物的施工機械及施工工藝也隨著行業(yè)發(fā)展而推陳出新[2]。為降低拔樁清障對周邊環(huán)境的影響、合理利用公司現(xiàn)有的機械資源，結(jié)合地質(zhì)勘察報告，對現(xiàn)有的機械進(jìn)行改裝以更好地用于拔樁清障施工，將施工對周邊環(huán)境的影響降到最低。自20世紀(jì)80年代初起，沉管灌注樁已成為寧波市多層建筑基礎(chǔ)工程主要的樁型，鋼筋混凝土預(yù)制方樁也成為了高層建筑的樁基礎(chǔ)[3]。

1 工程概況

寧波市軌道交通3號線二期土建工程TJ3216標(biāo)段駱駝北站施工過程中，舊城區(qū)改造未將原工程樁拔除，原工程樁主要分布在主體車站及盾構(gòu)施工區(qū)間（圖1、圖2）。經(jīng)統(tǒng)計，影響主體車站地下連續(xù)墻施工的主要樁型為φ377 mm沉管灌注樁及400 mm×400 mm預(yù)制方樁。其中盾構(gòu)施工區(qū)域樁型主要為沉管灌注樁，共220根，樁長13～15 m；地下連續(xù)墻施工范圍內(nèi)共有35根沉管灌注樁，3根樁長30 m的預(yù)制方樁。

圖1 拔樁位置與盾構(gòu)區(qū)間平面關(guān)系

圖2 拔樁位置與地下連續(xù)墻平面關(guān)系

遺留樁基區(qū)域土層由上至下依次為：①1b碎石填土，①1c素填土，①1d淤泥質(zhì)填土，①2層黏土，①3淤泥質(zhì)黏土，①夾泥炭質(zhì)土，②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，③1a淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，③1b粉砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，④1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，④1a粉砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。本工程拔樁范圍內(nèi)土層以淤泥質(zhì)土層為主，但因樁位分布不同，土質(zhì)變化差異較大。

2 技術(shù)原理及創(chuàng)新

2.1 技術(shù)原理

步履式拔樁機雙套筒拔樁作業(yè)過程中，通過動力頭產(chǎn)生的向下壓力以及扭矩進(jìn)而使得雙鋼套筒旋轉(zhuǎn)，使其進(jìn)入廢樁樁底，利用刀頭作為底托托住廢樁，先將外套筒與內(nèi)套筒的鎖扣脫離，再將內(nèi)套筒與廢樁同時鉆出，將外套筒留在土體內(nèi)。廢樁取出后將內(nèi)套筒再次鉆進(jìn)土體中，與外套筒鎖扣鎖緊，邊回填邊將內(nèi)外套筒鉆出。

2.2 技術(shù)創(chuàng)新

2.2.1 機械改造

本工程利用步履式拔樁機（型號BZ-70）中的動力設(shè)備進(jìn)行施工，該設(shè)備主要由2個110 kW電機通過變速箱傳遞到一根軸上，為套管360°回轉(zhuǎn)以及刀頭切割障礙物提供動力。BZ-70樁機在機械改造過程中需將長螺旋鉆桿拆除，更換成鋼套筒。拔樁清障主要利用動力設(shè)備產(chǎn)生的下壓力及扭矩，驅(qū)動鋼套筒轉(zhuǎn)動將套筒鉆入地下。套管由內(nèi)外2個套筒組成，兩者通過鎖扣連接，直徑分別為600、800 mm，鋼套筒壁厚為15 mm，套筒高度最長不得超過39 m，同時根據(jù)需要鉆進(jìn)的深度確定。鋼套筒主要有兩方面功能：一是在淤泥質(zhì)土層的鉆進(jìn)及拔除過程中支護(hù)孔壁，防止坍塌；二是在管口布置刀頭和注漿水頭，便于鋼套筒的快速鉆進(jìn)。

2.2.2 整體拔除

舊樁特別是方樁及沉管灌注樁，因當(dāng)時施工工藝限制以及自身配筋率較低，存在斷裂及破碎等質(zhì)量問題。如采用傳統(tǒng)的單套筒拔樁施工，在拔除過程中樁身易發(fā)生斷裂破損，不能將廢樁一次性拔除。采用雙套筒，即將內(nèi)套筒與舊樁作為一個整體進(jìn)行拔除，可保證樁身的完整性，便于一次性完成拔樁清障工作，同時外套筒作為護(hù)壁，防止土方坍塌，采用該工藝大大提高了拔樁清障質(zhì)量、工作效率，也確保了施工安全。

2.2.3 設(shè)計鋼套筒回填裝置

拔樁過程中一次性回填砂會導(dǎo)致套筒拔除困難，通過設(shè)計鋼套筒回填裝置，即設(shè)計1節(jié)長1.5 m與外套筒等直徑、同材質(zhì)的鋼套筒，在其側(cè)壁開孔作為灌料口，通過法蘭與鋼套筒連接。該裝置與拔樁機可實現(xiàn)拔樁過程中的邊回填邊拔樁，提高施工效率（圖3、圖4）。

圖3 裝填料斗

圖4 屋架下弦桿端部加固大樣

圖4 改裝鋼套筒容器

3 施工工藝流程及操作要點

本工程拔除400 mm×400 mm方樁及φ377 mm沉管灌注樁均選用雙套筒，外鋼套管直徑為800 mm，內(nèi)鋼套管直徑為600 mm，鋼套筒長度分別為35、16 m。

3.1 鋼套筒鉆進(jìn)施工

本次施工采用一次性鉆入雙鋼套，外側(cè)套筒通過鎖扣與內(nèi)側(cè)套筒進(jìn)行連接，保證鉆入時能將雙鋼套筒與老樁同心邊旋轉(zhuǎn)邊壓入。如切到樁體，則適當(dāng)移動鋼套筒位置，直到能完全套住老樁為止。由于鋼套筒是360°全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的，故可通過觀測操作系統(tǒng)相關(guān)儀表的讀數(shù)來確定負(fù)荷是否過載，確保刀頭的負(fù)荷在最合適的范圍內(nèi)安全運轉(zhuǎn)。鉆機在鉆進(jìn)過程中根據(jù)地質(zhì)和障礙物情況，可任意調(diào)節(jié)套筒的回轉(zhuǎn)扭矩、回轉(zhuǎn)速度、壓入力，以進(jìn)行安全高效施工。

3.2 遺留樁拔除及鋼套筒鉆出

在施工過程中，鋼套筒鉆進(jìn)15 m后，同鉆進(jìn)方向相反方向轉(zhuǎn)動套筒，通過步履式拔樁機上操作系統(tǒng)相關(guān)儀表的讀數(shù)確定負(fù)荷是否過載，進(jìn)而判斷是否達(dá)到樁底。若步履式樁架上的相關(guān)儀表盤突然間出現(xiàn)一個增長，且持續(xù)時間較長，表明碰到障礙物，需繼續(xù)往下鉆進(jìn)。當(dāng)鋼套筒達(dá)到樁底后，利用與鉆進(jìn)方向相反轉(zhuǎn)動的動力打開套筒內(nèi)的托盤，從而達(dá)到兜住廢樁的目的。通過步履式拔樁機的動力頭將外套筒從鎖扣處脫出，將外套筒保留在土體內(nèi)。提升內(nèi)套筒連同廢樁一起至地面標(biāo)高，當(dāng)內(nèi)套筒完全離開地面后，繼續(xù)采用與鉆進(jìn)方向相同的動力打開內(nèi)套筒托盤，慢慢放出廢樁并截斷，然后通過樁機再次拔除外套筒，最后進(jìn)行樁洞回填。廢樁吊出后，采用掏渣器清除套筒內(nèi)的渣土，檢查無誤后繼續(xù)下一步工序的施工。

3.3 樁孔回填施工

為防止后續(xù)施工出現(xiàn)坍孔，拔樁后的樁孔須填充加固，樁孔填充直接影響到周邊土體后期的沉降和后續(xù)盾構(gòu)頂進(jìn)施工。樁全部清除后，在鋼套筒內(nèi)采用不低于標(biāo)號M5水泥粉煤灰砂漿回填，砂漿28 d強度為5 MPa。邊回填邊拔除鋼套筒，盾構(gòu)管片上、下2 m范圍內(nèi)采用黃砂進(jìn)行回填，其管片上2 m至地面標(biāo)高位置采用M5水泥粉煤灰砂漿進(jìn)行回填，在樁拔除后向套管內(nèi)回填水泥土，邊回填邊夯實。為避免坍孔等情況的發(fā)生，先進(jìn)行回填作業(yè)，回填標(biāo)高與改裝的鋼套筒容器齊平，然后將套筒進(jìn)行鉆出。當(dāng)鋼套筒全部拔除、機械移位后，將孔洞填至與地面齊平。

4 施工效果

4.1 安全可靠，對土體擾動小

步履式拔樁機進(jìn)行拔樁時，機械施工對土體擾動??；在進(jìn)行清障拔樁及回填施工時對地下原狀土不破壞或破壞小，對地下土體不產(chǎn)生擾動或產(chǎn)生很小的擾動。由于鋼套管外套筒對孔壁的支撐，在鋼套管周邊的土體應(yīng)力尚未釋放時，就已經(jīng)將障礙物清除并及時回填，同時外套筒在反方向轉(zhuǎn)動時，使回填物更加密實，對周邊的道路及管線基本無影響。

4.2 樁架可移動，施工速度快

BZ-70樁架利用下部4個步履進(jìn)行前后左右的行走，且步履行走穩(wěn)定性能良好，故非常適合樁基清障非常密集的區(qū)域施工。對本工程存在的預(yù)制小方樁、沉管灌注樁等，均能快速完成清障工作。在施工過程中，12 h清除廢樁可達(dá)到4～5根，效率非常高。

4.3 施工風(fēng)險小，環(huán)保，一機兩用

利用該機械可拔除深度最深為39 m的樁，基本上能一次性完整拔除原樁基，若不能完全拔除，在套筒提升時將套筒中的合金刀頭打開，達(dá)到切割廢樁的目的，確保進(jìn)入鋼套管內(nèi)的斷樁或障礙物被抓出，確保清障徹底。該施工方法節(jié)能環(huán)保、優(yōu)質(zhì)高效，在拔樁過程中不會產(chǎn)生任何泥漿，施工設(shè)備噪聲小，施工速度快并能保證施工質(zhì)量。

BZ-70全液壓步履式樁架還可以應(yīng)用于車站后期施工的三軸地基加固施工，只需將套筒改為三軸施工的長螺旋鉆桿，便可進(jìn)行施工，節(jié)約成本。

4.4 不足之處

BZ-70步履式拔樁機本身自重大，對其站位時的地基承載力要求較高，故在拔樁施工前需進(jìn)行地基承載力驗算，地基承載力不滿足要求時需進(jìn)行換填作業(yè)，或者在步履式拔樁機下側(cè)增設(shè)鋼墊箱，確保步履式拔樁機在施工過程中的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

步履式拔樁機雙套筒拔樁工藝是一種適合在城市采用的環(huán)保、安全型工藝技術(shù)，通過在寧波市軌道交通3號線二期土建工程TJ3216標(biāo)段駱駝北站的成功應(yīng)用，解決了城區(qū)環(huán)境條件較為復(fù)雜的地下障礙物清障難題，不僅最大限度地提高了拔樁施工效率，也有效避免了因地層復(fù)雜而對鄰近建筑物基礎(chǔ)和地層的擾動和破壞，節(jié)省費用約5萬元，為同類型工程的拔樁施工提供了參考。

[1] 史艾嘉,趙昔生.CD全回轉(zhuǎn)鉆機拔樁工法及其工程應(yīng)用[J].山西建筑,2015,41(31):120-121.

[2] 楊石飛,顧國榮,王福林.深層清障技術(shù)縱論[J].地下空間與工程學(xué)報,2008(2):387-391.

[3] 沈昌魯,孔清華,桂淞莉.寧波巖土工程技術(shù)新進(jìn)展(二)[J].巖土工程技術(shù),1997(2):6-11;36.