冷金荣 周涛* 曹东

(1.同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海 200092; 2.陕西西咸新区城建投资集团有限公司，陕西咸阳 712000)

1 工程概况

上海市轨道交通13号线在川杨河以南、中环线以北垂直罗山路方向以盾构形式下穿罗山路，罗山路西侧有现状合流污水干管，该污水管走向与罗山路平行，管顶覆土厚度约为2 m，管道采用φ3 600 mm PCCP管，单节长度为6 m，各管节间采用胶圈密封的自对中钢制接头，基础采用中砂垫层。

为保护此污水管的安全，在其上方构筑了单跨13 m护管桥，护管桥基础为φ800 mm钻孔灌注桩，桩长35 m，桩身混凝土强度为C30，桩基主筋为直径22 mm的HRB335钢筋，上部20 m范围内为16根，下部15 m范围内为8根，该护管桥共有21根桩基位于盾构限界范围以内，为保证盾构的顺利推进，需要对该21根桩基进行拔除处理。盾构、桩基及污水管平面关系图见图1。

2 施工难点分析

2.1 工程范围内存在沉降敏感风险源

工程范围内的合流污水管是上海市非常重要的污水干管，总服务面积达271.7 km2，服务人口335.76万人，由于管道全天候满管运行，因此拔桩施工过程中必须保证该管道的安全运营，这是衡量拔桩施工成败的关键。按照GB/T 19685-2005预应力钢筒混凝土管的要求，对采用双胶圈接头的PCCP管道，其接头允许相对转角不应超过 0.5°。

图1 盾构、桩基及污水管平面关系图（单位：mm）

2.2 桩基与合流污水管间的净距很小

需要拔除的桩基与合流污水管间的净距普遍较小，最小净距仅为1 800 mm，在如此小的净距内构筑围护结构(如水泥搅拌桩等)对合流污水管进行隔离是非常困难的，因为围护结构施工过程中必然造成管道周围土体松动，从而引起污水管的沉降变形，故必须选择合适的拔桩工艺尽量减小施工过程中对周围土体的扰动。

2.3 工程场地地质条件很差

地质勘查报告显示，工程范围内的地质条件很差，地面以下18 m均为淤泥质土，含水量达41%以上，呈流塑状态，地基承载力基本容许值仅为55 kPa，而合流污水管和盾构均处于该淤泥质土层内。

2.4 后期沉降控制难度大

本工程每根桩基需要拔除长度为20 m，21根桩基需要拔除的总长度达420 m，即使只考虑桩基本身的体积，需要置换的土方量也已达210 m3以上，大规模土体置换后控制土体后期沉降的难度较大。

3 拔桩工艺选择

针对本工程的特点，在对目前工程界采用的各种拔桩工艺进行了综合比选后，认为采用干作业的360°全回转套管机进行拔桩施工是最为合适的，该工艺的主要优点有以下几方面。

3.1 施工过程对周边土体扰动小

360°全回转套管机拔桩施工工法(以下简称全回转工法)是在钢套管内进行清障拔桩及回填施工，由于钢套管对孔壁的支撑，在钢套管周边的土体应力尚未释放时，就已经将障碍物清除并及时回填，且全过程为干作业施工(FCEC等工法需通过喷射高压水进行减摩处理)，不会引起地下水位的变动，故整个施工过程对周围土体扰动较小。

3.2 理论上可以拔除任意长度的桩基

本工程桩基总长为35 m，根据盾构限界要求，每根桩需要拔除的长度为20 m，全回转工法可对桩基进行分段拔除，在钢套管达到要求的深度后即可进行截桩处理，而不需要进行整桩拔除作业，这样既减少了施工风险，又节约了施工费用。

4 拔桩施工过程

4.1 机具选择

全回转钻机选用SDR-2000型全回转套管机，考虑到桩基可能存在扩孔现象，选用外径1 500 mm(壁厚为48 mm)的钢套管5根，总长28.5 m，其中4根单节长度为6 m(首节钢套管尚需焊接1.5 m长的刀头，故总长为7.5 m)，1根单节长度为3 m，各节钢套管间以高强螺栓连接。

另外，为将截断的桩基及时清除，配套80 t履带吊一台。

4.2 施工准备

施工机械进场前凿除护管桥台帽，对露出的钻孔桩进行测量定位，记录其中心坐标，回填后在地面上标记各桩中心点位并进行编号。

因为工程场地的地质条件很差，施工中用到的全回转套管机及履带吊等机具均属于大型设备，为保证拔桩工作的安全、顺利推进，在场地整平后，现场浇筑厚度为40 cm C30钢筋混凝土板并且上覆4 000 mm×3 000 mm×30 mm钢板作为施工平台，其上再布置平面尺寸为7 500 mm×3 000 mm的路基箱两块用以扩散基底应力。

4.3 钻机就位、钢套管钻进

全回转套管机就位，调整机身垂直度，并使机身抱箍系统中心与桩基中心保持垂线方向一致，启动主机沉入钢套管，沉入速度控制在6 m/h。

4.4 截桩

考虑到钢筋笼单节长度为9 m，两节钢筋笼之间为搭接焊，钢筋连接处为桩基抗扭刚度相对薄弱的区域，应钢套管沉入2节后(套管入土深度约11 m)，暂停钻进，实施截桩。将钢钎楔入钢套管与桩基间的空隙，继续转动钢套管使桩基与钢套管同步转动，直至桩基被完全扭断完成第一次截桩。反向旋转钢套管，取出钢钎，用吊机将截断的桩体吊出，用抓斗清除钢套管内的土直至露出桩头。循环上述钢套管钻进→截桩→取土过程，直至达到既定深度。

4.5 桩孔回填

钢套管钻进及截桩等施工过程对附近土体产生的是挤压作用，使土体内的应力增加，该过程将引起土体内的构筑物出现微量上浮，当然这种上浮的影响非常小(实际观测到的污水管上浮位移约为3 mm)，几乎可以忽略不计。

桩孔回填与上拔钢套管是同步进行的，由于失去了钢套管的支护，孔壁处的土体有向套管中心流动的趋势，土体应力得到一定程度的释放，该施工过程极易引起土体内构筑物的沉降;另外，桩孔回填材料的密实度也是一个值得重视的问题，回填材料不密实将导致过大的后期沉降，这种后期沉降对土体内的构筑物无疑也会产生安全威胁。由此可见，桩孔回填过程是拔桩工程非常重要的一个环节，也是拔桩工程成败的关键所在。

为尽量减少拔桩工程对工程范围内合流污水管的影响，施工过程中先后采用了分层回填注浆、引孔跟踪注浆、M5砂浆回填等工艺。

方案一:分层回填注浆。分层回填注浆工艺的施工步骤为:先回填6 m水泥土，一边对回填土以冲锤夯击一边上拔钢套管，钢套管应边上拔边旋转，避免管内土体随钢套管一同上升造成空管现象，钢套管拔起6 m后，采用压密注浆的方法对回填土进行加固;循环前述施工步骤，直至套管完全拔出。先行施工的8根桩均采用的是分段回填注浆工艺，该工艺的缺点主要有:1)钢套管壁厚为48 mm，先行回填的土全部在套管内，夯击后的土柱具有了一定的强度(非流塑状态)，因此套管拔除后由于壁厚的影响而形成的空隙需要靠套管外围流塑性的原状土涌入来充填，这必然造成外围土体的应力损失，从而引起污水管的沉降。2)为保证回填土的密实性，回填过程需要对回填土进行夯击，夯击过程中震动较大，不可避免地对周围土体造成一定程度的扰动;在前期施工的8根桩中，前7根位于最西侧第一排，由于西侧第二排桩的存在，对污水管的变形起到了隔离作用，在一定程度上掩盖了这种工艺的缺陷，直到施工第8根桩(东侧北数第1根)时，该工艺的缺陷才暴露出来。

方案二:引孔跟踪注浆。弥补分层回填注浆工艺的缺陷，需要在套管上拔的过程中采取措施及时充填套管拔除后的空隙，同时避免重锤夯击，为此，从第9根桩开始，桩孔回填改用引孔跟踪注浆工艺。具体做法为:1)桩基拔除深度达到要求后(此时接入的钢套管总长为28.5 m)，立即用水泥土回填至套管顶，回填土顶面超出原地面约3 m，期间不夯击，土体密实度通过后续的跟踪注浆保证;2)在套管内距离管壁150 mm处引孔2个(呈180°布置)，孔径110 mm，孔深以保证劈裂注浆管能够插入29 m以上(自套管顶起算)为原则;3)在孔内插入直径60 mm，长度为29 m的塑料劈裂注浆管，劈裂注浆管与孔壁间以黄沙填充;4)在劈裂注浆管内插入直径25 mm注浆管，要求注浆管出浆口伸出套管底约0.5 m;5)注浆用浆液水灰比为 1∶1，注浆压力 0.3 MPa～0.5 MPa，注浆采用两台泵同时对两根注浆管压注水泥浆，每台泵的注浆流量为15 L/min，注入率按照10%控制并考虑套管壁厚影响，每提升1 m钢套管至少应注入450 L浆液;6)钢套管上拔前，先注浆5 min，并将注浆管卡在固定于钢套管管口的十字架上，以达到注浆管与套管同步上升的目的，保证出浆口与套管间的高差始终保持在0.5 m左右。跟踪注浆工艺共实施了4根桩(第9根～12根)，总结该4根桩的施工经验，认为跟踪注浆工艺的优点有:1)能够用水泥浆及时充填套管壁拔除后留下的空隙，减小了外围土体的应力损失，对控制污水管的沉降是有效的;2)同时压入的水泥浆能够保证回填土的密实性，避免回填土后期自然密实过程中体积减小而引起周围土体的应力损失。但是其缺点也是明显的:1)施工工艺非常复杂，风险源很多，任何一个环节的失误都可能导致该工艺的失败;2)由于桩基拔除后孔深达24 m以上，用挖掘机直接回填到孔内的土即使不夯击，其自由落体形成的冲击力也足以使土体在套管内达到较高的密实度，同时回填土与钢套管间的摩阻力也相应增大，因此在钢套管上拔过程中，管内土体有时会随着套管一起上升，出现局部空管现象，在套管拔除后，该空洞由外围土体涌入充填，从而造成污水管的瞬时沉降。

方案三:低标号砂浆回填。为弥补引孔跟踪注浆的缺陷，在后续桩孔回填中采用了低标号砂浆回填工艺，具体做法为:1)砂浆采用强度等级为RM5.0的商品砂浆，砂浆配置时应确保其具备良好的流动性与和易性，其每立方米材料用量为:水290 kg，水泥170 kg，砂 1 480 kg，粉煤灰(Ⅱ级灰)110 kg，稠化粉 30 kg，外加剂(M910)4.03 kg，稠度(100 ±10)mm，性能满足 GB/T 25181-2010预拌砂浆的要求;2)桩基拔除深度达到要求后，立即用上述商品砂浆进行一次性回填，回填后的砂浆面应高出原地面约3 m，以保证钢套管拔出后砂浆液面能够与原地面平齐(钢套管拔除过程中因砂浆具有良好的流动性，钢套管拔出形成的空隙由砂浆流入填充，因此砂浆液面会不断下降);3)上拔钢套管时应边旋转边慢速上拔，一节6 m钢套管的起拔时间一般不得少于10 min，最后一节7.5 m套管也应慢速上拔，不得用吊车直接起吊。从后续桩孔回填的效果来看，砂浆回填的优点是非常明显的:1)工艺简单，风险源少，质量容易控制;2)商品砂浆具有良好的流动性与和易性，能够及时充填套管拔出时的空隙，每节套管拔除后砂浆液面的下降高度与理论计算值基本一致，减少了对外围土体的扰动;3)回填过程无需重锤夯击，基本无震动。

5 污水管监测

为保证合流污水管的运营安全，根据污水管管养单位的要求，对污水管的变形进行了全过程监测。

5.1 测点布设

拔桩机械进场前，在每个管节接缝两侧各布设一个位移监测点，具体做法为:开挖暴露出管节接缝，在接缝处坐浆砌筑观测井，在井内设置25 mm粗钢筋作为位移监测点，观测井内以黄砂填充，钢筋头露出黄砂顶面10 cm，工程范围内共有5个管道接头，因此共布置10个监测点。

5.2 监测频度

第1根桩拔除时的观测频度要求:拔桩机械就位前→主机就位后→启动钢护筒后每小时观测1次→截桩前、后各观测一次→重新启动钢护筒后每小时观测1次→桩孔回填前观测1次→回填过程每上拔一次观测1次→桩孔回填完毕观测1次→间歇期后观测1次。第1根桩拔除完毕后，安排3 d的间歇期，为后续施工提供参考。后续施工过程中的监测频度为3次/d，施工结束后15 d内1次/d，此后为1次/3 d(延后观测15 d)。

5.3 监测成果

至桩基拔除完毕时，各监测点的累计沉降值如图2所示。

图2 各监测点的累计沉降值

从图2可以看出，污水管在靠近拔桩场地中心处的接缝沉降最大，其最大值为57.2 mm，纵向呈现盆式沉降的趋势，曲线较为圆滑，理论计算得到的接缝处最大相对转角为0.18°，远小于该管道的容许转角，现场亦未发现污水管有冒溢现象，说明污水管是安全的。

6 结语

1)全回转钻机拔桩适用于地质条件差且周围存在敏感构筑物的情况;

2)钢筋笼为搭接焊连接时，截桩时桩基被扭断的位置一般位于两节钢筋笼交界处;

3)钢套管钻进过程中对土体的扰动很小，几乎可以忽略不计，但桩孔回填过程应引起足够重视;

4)桩孔回填采用M5商品砂浆是适宜的，但是必须确保及时供应，否则可能会因为钢套管空管时间较长，管底的土塞在外围巨大的土体压力(超过20 m土柱)作用下，容易出现上升的现象，会在一定程度上引起外围土体的应力损失，从而导致敏感构筑物的沉降。

［1］徐敏生，陈伟宏.桩基清除对周边环境影响的数值模拟分析［J］.都市快轨交通，2009(6):25.

［2］宋 辉，常 莹.套管法拔桩对既有大直径地下污水管的影响［J］.上海大学学报(自然科学版)，2011(21):39.

［3］曹玉忠，刘建国，徐 东，等.套管法拔桩施工对邻近箱涵的影响分析［J］.城市轨道交通，2007(30):115-117.