全套管喷气射水振动沉管清孔拔桩技术研究

2021-09-17曹贯奇

科技创新导报 2021年15期

关键词：断桩

曹贯奇

摘要：城市盾构施工难免遇到需要从既有建筑物桩基穿过或存在废弃桩基阻碍的情况。当旧桩质量较差时，传统的清障拔桩方法易发生掉桩现象。结合苏州桐泾路北延工程，在全套管双流高压喷气、射水振动沉管清孔法的基础上，进一步集成了自由脱落钢索抱紧栓点防掉桩技术、篮子式搜索套管断桩拔除技术、桩孔回填加固保压技术等关键工艺。工程效果表明，本技术具有拔桩高效干净、土体扰动小、对后续工序影响小等特点，可为类似工程提供参考。

关键词：清障拔桩振动沉管断桩加固保压

中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）05（c）-0012-04

Research on the Technique of Full casing jet water vibration sinking pipe clearing and pulling pile

Cao Guanqi

（China Railway fourteen bureau group big Shield Engineering Co.， Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 211800 China）

Abstract： It is inevitable that urban shield construction needs to pass through the pile foundation of existing buildings or there are obstacles from abandoned pile foundations. When the quality of old piles is poor， the traditional method of removing obstacles and pulling out piles is easy to fall off. Combined with the north extension project of Tongjing Road in Suzhou， on the basis of full casing double flow high-pressure air jet and water jet vibration pipe sinking and hole cleaning method， key processes such as free falling steel cable holding bolt point to prevent pile falling off， basket search casing broken pile removal technology， pile hole backfilling， reinforcement and pressure maintaining technology are further integrated. The engineering effect shows that this technology has the characteristics of high efficiency and clean pile pulling， small soil disturbance and little impact on subsequent processes， which can provide reference for similar projects.

Key Words： Obstacle clearing and pile pulling; Vibration sinking pipe; Broken pile; Reinforcement and pressure retaining

現代化城市发展需要大量的交通基础设施建设，但由于既有建筑物林立，难免遇到盾构需要从现有建构筑物桩基穿过或存在废弃桩基阻碍的情况。为使盾构顺利推进，需要进行前方障碍物的拔除施工，这也成为城市地下工程中的重要工艺[1]。一般拔桩施工场地分为地下、地上及水上等几类，针对不同的情况需要采用不同方案及拔桩设备[2]。

传统的清障拔桩方法有全回转钻机拔桩法和冲水拔桩法[3-4]。前者对易产生桩径不均匀的钻孔灌注桩有独到作用，但对拔除其他预制方桩、沉管灌注桩、预应力管桩，成本过高，施工效率较低，且拔桩过程中会对地面产生较大反力，需提前硬化处理;后者施工成本较低，效率较高，但会产生大量泥浆污染使旧桩位烂泥化，无法将旧桩孔密实回填。目前，常用的全套管双流高压喷气、射水振动沉管清孔法属于冲水拔桩法，即振动沉钢套管后利用高压水冲洗桩周边土体，使桩暴露在外面后再利用吊车将桩拔出[5-7]。然而，该方法仍存在如下问题：第一，当旧桩质量较差，存在桩接头处连接件完全或部分断裂的情况，拔除过程中易发生掉桩;第二，当拔桩范围内还存在后续盾构施工，因拔桩扰动、地下水浸泡或回填不密实等原因，易在盾构期间出现塌孔、冒顶的现象，甚至造成邻近构筑物的沉降[8]。

针对上述问题，本文结合苏州桐泾路北延工程，在全套管双流高压喷气、射水振动沉管清孔法的基础上，进一步集成了自由脱落钢索抱紧栓点防掉桩技术、篮子式搜索套管断桩拔除技术、桩孔回填加固保压技术等关键工艺，最终形成全套管喷气射水振动沉管清孔拔桩施工技术。

1 工程概述

苏州桐泾路作为“七纵”主干路之一，是苏州市穿越沪宁高速公路、沪宁城际铁路、沪宁铁路及北环快速路进而联系南北片区的重要通道。桐泾路北延项目施工隧道总长1336m，其中盾构段长度490m，盾构井长50m。线路由北向南，依次穿越山塘河、沪宁城际高铁、京沪铁路和北环快速路到达南侧工作井接收，具有短（短距离连续穿越多类型高风险源）、浅（超浅覆土，最浅处0.49倍洞径）、险（风险源地段占比62%）、严（作为国内首条下穿高铁的大直径盾构项目，沉降要求控制在2mm以内）、高（作为苏州首条大直径泥水盾构，关注度高，社会影响大）等特点。

南侧盾构工作井附近原为20世纪90年代建设苏州净化设备厂，因修建北环路搬迁后为废旧停车场。如图1所示，盾构区间范围内存在地下方桩障碍物，数量较多，且无规律，埋深约2.5～3.5m，桩长9～14m。工作井接收路线覆土厚度6.47m，方桩桩身已侵入到盾构掘进范围内，为保证盾构施工安全推进，必须提前进行拔桩处理。

2 施工工艺原理及流程

2.1 施工工艺流程

图2为全套管喷气射水振动沉管清孔拔桩的示意图，图3为工艺流程图。

2.2 工艺原理

其工艺原理为：拔桩前，通过开槽探挖采集桩位坐标，确定拔桩范围并打设承压降水井，建立承压水收集回收利用系统;套管就位后开始振动下沉，利用套管外壁的二套启压冲气管充气进行加压清孔，使套管与桩身之间桩孔内的泥浆水随气流充分溢出套管，由上口排出;待泥浆水排除干净后，采用自由脱落钢索抱紧栓点防掉桩技术，吊拔旧桩（当存在既有断桩时，采用篮子式搜索套管斷桩拔除技术）;起桩后在套管，孔内回填水泥土至套管顶，同时利用振动锤充分振动套管使管内遗留水分随套管溢出，使土体下坠充分振实，再边振动边缓慢提升至完全拔除套管，达到回填与原土充分粘结和最佳密实度的效果;最后，对探挖区域回填恢复平整，拔桩范围内进一步采用高压旋喷桩加固，废弃桩集中处理。

3 操作要点

（1）开槽探挖采集桩位坐标。根据前期勘察确定阻碍盾构隧道施工的旧桩位置，破除原混凝土路面，地面开槽探挖并暴露桩头，深度2.5～3.5m，1∶1放坡，采集坐标确定需要拔除的桩位。

（2）承压水收集回收利用系统建立。根据地下水位情况和探测的旧桩桩位，明确降水范围，计算确定承压降水井深度、数量和分布形式等设计参数。打设完成后依次与地面已布置好的集水箱、增压泵和上水管网相联通，建立完整的承压水收集回收利用系统。

（3）套管就位。根据旧桩直径深度等尺寸参数，加工制作含多个水路和气路且刚度满足要求的钢套管，并安装到位。

（4）高压射水清孔、振动沉管。采用履带式吊车吊住200kW零电流启动的振动锤，振动钢套管垂直下沉至桩底标高下50～100cm处（见图4）。下沉过程中，开启高压水泵进行套管内桩外侧泥土冲刷清洗，直至桩身被独立剥离出来，同时将管内泥浆水随气流全部溢出套管。

（5）吊拔桩体。采用自由脱落钢索抱紧栓点防掉桩技术：待套管内高压射水清孔排除泥浆水后，根据旧桩尺寸和深度等参数，沿桩身自上而下设置多道自由脱落钢索抱紧栓点，用履带式吊车吊拔旧桩并吊运至附近堆置场地（见图5）。

当场地内存在既有断桩时，采用篮子式搜索套管断桩拔除技术：根据标定的既有断桩位置和标高，采用钢套管进行探触断桩的部位，对准断桩位置进行套桩，套到断桩的上端后，继续沉管至桩底下50～100cm，启用套管自动油压封底装置：通过油压使竖向托板托展成封闭状态，封底板设有50mm泄淤孔，启动油压器按钮开关，将托板合拢，进行套管封底，利用托板边提升边振动排放泥浆水直至套管露出地表，打开封底托板，取出断桩，确保拔桩彻底，不留后患。

（6）回填桩孔。为防止塌孔，每个桩拔除后应及时采用振实法回填。根据拔桩孔位的尺寸估算回填所有桩孔所需的理论土方用量，单根桩回填土方根据要求以0.8系数计算。回填土土源宜选择含水量低、无杂物、松散的粘性土。

（7）振动拔管。待完成桩孔回填后，启动固定在钢套管上的振动锤，使用履带式吊机起吊边振动边拔除钢套管。

（8）探挖区域回填。待钢套管拔除后，对探挖区域采用水泥掺量6%的水泥土进行回填，回填压实度大于90%。回填完成后，对探挖区域进行混凝土路面恢复，必要时可采用双层双向配筋，以满足施工期间盾构机械设备、材料等进出场的地面荷载要求。

（9）桩孔高压旋喷桩加固。为确保后续盾构穿越保压效果，路面恢复完成后，通过采集的旧桩坐标进行定位，对拔除后的桩孔位置采用三重管高压旋喷桩进行加固保压。

4 效益分析

4.1 经济效益分析

自由脱落钢索抱紧栓点防掉桩技术可显著提高拔桩效率和质量，避免无谓返工造成的工期成本损失;桩孔回填加固保压技术则确保了后续盾构掘进的正常施工，避免塌孔、冒顶造成的经济损失，间接经济效益显著。

4.2 社会效益分析

本技术采用钢套管振动下沉将旧桩单独隔离，对周边土体扰动较小，施工效率提高，现场施工中扬尘和噪音持续时间有限，降低了对周围环境的影响;桩孔回填加固保压技术可实现回填水泥土和旋喷泥浆与原土充分粘结达到最佳密实度，保压效果良好，避免了盾构掘进发生事故对社会造成的严重影响。

5 结语

依托桐泾路北延工程，本文通过对全套管喷气射水振动沉管清孔拔桩施工技术进行了改进，高效顺利完成了清障拔桩工作。主要结论有以下3点。

第一，拔桩时，采用沿桩身间隔设置多道自由脱落钢索抱紧栓点的方法，存在断桩时采用篮子式搜桩法，实现多重保障，可有效确保拔桩彻底。