謝偉光 金建鋒
寧波市建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 浙江 寧波 315000
隨著市政橋梁、地鐵隧道等項(xiàng)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(xiàng)新興的技術(shù),清除地下障礙物的施工機(jī)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(jī)械資源,結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告,對現(xiàn)有的機(jī)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]。
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(jì),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。
步履式拔樁機(jī)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。
2.2.1 機(jī)械改造
本工程利用步履式拔樁機(jī)(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(jī)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(jī)在機(jī)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(jì)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(jì)鋼套筒回填裝置,即設(shè)計(jì)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(jī)可實(shí)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
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。
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(yùn)轉(zhuǎn)。鉆機(jī)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。
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(jī)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(jī)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?cái)?,然后通過樁機(jī)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。
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(qiáng)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(shí)。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(jī)械移位后,將孔洞填至與地面齊平。
步履式拔樁機(jī)進(jìn)行拔樁時,機(jī)械施工對土體擾動小;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(shí),對周邊的道路及管線基本無影響。
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。
利用該機(jī)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。
BZ-70步履式拔樁機(jī)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(yàn)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(jī)下側(cè)增設(shè)鋼墊箱,確保步履式拔樁機(jī)在施工過程中的穩(wěn)定性。
步履式拔樁機(jī)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(fèi)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(jī)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(bào),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.