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(kāi)展，經(jīng)常會(huì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)線二期土建工程TJ3216標(biāo)段駱駝北站施工過(guò)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(chē)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(chē)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jī)雙套筒拔樁作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)動(dòng)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(shí)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(jī)械改造

本工程利用步履式拔樁機(jī)（型號(hào)BZ-70）中的動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行施工，該設(shè)備主要由2個(gè)110 kW電機(jī)通過(guò)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(dòng)力。BZ-70樁機(jī)在機(jī)械改造過(guò)程中需將長(zhǎng)螺旋鉆桿拆除，更換成鋼套筒。拔樁清障主要利用動(dòng)力設(shè)備產(chǎn)生的下壓力及扭矩，驅(qū)動(dòng)鋼套筒轉(zhuǎn)動(dòng)將套筒鉆入地下。套管由內(nèi)外2個(gè)套筒組成，兩者通過(guò)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(zhǎng)不得超過(guò)39 m，同時(shí)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(guò)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(shí)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(wèn)題。如采用傳統(tǒng)的單套筒拔樁施工，在拔除過(guò)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(gè)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(shí)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(guò)程中一次性回填砂會(huì)導(dǎo)致套筒拔除困難，通過(guò)設(shè)計(jì)鋼套筒回填裝置，即設(shè)計(jì)1節(jié)長(zhǎng)1.5 m與外套筒等直徑、同材質(zhì)的鋼套筒，在其側(cè)壁開(kāi)孔作為灌料口，通過(guò)法蘭與鋼套筒連接。該裝置與拔樁機(jī)可實(shí)現(xiàn)拔樁過(guò)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(diǎn)

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(zhǎng)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(guò)鎖扣與內(nèi)側(cè)套筒進(jìn)行連接，保證鉆入時(shí)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(dòng)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(guò)觀測(cè)操作系統(tǒng)相關(guān)儀表的讀數(shù)來(lái)確定負(fù)荷是否過(guò)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(guò)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(guò)程中，鋼套筒鉆進(jìn)15 m后，同鉆進(jìn)方向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)套筒，通過(guò)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(guò)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(pán)突然間出現(xiàn)一個(gè)增長(zhǎng)，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，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(dòng)的動(dòng)力打開(kāi)套筒內(nèi)的托盤(pán)，從而達(dá)到兜住廢樁的目的。通過(guò)步履式拔樁機(jī)的動(dòng)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(kāi)地面后，繼續(xù)采用與鉆進(jìn)方向相同的動(dòng)力打開(kāi)內(nèi)套筒托盤(pán)，慢慢放出廢樁并截?cái)?，然后通過(guò)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(wú)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(hào)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。

4 施工效果

4.1 安全可靠，對(duì)土體擾動(dòng)小

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

4.2 樁架可移動(dòng)，施工速度快

BZ-70樁架利用下部4個(gè)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(duì)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(guò)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(xiǎn)小，環(huán)保，一機(jī)兩用

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(shí)將套筒中的合金刀頭打開(kāi)，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(guò)程中不會(huì)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(chē)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(zhǎng)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(jī)本身自重大，對(duì)其站位時(shí)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(shí)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(guò)程中的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語(yǔ)

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(guò)在寧波市軌道交通3號(hào)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(duì)鄰近建筑物基礎(chǔ)和地層的擾動(dòng)和破壞，節(jié)省費(fèi)用約5萬(wàn)元，為同類(lèi)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(guó)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.