張 良

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200438

拔樁施工常用的方法有：靜拔法、高壓旋噴泥漿拔樁法、振動沉管高壓水切割拔樁法、FCEC全回轉拔樁法。對混凝土空心方樁樁身強度較低，若直接采用靜拔法，拔樁過程中很有可能會拔斷。高壓旋噴泥漿拔樁法容易造成預制樁破碎、樁基接頭焊口斷裂等，樁土分離程度受周圍地層密實度的制約較大，尤其是斜樁拔樁的施工質量更不易保證。對于斜樁，在錘擊沉管過程中，管壁與樁身容易發(fā)生相互摩擦，且高頻振動易引起周圍土體液化，施工擾動較大[1-2]。

本工程中采用了帶改造裝置的振動沉管拔樁方法，該方法在打設鋼套管的同時，開啟空壓機和高壓離心式水泵，通過對樁側泥土的沖刷和稀釋來減少拔樁阻力，通過改造裝置讓拔樁套管適應待拔樁體自身的角度，防止斷樁。

本文通過對樁基拔除裝置的介紹，簡析裝置的制作、使用方法，淺談水下斜樁拔除防斷樁裝置的應用。

1 工程概況

上海港機廠碼頭位于上海黃浦江中游，楊浦區(qū)楊樹浦路南側，因江浦路越江隧道的建設，需把該區(qū)域內的69根500 mm×500 mm預應力方樁拔除，其中垂直樁55根，斜樁14根，樁長均超過31 m。拔樁順序由西向東進行（圖1）。

圖1 樁體平面布置

本工程水上拔樁數(shù)量較多，樁型較多，而且樁長、水深，還有部分斜樁，且其中多數(shù)樁基位于水下，樁位不明，水下可能還存在不明障礙物，影響拔樁施工，拔樁施工難度非常大。

2 樁基拔除防止斷樁的必要性

在盾構穿越過程中，特別是泥水平衡盾構機，其本身設計構造就沒有切割樁基的能力，在碰到障礙物后就不可避免地對盾構掘進造成很大的麻煩。輕則造成壓力波動、管路擁堵，重則造成堵管、停機，甚至須開倉進行清理。這樣一來，不僅對出倉處理人員的人身安全產生危害，而且盾構機前方土體容易失穩(wěn)，甚至坍塌，風險巨大。另外，拔樁區(qū)域周邊建（構）筑物眾多，土體沉降、坍塌后，不可避免地會對防汛墻、輪渡碼頭等產生影響，導致其不均勻沉降、開裂甚至坍塌的嚴重后果。

在本文所述工程拔樁過程中，因為拔樁區(qū)域位于黃浦江駁岸，待拔樁基的樁頂周圍存在大量拋石，拋石本身成為了套管下沉的障礙物，而且水下清理拋石的難度大，不能確保清理干凈，這樣對拔樁套管下沉角度、下沉速度、質量等都產生了不同程度的影響。有時拔樁套管與待拔樁基之間的間隙會被拋石卡住，造成套管不能下沉。嚴重時，套管碰到拋石后會產生變形，甚至破壞，導致拔樁施工不能順利進行。另外，在最初直樁的拔除過程中，部分樁基受套管下沉擠壓影響造成不同程度的損壞，混凝土結構出現(xiàn)破損、碎裂的現(xiàn)象。樁基拔出后發(fā)現(xiàn)只有鋼筋連接，有部分混凝土碎塊遺落在地下。這些碎塊在土層中淤積，待盾構掘進至此位置時，會造成盾構機的泥水環(huán)路吸口堵塞或者堵管，不利于盾構推進。

在斜樁角度復核的過程中，原來施工的斜樁沉樁角度與設計圖紙不盡相同，原設計圖紙中設計要求斜樁中心線與垂線夾角為25°，根據樁基上部分的測量復核，發(fā)現(xiàn)其角度在15°～35°之間，導致拔樁套管的初始角度很難確定。只有研究出一種讓拔樁套管可以自由地根據待拔樁基的傾斜角度進行下沉的方法，才能有效保證套管不會對待拔樁基造成破壞甚至切斷的情況。

樁基拔除本身就是為盾構機掘進疏清障礙，如發(fā)生待拔樁基損壞、斷樁，障礙物不能完全清理干凈，那么拔樁的整個施工將會毫無意義。所以，拔樁過程中防止斷樁顯得尤為重要。

3 拔樁裝置型式介紹

本工程中涉及的套管改造裝置包括以下幾部分：無縫螺旋鋼管（分為2節(jié)），坡口鋼板（若干塊），圓柱形滾輪，如圖2所示。

圖2 拔樁裝置

1）選用大于樁體對角線6～8 cm內徑的無縫螺旋鋼管，管壁厚2 cm。套管長度宜比待拔樁體長1 m左右。壁厚2 cm主要是防止套管長期使用后產生損耗，造成管壁變薄，從而縮短使用壽命。套管長度比待拔樁體長1 m，是為了使套管可以下沉至樁體下部，能夠充分切削樁體外側的土體，減小樁體與土體之間的摩阻力，使拔樁更為順利。

2）選用厚2 cm鋼板根據套管及樁體尺寸進行切割。

3）盡可能多地設置坡口（最少為樁體邊數(shù)的2倍）。坡口可以更好地防止套管將樁體切斷，設置2倍及以上的坡口可有效降低套管將樁體切斷的風險，使套管下沉更為順利，拔樁更為成功。

4）在坡口后方設置圓柱形滾輪，滾輪采用鋼板、軸承固定在套管內。滾輪寬度約為樁體邊長的1/2，滾輪數(shù)量宜為樁體邊數(shù)的3/4。本文所述工程中待拔樁基截面為正方形，故本次改造的套管內滾輪共3個。設置圓柱形滾輪，使套管下沉更為順利，并且使套管沿著樁體的方向、角度下沉，這樣無需刻意定位套管方向，便可使套管順利下沉。

5）最后將剩余套管全部采用滿焊連接，并增加腹板進行加強。

4 裝置的使用方式

本工藝采用振動錘將套管套住方樁插入水面及江底以下，用水力機械沖削方樁與套筒間土體，使整根樁與土體摩阻力消失，然后用吊機整根拔出。主要機械設備及器具為吊車、振動錘、空壓機、高壓水泵、拔樁套管等。

通過浮吊船起吊套管，用液壓振動錘將套管套在方樁外壁振動下沉到位。下沉過程中及時與方樁的一側緊貼摩擦下沉到位，保證全套管上下同心度。

全套管在下沉過程中，開啟高壓噴氣和高壓射水進行套管內樁外側泥土沖刷清洗至樁身被獨立剝離出來，邊沉管邊通過高壓氣流將管內泥漿水全部帶出套管。

施工工藝流程為：上部結構承臺切割拆除→止水護筒振沉→套管就位→高壓射水、噴氣清孔→振動沉管→吊拔樁體→回填樁孔→振管填土→振動拔管→沉降觀測→廢棄樁集中陸上外運處理。

本文重點在于套管頭部的改造裝置，樁基拔除過程中須避免斷樁，一旦樁基斷裂，將成為盾構掘進的障礙。

4.1 出現(xiàn)斷樁的理論分析

套管未改造前，其結構為單純的鋼管結構。由于本工程需要拔除的樁體均為預制樁，年代久遠，而且成樁質量不佳，極有可能會出現(xiàn)樁身斷裂或接頭連接件焊接斷裂的情況。根據以往施工經驗，斷樁原因可歸為以下幾點：

1）舊樁在施工時的垂直度偏差較大，造成套管下沉時由于振錘套管作用將其樁錘斷（最主要原因）。

2）舊樁本身年久破損，舊樁起吊時，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)樁都有多處斷裂現(xiàn)象。

3）舊樁的接樁焊接質量不規(guī)范，焊接質量不到位，造成套管提升時出現(xiàn)掉樁。

4）個別舊樁當時施打時，可能碰到地下障礙物，無法打入，采取截樁處理，導致拔出的舊樁樁長偏短。

最重要的就是在下套管過程中，套管與舊樁很難保證同心度，極易將舊樁損壞或者切斷。

套管在下沉過程中難免與待拔樁基形成夾角，形成夾角后，套管會與待拔樁基發(fā)生摩擦或者直接碰撞，這樣就會導致套管對待拔樁基產生損壞。

樁基損壞后或者切斷后，受待拔樁基的阻力作用，套管將很難下沉。套管拔除后重新進行套管下沉的步驟，亦難將套管下沉到位，且無法將斷樁取出，待拔樁基就會成為盾構掘進的障礙物。斷樁無法取出的原因如下：

1）套管第一次就位時，已在待拔樁體周圍形成套管下沉通道，此通道周邊土層在短時間內很難淤積進套管下沉通道。故再次下沉套管時，套管仍會按照既有通道的路線進行下沉，直至到達斷樁（樁體損壞）位置。

2）套管到達斷樁（樁體損壞）位置后，受待拔樁體的阻力作用，套管將不能下沉，套管與待拔樁體的夾角依然存在。在地層中的斷樁（樁體損壞）位置，已無法改變套管的角度使其與待拔樁體的角度保持同心，亦很難采取其他措施進行套管角度轉換。

3）拔樁位置位于黃浦江面，造成斷樁后只有采取沉井或超深圍堰進行圍護后用大開挖的方法來處理斷樁，這樣一來，其施工難度和施工成本均會大大增加，得不償失。

4）如果發(fā)生斷樁現(xiàn)象，套管重新下沉或采取沉井、圍堰的方式開挖進行取樁，首先對碼頭本身會產生不均勻沉降，另外對周邊的建（構）筑物（如本項目周邊的防汛墻、輪渡站等）也會產生不均勻沉降，進而導致建（構）筑物開裂甚至坍塌的不利情況。

綜上所述，本文中所介紹的改造裝置，從經濟性、合理性、適應性等多方面均有良好的使用和推廣價值。

4.2 套管改造后的使用效果及分析說明

本裝置改造后，其應用優(yōu)點和防止斷樁的適應性如下：

1）本改造裝置在運用中，通過改變拔樁套管內部結構來防止斷樁。內部結構中坡口、滾輪的設置，使待拔樁基不會與拔樁套管直接接觸，避免了待拔樁基承受集中應力的工況，使套管在下沉過程中避開待拔樁體，順利下沉。

2）特別是在斜樁拔除過程中，套管本身角度定位就很困難，極易造成套管切樁導致待拔樁體斷裂的情況。通過套管的改造，即使套管與樁基不同心，套管也不會對待拔樁體產生破壞，有效地避免了切樁這一現(xiàn)象，讓套管角度定向更為簡單，下沉更為順利，樁體斷裂風險更小。

3）改造裝置的滾輪數(shù)量為樁體邊數(shù)的3/4。在斜樁拔除工況的使用過程中，其滾輪若干邊應置于樁體靠上、靠下、靠左（或靠右）等側，使套管可以順著待拔樁基的側面順利下沉，這樣更有利于防止斷樁。

如圖3所示，在原來容易將待拔樁體切斷的位置增加坡口、滾輪后，無論套管與待拔樁基是何種夾角，只要其樁頭進入套管，通過待拔樁基與套管的相互束縛作用，套管會自然與待拔樁基形成趨向同心的角度，并且坡口頭部不會直接與樁基產生碰撞，亦不會切削樁基，這樣一來，自然會避免套管對待拔樁基產生損壞或待拔樁基發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。

圖3 裝置使用時示意

另外，水域碼頭拔樁的另一個難點在于：碼頭平臺拆除完成后再進行拔樁，此時待拔樁基的樁頭位于水中，尋樁困難，套管定位及套管下沉角度的確定難度更大。在不確定待拔樁體既有沉樁角度的情況下，就無法將套管的角度提前固定好，若角度選取不準確，則拔樁套管將與待拔樁基產生較大夾角，亦會對待拔樁基產生破壞或導致樁基斷裂。

在這種情況下，更能凸顯本文中所述套管改造裝置的優(yōu)點：改造后的套管只要能夠套住樁頭，利用鋼結構坡口、滾輪結合的結構形式，無論何種角度，均可直接開啟振動錘下沉套管，而且套管完全可以順著樁基的角度下沉，直至樁底，從而將樁基順利且“完好無損”地拔出。

本裝置已在上海江浦路越江隧道新建工程碼頭拆復建工程中成功進行應用。用原始套筒在最初的直樁拔除施工中，出現(xiàn)樁基損壞、斷樁的情況，后經過對套管進行改造，順利處理斷樁，且在后續(xù)拔樁過程中，未再次出現(xiàn)斷樁情況，樁體均完整拔除。

5 結語

本文中的套管改造裝置不僅適用于水域碼頭樁基的拔除，而且適用于陸地樁基的拔除，無論樁基為斜樁還是垂直樁，在拔除過程中均可以沿著待拔樁基自身的傾斜度進行下沉，在套管下沉過程中防止待拔樁體破壞，有效解決了地下樁基障礙物清理困難的問題。

此種拔樁套管改造裝置目前在上海地區(qū)已經有過多次運用，未來必會以其防斷樁效果好、拔樁速度快的優(yōu)點在類似工程中得到更多應用。