萬(wàn)治安 上海隧道工程有限公司

王劍鋒 上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司

梅君 上海隧道工程有限公司

甄亮 張濤 上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司

蔣禮兵 鎮(zhèn)江市給排水管理處

1.工程概況

沿金山湖CSO溢流污染綜合治理大口徑頂管工程（一標(biāo)段）位于金山湖畔，管道口徑DN4000，壁厚320 mm，采用鋼筋混凝土頂管施工，全長(zhǎng)6434m，管道最大埋深30m。起點(diǎn)位于金山湖與運(yùn)糧河交匯河口處Y-1江南泵站節(jié)點(diǎn)豎井，終點(diǎn)為Y-8末端排放井節(jié)點(diǎn)，先后經(jīng)過(guò)8座節(jié)點(diǎn)豎井，全程采用水下曲線頂管施工方式。本工程Y3-Y2頂管軸線遭遇金山壹號(hào)輪船酒店棧橋樁基（如圖1所示），為確保頂進(jìn)安全，減少對(duì)地面構(gòu)筑物影響，建議對(duì)頂管軸線兩邊5m范圍內(nèi)所遇到的地下樁基進(jìn)行拔除。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)放樣與金山湖樁基單位樁基施工點(diǎn)對(duì)照，有22根樁位于頂管管線位置，此外有17根樁位于頂管軸線1.5米影響范圍內(nèi)，樁基為PHC-800-AB，長(zhǎng)度為24m。因此需對(duì)棧橋進(jìn)行拔樁改造，以滿足頂管施工要求。

圖1 頂管與棧橋樁基相對(duì)位置圖

本工程頂管軸線上有一景觀便橋，其基礎(chǔ)預(yù)應(yīng)力管樁位于頂管軸線上，為確保頂管施工的順利進(jìn)行，需采用拔除預(yù)應(yīng)力管樁的方式。鑒于對(duì)工程總體進(jìn)度的綜合把控，管樁拔出施工需在3個(gè)月內(nèi)完成，時(shí)間緊、任務(wù)重，但采用傳統(tǒng)的人工挖除暴露樁基拔樁的方法效率過(guò)低，無(wú)法滿足工期要求，因而需對(duì)管樁拔除工藝進(jìn)行改進(jìn)。

2.方案比選與優(yōu)化

目前針對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁拔樁的工藝主要有全套管鉆機(jī)拔樁[1-4]、沖水拔樁法[5-6]、振動(dòng)拔樁[7-8]等。由于施工空間受限等問(wèn)題，全套管鉆機(jī)拔樁不適用于本工程，結(jié)合全套管鉆機(jī)拔樁和沖水拔樁法的施工特點(diǎn)，針對(duì)本工程拔樁施工的具體實(shí)際，提出了噴氣松土后拔樁和液化土體后拔樁兩種方案。

（1）方案一：噴氣松土后拔樁。采用噴氣松動(dòng)土體的方式拔樁，即采用高壓噴氣裝置松動(dòng)樁基與土體的連接，而后拔出樁基的方式。該方案通過(guò)在需要拔除樁基的的周圍安裝與空壓機(jī)相連接的鋼罩，鋼罩內(nèi)部安裝有噴氣孔，樁基拔除的過(guò)程中，空壓機(jī)通過(guò)噴氣孔噴射高壓氣體，對(duì)樁基周圍的土體進(jìn)行擾動(dòng)和切削，以降低樁基與土體之間摩擦，減小樁基拔出的阻力，便于樁基順利拔除。該方案施工過(guò)程中，需要特別注意空壓機(jī)提供的氣壓與拔樁速度存在一定的依賴關(guān)系，若拔出樁基的速度過(guò)快，則易于在土體中產(chǎn)生負(fù)壓而使得噴氣孔阻塞；如果樁基拔出的速度過(guò)慢，則土體固結(jié)將產(chǎn)生附加的摩阻力使得拔管變得困難，影響施工效率。針對(duì)不同的土層條件，樁基拔出的速度與噴氣孔氣壓間存在相對(duì)較優(yōu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1所示，拔樁所需氣壓隨淤泥、黏土、粉土、沙土逐漸增加；土質(zhì)相同情況下，拔樁速度隨氣壓的增加而增快。

表1 不同土層條件下樁基拔除速度與氣壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系表

本方案有如下特點(diǎn)：

①壓縮空氣有效削弱樁基與土層連接性，便于拔樁。

②本工程多為淤泥，且在水域，壓縮空氣松土罩裝置在水域不易實(shí)施，且易造成堵管。

③松土罩在淤泥工況下拔樁速度不好控制，拔樁過(guò)快易導(dǎo)致噴氣孔阻塞，而拔樁過(guò)慢則將因土體固結(jié)產(chǎn)生附加摩阻力阻礙樁基拔除。

（2）方案二：液化土體后拔樁。將樁基周圍土體液化成泥漿，再將泥漿吸出暴露出樁身而后進(jìn)行拔樁。本方案先打設(shè)與鋼管同心設(shè)置的Ф800鋼套管，結(jié)合高壓水流和空氣幕使土體產(chǎn)生動(dòng)力液化，再采用吊車將樁體拔除，管內(nèi)進(jìn)行黏土、淤泥等填充處理，最后通過(guò)200噸履帶吊懸掛DZ135震動(dòng)錘拔除鋼套管。為防止周圍土體沉降及位移，樁基拔除時(shí)不能集中拔除，必須間隔拔除，并在每根樁拔除后將樁孔回填密實(shí)，隨后在每個(gè)樁孔內(nèi)進(jìn)行壓密注漿，等漿液的強(qiáng)度滿足要求以后，進(jìn)行相鄰的樁基拔除施工，待所有樁基拔除完畢以后。通過(guò)壓密注漿進(jìn)行土體加固。確保頂管施工及地上構(gòu)筑物的安全。

本方案中，鋼護(hù)筒有效隔離待拔除管樁與其他樁，避免拔樁過(guò)程中對(duì)其他管樁及周圍土體擾動(dòng)過(guò)大；采用高壓水和空氣幕破壞土體時(shí)需嚴(yán)格控制水槍和氣管插入深度，插入深度小于鋼管插入深度2米以上，以確保管內(nèi)底部土塞效應(yīng)，土塞效應(yīng)能夠防止液體向鋼護(hù)筒下部滲漏，導(dǎo)致液體倒灌入護(hù)筒內(nèi)影響壓縮空氣噴入。

表3 回填料28d無(wú)側(cè)限強(qiáng)度檢查表

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際，本工程采用液化土體后拔樁的施工工藝。

3.施工技術(shù)

本技術(shù)的施工工藝如圖2所示。

圖2 本技術(shù)施工流程圖

（1）鋼套管打設(shè)。鋼套管采用現(xiàn)場(chǎng)一次性焊接成型的內(nèi)徑Φ800、壁厚16mm、長(zhǎng)度14m（可加長(zhǎng)）的鋼管，施工過(guò)程中采用200噸履帶吊車懸掛DZ135震動(dòng)錘整體打入土體中。為確?，F(xiàn)場(chǎng)制作精度，需采用專用夾具以保證焊縫焊接牢固，同時(shí)，鋼套管的底端部采用型鋼或者鋼板加勁補(bǔ)強(qiáng)，以避免鋼套管打設(shè)過(guò)程中因遇硬物而產(chǎn)生的損傷。鋼套管與管樁進(jìn)行同心打設(shè)，其垂直度需嚴(yán)格進(jìn)行控制，若產(chǎn)生傾斜等垂直偏差，需將鋼套管拔除并進(jìn)行重新打設(shè)。

鋼套管上預(yù)設(shè)置有高壓管，通過(guò)噴射高壓水流和高壓氣流形成高壓水幕和高壓空氣幕，對(duì)鋼套管內(nèi)原有樁基周邊土體進(jìn)行擾動(dòng)和切削，破壞土體結(jié)構(gòu)，使得土體發(fā)生震動(dòng)液化，待樁周土體液化形成泥漿后抽出?；谠撌┕すば?，可有效破壞鋼套管內(nèi)的土體，便于鋼套管順利打設(shè)，同時(shí)，高壓空氣和高壓水流所形成的土體動(dòng)力液化，有效降低了鋼套管與其周圍土體間的摩阻力，起到減摩作用，避免因過(guò)大的摩阻力引起鋼套管難以打設(shè)的難題。同時(shí)采用10m3空壓機(jī)和鋼套管內(nèi)預(yù)先留置的高壓氣管不斷向套管內(nèi)沖壓縮空氣，使其形成空氣幕，將鋼套管內(nèi)的土體產(chǎn)生充分的動(dòng)力液化作用，便于后續(xù)拔樁，動(dòng)力液化后的土體泥漿通過(guò)泥漿泵進(jìn)行抽出，基于泥漿管路輸送到泥漿箱中，待進(jìn)行初步沉淀后及時(shí)運(yùn)出施工場(chǎng)地。

高壓水和高壓氣的沖孔底標(biāo)高應(yīng)達(dá)到原樁樁底標(biāo)高，樁周圍的土體液化后，用200噸履帶吊將原樁吊出放至地面。然后用超長(zhǎng)車運(yùn)出場(chǎng)外。施工現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)觀測(cè)6根樁所需要套筒打設(shè)速度與拔樁速度繪制如表2所示，套筒打設(shè)和拔樁平均速度分別為5.5m/h和2.28m/s。

表2 預(yù)埋式高壓水管及氣管液化法實(shí)施檢查表

（2）樁孔填充。鋼套管及管樁拔除以后，原樁孔位處必須進(jìn)行回填，以避免因地層損失造成的樁周土體沉降及周邊既有建筑物或管線等的變形和位移。樁孔回填前，需將鋼套管內(nèi)的泥漿和水吸出至減摩標(biāo)高，并采用預(yù)拌商品黏土球和低標(biāo)號(hào)水泥進(jìn)行樁孔回填，以確保充填材料的強(qiáng)度達(dá)到0.5MPa～0.8MPa。

樁孔回填過(guò)程中，通過(guò)振動(dòng)錘動(dòng)力沖擊作用，促使孔內(nèi)填充物進(jìn)行動(dòng)力振動(dòng)密實(shí)，振動(dòng)過(guò)程中持續(xù)向鋼套管內(nèi)注入填充材料，依次重復(fù)該過(guò)程，直到鋼套管完全填滿位置。通過(guò)計(jì)算鋼套管的容積及灌入鋼套管內(nèi)填充材料的質(zhì)量初步估算出填充材料的密實(shí)度。之后，邊振動(dòng)邊將鋼套管慢慢拔出，為確保施工質(zhì)量，拔管速度應(yīng)低于5cm/min，待鋼套管拔出50cm后，再向下插入鋼套管50cm，連續(xù)重復(fù)兩次后再向上拔起50cm。重復(fù)以上程序直至將鋼套管全部拔起，以確保充填材料密實(shí)度。

通過(guò)對(duì)施工時(shí)制備的回填料標(biāo)準(zhǔn)試塊，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試其28天無(wú)側(cè)限強(qiáng)度，其平均值為0.63MPa，滿足回填要求。

4.結(jié)語(yǔ)

本文基于依托工程，優(yōu)化并形成了同心打設(shè)鋼套管高壓液化土體管樁拔除技術(shù)，可滿足各種條件下預(yù)應(yīng)力管樁的拔除施工，在提高工效、保證施工質(zhì)量的同時(shí)降低安全風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)埋式高壓水管及氣管液化法解決了鋼套筒與土體摩擦阻力過(guò)大導(dǎo)致鋼套筒打設(shè)困難的問(wèn)題，鉆機(jī)破碎法解決了打設(shè)到一定深度遇到障礙物而導(dǎo)致鋼套管打設(shè)不下的問(wèn)題。采用本技術(shù)拔樁，鋼護(hù)筒打設(shè)平均時(shí)間在4小時(shí)，較以往平均打設(shè)時(shí)間6小時(shí)提高了33.3%；樁基拔除施工時(shí)間平均在1.4天左右，較以往平均拔除時(shí)間3天提高了50%；樁孔回填強(qiáng)度平均值在0.63MPa左右，符合“填充材料28天無(wú)側(cè)限強(qiáng)度達(dá)到0.5～0.8MPa”的標(biāo)準(zhǔn)，合格率達(dá)到100%，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，可為同類工程項(xiàng)目建設(shè)提供指導(dǎo)和借鑒意義。