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    南通市地铁二号线路段清障工程案例

    2019-2-27

    1.工程概况

    (1)拔桩工程概况

    拟建工程位于南通市港闸区,具体施工地点为通扬运河分支河道。因南通市地铁二号线运行线路规划需经过此处,为保证地铁线路的正常盾构施工,特需进行此河道处桥桩拔除清障施工。

    拟建工程场地地下存有原大桥施工留置的灌注桥桩,其基本参数为:桩径1200mm,桩深22m。为保证本工程的正常施工,需先将施工场地与河道通过筑堤隔离,并将场地硬化平整,随后进行拔桩清障施工。

    本施工案例主要讲述如何利用全套管全回转钻机进行拔桩清障施工,同时详细解读施工过程中的技术要点。

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    施工现场平面图

    2.施工原理

    全套管全回转钻机在工作时会产生下压力和回转扭矩,带动钢套管回转下压,同时依靠钢套管头部安装的高强度刀头对旧桩周围的土体、岩层、钢筋砼等障碍物进行切削分离,采用冲抓斗及履带吊将分离后的旧桩体拔出,此时钢套管可充当护壁防止塌孔等事故导致地层沉降变化影响周围基础设施。旧桩体拔出后,进行钢套管内部砂土回填。

    3.施工设备

       ① DTR2106H型全套管全回转钻机1台;

       ② SCC125t履带吊车1台;

       ③ 挖掘机及装载车各1台;

       ④ 钻机配套冲抓斗、重锤、楔形锤。

    4.施工工艺

    (1)施工流程

    单点桩位旧桩拔除施工工艺流程(分段拔除):

    施工准备→桩位放样→铺设工作平台→钻机就位→钢套管下压→楔形锤嵌入→回转扭断旧桩→拔除扭断旧桩→冲抓斗抓取、外漏下段桩头→重复钢套管下压~拔除扭断旧桩施工→冲抓确保清障彻底→回填拔管完成旧桩拔除施工。

    (2)具体施工步骤

    a. 施工准备

    根据业主提供原有桥桩的基本信息确定桩位,同时参考旧桩的桩径、桩深等参数选取合适的钢套管和全套管全回转钻机。其中,本项目工程旧桩桩径为1200mm,结合过往施工经验及本项目地点的实际情况,最终选用直径2000mm钢套管进行旧桩拔除作业。

    b. 桩位放样

    根据现场已经测设好的测量控制网,利用全站仪对旧桩桩位进行放样,并用明显物品做出标记。本项目工程旧桩体为桥桩,桩体顶端已外漏,可直接进行桩位确定。

    c. 铺设工作平台

    因本项目工程施工地点为河道,地表淤泥等需要提前清理并做场地硬化平整处理。同时在施工桩位地点铺设大型工作平台,减少钻机中心处压强,防止地基软弱造成钻机下陷或地表坍塌。

    d. 钻机就位

      工作平台铺设完成后进行钻机设备就位。首先利用十字定位法将基板吊至桩心位置,接着用履带吊将全套管全回转钻机吊放在基板正上方,要求钻机主夹具中心位置点与十字定位中心点在一条垂线上,钻机就位后,将反力叉、反力架、配重等辅助设备与钻机相连接。

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    e. 钢套管下压

      钻机工作前,首先利用钻机水平调节功能将钻机自身调节至水平位置,接着用履带吊吊装第一节钢套管,钻机开始回转及下压动作将钢套管旋转压入土体,第一节钢套管压入完成此时根据回转扭矩及下压力等参数判断续接第二节钢套管亦或进入楔形锤嵌入分段拔除施工。其中,第一节钢套管的下压的垂直度对后节钢套管的垂直精度影响很大,因此第一节钢套管下压过程中必须经常从X、Y两个轴线方向通过测锤或经纬仪检查钢套管是否垂直,如若出现偏斜情况需及时纠偏。

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    f. 楔形锤嵌入

    当钢套管下压到位后,起吊楔形锤沿钢套管内壁自由下落,依靠楔形锤自重产生的冲击力将楔形锤嵌入旧桩体与钢套管之间空隙,确保嵌入塞实后进入下步工序。

    g. 回转扭断旧桩

    楔形锤嵌入旧桩与钢套管内壁空隙牢实后,启动全套管全回转钻机进行回转。钻机的强大扭矩通过楔形锤传导将旧桩体扭断。旧桩扭断的表现形式为旧桩体桩头随钢套管一同回转。

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    h. 拔除扭断旧桩

    确认旧桩已被扭断后安排人员进入钢套管内部对桩头部分用锁链进行捆绑或焊接等方式挂牢被扭断旧桩体,随后采用履带吊和全套管全回转钻机相互配合将被扭断旧桩拔出钢套管。

    i. 冲抓斗抓取、外漏下段桩头

    扭断旧桩体拔除后,履带吊起吊冲抓斗依靠吊机的大小吊钩配合来进行冲挖作业,直至下节段旧桩桩头外漏后停止冲抓。 

    j. 重复钢套管下压~拔除扭断旧桩施工

    下节段旧桩桩头外漏后,重复进行e、f、g、h、i工序施工作业。直至整体旧桩完全被拔除。

    k. 冲抓确保清障彻底

    根据拔出旧桩的长度判断地下是否还存有断节旧桩,继续采用冲抓斗取土方式将钢套管内部的障碍物、废旧砼结构彻底清除干净。

    l. 回填拔管完成旧桩拔除施工

    确认钢套管内部清障彻底后,需要往钢套管内部回填砂土充盈旧桩的原有空间,防止孔壁坍塌等现象对周围土体环境产生影响。在回填的同时逐节拔出钢套管,要求钢套管要始终低于回填土标高2m左右,直至回填到设计标高和钢套管全部拔出,完成该桩位点拔桩清障任务。

    (3)施工要点

    ① 钢套管选取控制

    在拔桩清障项目中,钢套管型号的判断选择是施工顺利与否的关键。钢套管口径选择过小会导致清障不彻底,甚至会产生闷管现象,严重影响施工进度,钢套管口径选择过大会导致旧桩难以与土体分离,影响施工效率。因过往工程施工的旧桩质量无法把控,经常会出现“大肚皮”或者垂直度不高的现象,因此钢套管口径选择不能一成不变,一定要结合实际来选取。

    “大肚皮”现象                      垂直度不良现象       

    ②地基处理控制

    若施工场地较为复杂或软弱时,需要提前清理并做场地硬化平整处理。同时需要在施工桩位地点铺设大型工作平台,其原理是通过增大钻机下压力与地面接触面积以此减少钻机中心处压强,防止地基软弱造成钻机下陷或地表坍塌。

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    ③ 旧桩拔除控制

    全套管全回转钻机依靠强大的扭矩将旧桩体与周围土体分离,实现旧桩独立拔除的前提条件,它表现在当全套管全回转钻机带动钢套管回转时,内部桩体跟随套管一同回转。此时,安排人员进入钢套管内部进行桩头部分捆绑固定工作,根据不同的现场情况可采用捆绑、焊接等方式进行固定,固定完成后采用履带吊车与全套管全回转钻机相互配合将其拔除,具体配合方式为:首先利用全套管全回转钻机将钢套管及内部废旧桩体一同起拔至一定高度,履带吊大钩起吊拉拔废旧桩体(起吊力仅需拉住旧桩体即可,具体起吊力根据工况而定),此时全套管全回转钻机使用回转/摇动模式并略微下压,当履带吊发现起吊力增加过大时,吊车司机鸣笛示意停止钻机下压动作,钻机继续回转/摇动分散桩体与钢套管内部土体压密现象,当履带吊车起吊力变小后,吊车司机通过不同的鸣笛方式指示钻机操作人员继续轻微下压钢套管,如此反复循环,直到桩体与周围土体完全分离后履带吊车将扭断旧桩从钢套管内拔除。

    ④ 测量施工质量控制

    仔细观察拔出的桩和障碍物,严格控制清桩深度,清桩要彻底,残留混凝土块及钢筋要抓取干净。一般通过测量拔出旧桩长度及测量实际孔深作为判断依据。 

    ⑤ 回填控制

    旧桩拔除后,其原有空间需要回填砂土将其充盈,防止孔壁坍塌对周围地层环境产生影响。本项目工程回填采用符合设计要求的砂土。具体步骤为从钢套管底部往上回填粘土,每次回填高度约2m左右,回填后用重锤夯击数次,保证回填密实;回填过程中同步钢套管起拔作业,要求钢套管不能超前于回填高度,以此反复直至将回填土填至设计标高为止。

    (4)施工进度

    本项目工程中单台全套管全回转钻机拔除旧桩施工效率为1.5天/根。

    (5)施工效果

    采用全套管全回转钻机进行拔桩清障,施工简单便捷,清障彻底且施工过程中不会对周围土体或建筑设施产生扰动,经济环保。

    5.小结

    本项目工程施工最大的特点是将钢套管钻进压入高密度河沙土体中,利用套管护壁作用及钻机自身的强大扭矩,实现钢套管内部拔桩清障施工。具体如下:

    ① 施工过程简单可靠,无振动低噪音;

    ② 安全性能高,减少对周围土体扰动;

    ③ 快速便捷,减少施工成本;

    ④ 适用范围广,经济环保。