窄空间绿色高效机械拔桩施工技术
方昆林，张迎春，蔡唯益，李证吉，张艳（中建四局第五建筑工程有限公司，贵州贵阳550003）
[摘要]桩基础、护壁桩的按桩技术（pile pulling-technology）是现代地下建筑工程主要施工工艺之一，其旧建筑工程速、经济、振动小的施工特点，对机械改装拔桩施工技术进行了分析研究，并实现了墙边“零距离”拔桩，从本质上解 地下工程桩的拨除对临边建筑有着较大的影响，也是对局边土体稳定性影响最大的因素之一.结合适应性强、快决了桩体出土垂直度好、处理效率高，周边影响小的施工难点问题.
[关键词]械；拔桩技术；旋挖机；钢护筒；施工技术
[中图分类号]TU753.3 [文献标识码]A
[文章编号]1002-8498(2017)12-0061-03
Green and High Efficiency Mechanical Pile Pulling-technology in Narrow Space
FANG Kunlin ZHANG Yingchun CAI Weiyi LI Zhengji ZHANG Yan( CCFED the Fjfah Constraction &: Engineering Co. Guiyang Gzizhou 550003 China)
afe a jo ao s sd u pu pg ad jo ond ad a construction technology of underground construction works.Extraction of piles in old building underground has a greater impact on the surrounding of building limb and it is also one of the biggerfactors affecting the stability of surrounding soil. This paper bines the characteristics of strongadaptability fast economical and construetion vibration. Then the mechanical modifications pullingpiles are analyzed and a kind of zero distance to wall’ pile pulling is achieved. The paper has solvedessentially the issue of the pile unearthed vertical well construction of high efficiency and low impact construction difficulties.
Key words :piles; pile pulling-technology : rotary exeavator; steel sleeve; construetion
黏土、淤泥质土、粉细砂、人工填土（夯实），土质特性导致对灌注桩束缚性较差，在土层内可能会存在 扩径较严重的情况，拔桩施工前应分析桩体周围土体剪切摩擦力及桩径扩大处混凝土剪切力，根据其受力特点与大小选用相匹配的机械设备.桩体摩阻力数值统计如表1所示.
0引言
技术及施工方法的要求也是越来越高.地下工程 伴随着城市地下建设工程高速发展，其对施工桩作为现代最重要的施工工法之一，所用的材料、方法的多样性，给相当多的拔桩施工带来困难.本文针对该类问题进行分析研究，通过不同土层内桩体摩阻力数值对比及受力分析计算，综合考虑，提 出了一种利用机械改装方式达到拔桩快速、振动小、并且经济的施工技术.
表1桩体摩阻力数值统计[2）
Table 1 Statistic of frietional resistance of the piles
层号土层名称 土体状态 摩擦力特征值/LPs1 人工填土 0~912 3 粉砂土 淤泥质土 稍密/中密/密实 22 ~ 42/42 ~ 63/63 ~86 10 164 相质土c0. 90 64 100/44 64/22 ~ 44
该技术可以实现墙边“零距离”拔桩，并且作业效率高，整个施工过程将对外部的影响降至最低也 是本文所研究的目的所在.
1施工技术难点分析
1）通常需拔除的桩体范围内土质情况为粉质
2）因为土层变化、桩径变化等，如何通过研究分析来确定拔桩过程中所采取的特殊拔桩技术、机械设备，保证其正常钻进.
3）施工区域周围环境较复杂，拔桩范围内有各种市政管网，如煤气管道、电力电缆、给水排水管道 以及旧建筑地下结构等.拔桩过程中，如何减少对周围土体振动和压力，保证管线的安全，防止旧建筑物开裂倾斜，是本次分析研究的重大难点.
流砂、突涌和土体坍塌情况的发生. 4）拔桩过程中，如何控制土体压力平衡，防止
基于以上施工技术难点分析，并综合考虑施工机械、工期及成本，本文研究分析自主设计钢护简、利用旋挖机提供动力，并对旋挖机进行改装，可以实现全回转钻机拔桩工艺.
2工艺流程及原理
2.1工艺原理
由于桩体自身在地下与周边土体紧密联系，经数年的固结，灌注混凝土支护桩基本与土体形成整体，且相邻支护桩的间距较小，施工过程中易产生孔壁坍塌串孔现象.因此，桩体与周边土体的实际 摩擦力远比理论计算值要大.所以，拔桩前利用改装后的旋挖机将定制钢护简旋转压人桩周土体，钢护筒压人深度应低于桩底设计标高1m，以保证将桩身与周边土体或相邻桩身完全分离，减小桩身摩擦力.再利用钢丝绳及锁扣锁住钢护简，利用钢护筒 的环箍效应将桩身带出桩孔，达到将旧桩拔除的目的.
若钢护筒的环箍效应无法将桩身从桩孔内带出，则将钢护筒留在孔内，用钢丝绳捆住桩身吊出钢护筒.桩体吊出桩位后应立即采用合适的材料 对桩孔进行回填并压实.
2.2工艺流程（见图1）
3旋挖机改装及钢护筒设计制作
主要设计制作机械构件为：动力转换头、动力连接头、钢护筒.
3.1动力转换头
万方数据
3.2动力连接头
图1“零距离”拔桩施工流程
Fig. 1 Zero-distance pulling pile construction procedure
旋挖机通过动力转换头及动力连接头带动钢护简拔桩.动力转换头通过连接锚栓将旋挖机动 力输出装置与钢护筒动力连接头相连接，从而形成可靠的动力输出体系.钢护筒通过定位凹槽与定位凸华和配套的连接螺栓实现与钢护简间的连接（见图2）.
图2动力转换构件Fig. 2Dynamic conversion member
定位钢板和起定位加强作用的加劲钢板.动力转 旋挖机动力转换头包括内外圆环、平衡垫片、换头的内圆环与外圆环通过平衡垫片的定位钢板焊接连接.在相应定位钢板两侧分别有1块加劲钢方式进行连接. 板，该加劲钢板与动力转换头的内外圆环通过焊接
平衡垫片穿过定位钢板的中心圆孔固定，通过可调节的平衡垫片，可以保证动力连接头的垂直度；另外，在内外圆环上对称分布的4个位置各设有锚栓孔，可通过该锚栓孔与动力连接头及旋挖机动 力头相连接，从而保证整个旋挖体系的稳定性.
动力连接头包括与旋挖机相连接的带耳圆环、连接头外扩圆环、钢护简连接件、平衡螺栓垫块和定位环加劲板.带耳圆环与平衡垫片通过常规焊 接方式相连，在2个耳翼上各设有1个圆孔与其动力连接头相对应，并且可对圆口周边进行加固，从
表2抵抗矩计算数据统计
Table 2 Resistance moment calculation data
，为套简360°回转时侧拳阻力产生的抵抗矩刀头切制混凝土抵抗矩W 15m土层全为粉细砂 12m 淤泥度土 3m 粉细砂 2. 58m填土9.54m淤泥0.88m粉细砂W = 61. 2kN -m F=WW. 61. 2 424. 2 = 485. 4kN -m W =424.2kNm 61. 2 254. 5 = 315. 7kN V =254. 5kNm 61. 2 184. 3 = 245. 5kN -m W = 184. 3kNm
面较好地防正了局部集中应力过大的情况.钢护筒连接部与带耳氢圆环及连接头外扩圆环焊接连接，形成整体.
凝土剪切强度试验值，为3.15MPa；为套筒半径，r=0.5m；H为套筒钻进深度，H=15m；q为土层侧摩阻力特征值，粉细砂土层g.=28kPa，淤泥质土层q=10kPa:
连接钢护简下部设置了限位环，限位环与连接钢护 为防止旋挖过程中钢护简间出现错位现象，在简通过加劲钢板焊接连接，形成一体系统，从而起到限位作用.
根据式（1）进行抵抗矩计算，计算结果如表2所示.
本工程旋挖机最大扭矩W=390kNm，当旋挖机扭矩大于总抵抗矩时（即W：315kNm，能满足支护桩拔除时扭矩要求.
5关键技术
1）旋挖钻进过程中，钢护筒内滋人泥浆，使泥浆液面保持和地面水平，每沉降完一节钢管再吊装上一节钢管.保证位置对准以后，用高强螺栓连接进行钻进.
图3钢护筒Fig.3 Steel sleeve
为方便钢护简的定位与连接，在钢护简连接部下部设置回槽，且在内部留置一个台阶，壁厚减小为原壁厚的一半，并在凹槽上部开设螺栓孔，凹槽 与螺栓孔位置相互错开，以防止应力集中.
2）钢护简在钻进过程中要轻压慢钻，以减少对周围土体的影响.
3）钢护筒旋挖钻进过程中如遇桩体存在扩径突出的情况，不得强行钻进.应将钢护简拔出，安装钨钢齿，重新定位后摩擦桩体继续钻进.这样一 方面保证桩体完整性，便于拔出，另一方面有效防止了钢套管倾斜.
在下部连接的钢护筒顶部的外面设置台阶，壁厚减小为原壁厚的1/2，在对应上部凹槽的位置设置凸华，并且在对准螺栓孔的同一投影位置开孔，使其螺栓能够准确贯穿.为保证钢护简在旋挖机扭矩的作用下顾利压入桩身周围，在钢护简前端增 设1个带合金钻头的钢护筒.
4）拔桩过程中，严格控制施工顺序及钢护筒垂直度，始终保持钢护简底部要低于桩底<1m，以减少对周围环境的影响. 4受力分析计算 5）如遇部分土体内桩体阻力过大，顶拔力达到350t（3500kN）时仍无法拔动时，为防止对地表稳定产生不利影响，应先将钢护简和锁口管分离，然后上下转动钢护简（幅度不宜过大），使桩体与周边 土体分离，同时反复利用高压水枪冲孔减摩，然后再起拔至桩体顺利拔出. 1）钢护简旋挖时扭矩计算 矩与钢护简侧壁摩阻力引起力矩之和作为旋挖过 旋挖施工过程中用刀头切割混凝土所承受力程中的抵抗矩.即： (1) W=m长 sTr;W=2πrHq 6）旋挖拔桩后，桩孔回填是至关重要一个环节.桩孔填充质量的好坏将直接影响周边土体后期的沉降情况和后续工程的正常施工.桩体起吊 出后，此时钢护筒内泥浆浆液升至地面，然后边拔钢护简边在钢护简内进行同成分的土体回填，整个 式中：W为旋挖过程中抵抗矩之和；W为刀头切割混凝土时产生的抵抗矩；W，为套简360°回转时侧 摩阻力产生的抵抗矩：为桩间混凝土分布的范围，取g为1/12周长，m长=0.26m（可根据实际情况进行取在方数套简壁厚，s=22mm；7为C25混 （下转第97页） 值可参照表7. 3.3装置监控报警原理 （上接第63页） 6结语 参考文献： 表7拧紧力矩系数K Table 7 Tightening torque coeficient K摩擦表面状态 有润滑 无润滑一般加工表面 精加工表面 0. 13 0. 15 0.10 0. 18 0. 21 0.12表面氧化 0.24干燥加工表面 镀锌 0. 18 0. 26 0.30 0.22 卸料平台支顶杆螺纹视为一般加工表面，但实际使用时由于润滑程度不够，故按照无润滑处理，K值取最小值0.18.当拧紧力矩为60Nm时，施加给支顶杆的预紧力（支顶杆轴力）为： F. = T/Kd = 60/(0. 18 × 0. 057) = 5. 85kN 考虑预紧力后，支顶杆1总轴力为9.54kN，再结合试验过程中3号-W-800kg工况下杆1的轴力为9.9kN（也为该工况下各杆轴力最大值，见表6），确定当弹簧压力达到10kN时装置处于警示状态. 在额定荷载下考虑1.5倍动力系数，即加载至12kN时，杆1轴力为10.7kN（也为该工况下各杆轴力最大值），据此确定当弹簧压力达到11kN时装置处于报警状态. 仍以杆1为例闸述本装置监控报警原理.本装置将控制杆通过外套筒与弹簧相连，借助弹簧压缩形变来改变控制杆行程，从面控制报警电路开合实现报警功能，其体为：①1安装就位可调节支撑前，弹簧处于自由状态，打开报警器总开关，蓝灯电路接 通，蓝灯亮，此时处于未成功安装状态：2调节可调节支撑施加给装置压力达4kN左右时，弹簧压缩行 2m 过程中应始终保持钢护简底低于回填土顶标高≥ 对利用机械改装拔桩施工技术研究分析，可以明显得出该施工技术可以实现墙边“零距离”拔桩， 并且适用性强，对预制桩、钻孔灌注桩、木桩等均适用.整个拔桩过程工艺噪声分贝小、振动频率低、控制性强、处理效率高、对邻边范围内影响极低. 建议在实际工程中，控制注浆压力在0.2MPa左右，并且准确记录拔桩过程中的浆液注人量，以 确保泥浆注人和拔桩速度保持平衡. 4结语 参考文献： 程为6mm，此时控制杆也向下行进6mm，绿灯开关打开，绿灯亮，进人正常工作状态：③当给弹簧的压 力达到10kN左右时，压缩累计行程为16mm，同样控制杆行程为16mm，黄灯开关打开，黄灯亮，此时处于警示状态：④当给弹簧压力达到11kN左右时，压缩累计行程为18mm，控制杆此时行程为18mm， 红灯开关打开，红灯亮，并伴有声音警报，此时处于报警状态. 1）无论在正常使用工况还是极增工况下，卸料平台各构件强度均满足要求. 2）主梁端部挠度在正常使用工况下满足要求，但在极端工况（偏载）下挠度偏大，超出规范要求. 3）试验时支顶杆的压应力中，由拧紧力矩所预加的压应力占60%-80%，试验过程中支顶杆的压应力最大值为21.8MPa，满足承载力要求. 4）为防止超载或偏载导致钢支顶杆失稳而引发事故，可考虑增设监控报警装置进行预警. [1]程东风，应该重视施工现场卸料平台的安全[].建筑安全， 1997 12(5) : 11-12.[2]赵挺生，王欣，唐菁菁，等.卸料平台施工事故成因统计分[3]超挺生，卢学伟，方东平，建筑施工伤害事故诱因调查统计分 析[J].施工技术 2011 40(4);64-66析[J].施工技术 2003 32(12);54-55.[4]建筑结构荷载规范：GB50009-2012[S].北京：中国建筑工 业出版社，2012.[5]起重机设计规范；GB/T3811-2008[S].北京；中国标准出 能社，2008.[6]中国建筑科学研究院.混掘土结构设计规范；GB50010-2010[7]刘克伟，熊渝兴.型钢卸料平台技术创新探索[J].重庆建 [S].北京：中国建筑工业出版社 2016.筑 2009(4) : 11-13. [2]翁奔哲，沈金海，全套管设备在拔核施工中的应用[J].浙江建筑 2006 23(7) ;56-58.[3]王建营.全回转钻机拔核施工技术[J].建筑施工 2010.32 (2) ;143-144 [4]史俊沛，全回转套管钻机拔核施工技术[J].房地产导刊，[5]网明礼地基处班技术[M].北京：中国环境科学出版 2015 (4).[6]卓发成，无损拔核施工技术的应用[J].施工技术 2003.32 杜 2000 (8) :46-47.[7]陈辉，陆秋平，曾晖.老建筑物遗留障碍物的处理技术[J].建 筑施工. 2007 29(5) :318-320.[8]肖晓春，郭亮，朱卫杰，等.深埋地铁隧道的保护性切期与清[9]何思明.抗拔桩破坏特性及承载力研究[J].四川建筑，2001， 理施工[J]. 岩土工程学报 2006 28(S1) ;1752-1755.21 (S1) :153-155.
