本發明涉及軟土區盾構掘進穿越既有橋梁拔樁施工領域，具體而言是軟土區盾構掘進穿越橋梁拔樁技術及施工方法。

背景技術：

隨著城市化進程不斷加速，城市軌道交通設施愈發重要。在地鐵線路規劃過程中，原則上盡量采用現有干線道路下面空間，但是在地鐵隧道盾構施工過程中，難免遇到隧道需要從現有橋梁下的樁基穿過。為使盾構順利推進，需要進行隧道盾構前方障礙物的拔除施工，這也成為城市地下通道挖掘過程中重要的工藝。

一般拔樁施工場地分為地下、地上及水上等幾類，針對不同的情況有不同方案及拔樁設備，如橋墩臺的樁基拔除可能在水上進行，要借助船舶等作為反力裝置進行拔樁施工；而陸上拔樁則可能要用到專用拔樁機、起重機及千斤頂等。當要拔除的樁基的上方或周圍的建筑物較為重要時，為了不影響上部建筑物或相鄰建筑物的安全，還要采用對移除樁基部分地基的托換技術。

技術實現要素：

為了克服軟土地區地鐵隧道盾構施工過程中遇到隧道需要從現有橋梁下的樁基穿過、使盾構順利推進的難點,本發明提供了一種穩定性好、環境適應能力強的軟土區盾構掘進拔樁裝置及施工方法

為實現上述技術目的，本發明采用了以下技術方案：

一種軟土盾構掘進區穿越既有橋梁拔樁裝置，包括履帶吊、反力架、全套管機、倒三角錘和全套管；所述全套管機驅動全套管旋轉切割沉入原有樁，所述全套管每節套管均采用螺栓接頭連接而成，在全套管底部安裝刀頭；在全套管和原有樁之間設有倒三角錘；履帶吊通過鋼絲繩連接倒三角錘；反力架設于履帶吊和全套管機之間。

作為優選：所述履帶吊通過鋼絲繩還連接有抓斗。

這種軟土盾構掘進區穿越既有橋梁拔樁裝置的施工方法，主要步驟如下：

1)施工準備

拔樁前需做好施工平臺以滿足全套管機的施工要求；

2)測量放線

拆除橋梁面板后，根據原有樁的施工圖，測量記錄樁的坐標，進行放樣確定需做拔除處理的樁基范圍及數量，并對其進行編號；

3)全回轉設備就位、固定

全套管機跑位至樁位處，利用十字定位板與原有樁中心對準定位,擬拔鉆孔灌注樁與清孔成同心圓，全套管機移動就位；

根據現場放線定位，全套管機固定在鉆孔樁中心上方，并與動力箱、操作室相接；然后安裝反力架，反力架的另一頭停置一部履帶吊，該履帶吊的履帶壓住反力架，履帶吊同時配合安裝鋼套筒和拔樁工作；

4)全套管機帶動全套管沉入

全套管在履帶吊的配合下吊入全套管機內，調整機身垂直度，并使機身抱箍系統中心與清孔中心保持垂線方向一致；由全套管機環抱驅動全套管旋轉開始沉入；壓入過程中每節套管放入夾管裝置，收縮夾管液壓缸，利用鉆機和導向糾偏裝置將套管的垂直精度調整到要求的范圍內；由全套管機環抱驅動全套管旋轉沉入到預定深度；

5)拔除鉆孔灌注樁

整個拔樁過程采用分段截除，分段吊離，多次重復的方式；

原有樁的切斷：全套管沉入預定深度后，實現了樁周分離減摩，然后下放倒三角錘到全套管內，切入原有樁與全套管間，由全套管機環抱驅動全套管旋轉，通過倒三角錘帶動原有樁偏心旋轉，分段將原有樁切斷，鋼筋籠也扭斷，通過觀察全套管機自帶的控制壓力計數值減小，確定已斷開；

清除原有樁：當原有樁與全套管同時旋轉時，將倒三角錘取掉，并下放鋼絲繩將已被截斷并與整個樁身脫離的部分樁鎖扣牢固一次性拔出；實施完成上部樁體拔除；如在拔除的過程中樁體發生斷裂、粉碎等，可采用吊車配備抓斗抓除剩余樁體；

壓入清理：在原有樁頭確認好之前，清理套管內的砂土；用抓斗清除施工過程中掉入套管內的泥土再次暴露出樁頭；

全部清除原有樁：將全套管的下端旋挖至原有樁設計拔除位置，當原有樁與全套管同時旋轉時，用抓斗將剩余的原有樁取出；

全套管旋轉切割障礙物一定深度后，使用履帶吊利用抓斗清除；清除碎塊樁體時，如抓斗抓除困難，可改用沖錘再次破碎后抓除；

拔樁過程中起拔速度較慢，一邊用起重設備緩慢用力，一邊用全套管機驅動全套管旋轉減少樁體摩擦應力；拔除的原有樁整齊堆放于現場，待累計一定數量后即時清理或外運；

(6)樁孔回填

原有樁拔除后，樁孔必須進行回填；須保障回填料強度略高于原狀土，要求密實、均勻；采用制拌均勻的水泥土進行回填；水泥土的拌制是采用素土中摻入7～10％水泥反復攪拌而成；

(7)全套管機驅動拔出鋼套管

由全套管機驅動旋轉拔出全套管；設備移位至下一樁位處。

作為優選：步驟6)中，樁孔水泥土回填的要求如下：

土方選用不得有大于5cm以上的塊體，不得有建筑垃圾等摻合物，水泥采用32.5以上的普通硅酸鹽水泥；

水泥摻量控制在7～10％，即每立方土中加入130～180kg水泥，強度控制在0.5mpa；攪拌時采用挖機翻拌，要求攪拌均勻，不得出現水泥塊堆結現象，水泥土攪拌后必須在水泥初凝前使用；

回填過程中全套管的拔除須與回填工作同步進行，先填后拔，回填前先采用抓斗清除拔樁時掉入全套管內的松散土，然后再逐層填入要求的好土，并及時測量回填深度，每回填2～3m高度后須拔出鋼套管1.5～2.5m，每回填一層完成后須用重錘夯擊數次，確保回填已密實并始終保持鋼套管底部要在回填料以下。

本發明具有以下的特點和有益效果：采用完全鋼套筒沉入將樁身與土體分離減摩后將舊樁拔除的方法，具有穩定性高、施工速度快等優勢。同時，能保證施工質量，保障后續工程施工應用前景良好。

附圖說明

圖1為軟土區盾構掘進越橋梁拔樁施工工藝流程示意圖。

圖2為鋼鍥的吊入示意圖。

圖3為抓斗清障示意圖示意圖。

附圖標記說明：履吊帶1、反力座2、全套管機3、倒三角錘4、全套管5、反力板6、抓斗7、原有樁8。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步描述。下述實施例的說明只是用于幫助理解本發明。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。

如圖1至圖3所示，本實施例的軟土盾構掘進區穿越既有橋梁拔樁裝置：包括履帶吊1、反力架2、全套管機3、倒三角錘4和全套管5；所述全套管機3驅動全套管5旋轉切割沉入原有樁8，所述全套管5每節套管均采用螺栓接頭連接而成，在全套管5底部安裝刀頭；在全套管5和原有樁8之間設有倒三角錘4；履帶吊1通過鋼絲繩連接倒三角錘4；反力架2設于履帶吊1和全套管機3之間。所述360度全回轉套管機驅動鋼套管360度旋轉切割沉入，進行樁身與土體有效分離并輔以專用設備將鋼絲繩下放與樁身牢固鎖扣然后用大型起重設備配合將舊樁拔除。所述鋼套管一方面將頂部驅動設備提供的扭矩和壓入力傳遞給刀頭，另一方面在鉆進的過程中起到支護孔壁，防止孔壁坍塌的作用。鋼套管單節長度6m，根據實際樁長不同組合，并在實際施工中靈活調配，鋼套管直徑根據實際情況靈活選取。每節鋼套管均采用螺栓接頭連接而成，在鋼套管底部安裝刀頭，刀頭上的合金齒可用于穿越土層、混凝土以及其他障礙物。所述起重設備及吊索具主要包括起重機、履帶吊和鋼絲繩，根據實際情況配置相應規格。

軟土區盾構掘進越橋梁拔樁的施工流程如圖1所示。

具體實施如下：

(1)施工準備

拔樁前需做好施工平臺以滿足360度全回轉套管機3的施工要求，根據工程的施工特點及現場情況組織施工人員和機械設備進場，對人員進行培訓和交底并對其設備進行調試；同時接入臨時用水和用電。

(2)測量放線

拆除橋梁面板后，根據原樁基施工圖，測量記錄樁的坐標，進行放樣確定須做拔除處理的樁基范圍及數量，并對其進行編號，以便擬定合理的拔樁順序和拔樁設備就位實施拔樁。

(3)全回轉設備就位、固定

全回轉套管機3跑位至樁位處，利用十字定位板與樁位中心對準定位(擬拔鉆孔灌注樁與清孔成同心圓)，全回轉套管機3移動就位。

根據現場放線定位，全回轉鉆機固定在鉆孔樁中心上方，并與動力箱、操作室相接；然后安裝反力架2(反力架的作用是當鉆機全回轉鉆進過程中防止機器發生扭動)，反力架2的另一頭停置一部履帶吊1，該吊車履帶壓住反力架2，吊車同時可配合安裝鋼套筒和拔樁工作。

(4)全回旋套管機3帶動鋼套管沉入

鋼套管5在履帶吊1的配合下吊入全套管回轉機3內，調整機身垂直度，并使機身抱箍系統中心與清孔中心保持垂線方向一致。由全回轉套管機3環抱驅動鋼套管5旋轉開始沉入。壓入過程中每節套管壓入的精度都將直接影響鉆孔的施工質量，每節套管放入夾管裝置，收縮夾管液壓缸，利用鉆機和導向糾偏裝置將套管的垂直精度調整到要求的范圍內。鉆進過程中隨時利用設備自帶的水平監測系統檢驗套管垂直度，并每孔三次在套管的兩個垂直方向架設經緯儀進行垂直度復核控制。

由全回轉套管機3環抱驅動鋼套管5旋轉沉入到預定深度，一般為盾構底標高下3米，從而實現大幅度減小樁身與樁周土體摩阻力。

(5)拔除鉆孔灌注樁

考慮到本工程樁基直徑較大、樁長較深、整樁抗拔力較大等因素，整個拔樁過程我們擬采用分段截除，分段吊離，多次重復的方式。

原有樁8的切斷：鋼套管5沉入預定深度后，實現了樁周分離減摩，然后下放特制的倒三角錘4(重量5t、長5m)到套管內，切入原有樁8與鋼套5管間，由全回轉套管機3環抱驅動鋼套管5旋轉，通過倒三角錘4帶動原有樁8偏心旋轉，分段將原有樁8切斷，鋼筋籠也扭斷，通過觀察全回轉套管機3自帶的控制壓力計數值減小，確定已斷開。根據施工經驗，有鋼筋籠的老樁自行斷成7米左右，無鋼筋籠段的老樁自行斷成較短，甚至粉碎。

清除原有樁8：當原有樁8與套管5同時旋轉時，將倒三角錘4取掉，并下放鋼絲繩將已被截斷并與整個樁身脫離的部分樁鎖扣牢固一次性拔出；實施完成上部樁體拔除。如在拔除的過程中樁體發生斷裂、粉碎等，可采用吊車配備抓斗7抓除剩余樁體。

壓入清理：在原有樁8頭確認好之前，清理套管內的砂土。用抓斗7清除施工過程中掉入套管內的泥土再次暴露出樁頭。

全部清除原有樁：將鋼套管5的下端旋挖至原有樁設計拔除位置，當原有樁8與套管5同時旋轉時，用抓斗7將剩余的原有樁取出。

鋼套管5旋轉切割障礙物一定深度后，便可以使用吊機利用沖抓斗清除。清除碎塊樁體時，如沖抓斗抓除困難，可改用沖錘再次破碎后抓除。

拔樁過程中起拔速度不宜過快，一邊用起重設備緩慢用力，一邊用全回轉套管機3驅動鋼套管5旋轉減少樁體摩擦應力。拔除的舊樁8整齊堆放于現場，待累計一定數量后即時清理或外運。

(6)樁孔回填

原有樁8拔除后，樁孔必須進行回填。回填的質量很重要，須保障回填料既要達到一定的強度，強度以略高于原狀土為宜，要求密實、均勻。擬采用制拌均勻的水泥土進行回填。水泥土的拌制是采用一般的素土中摻入7～10％水泥反復攪拌而成。樁孔水泥土回填的要求如下：

土方選用不得有大于5cm以上的塊體，不得有建筑垃圾等摻合物，水泥采用32.5以上的普通硅酸鹽水泥。

水泥摻量控制在7～10％左右，即每立方土中加入130～180kg水泥左右，強度控制在0.5mpa左右。攪拌時采用挖機翻拌，要求攪拌均勻，不得出現水泥塊堆結現象，水泥土攪拌后必須在水泥初凝前使用，本工程施工要求水泥土隨拌隨用。

回填過程中鋼套管5的拔除須與回填工作同步進行，先填后拔，不能一次性將孔填滿再拔除套管，以防止拔出鋼套管5時將回填的土方松動。回填前先采用抓斗7清除拔樁時掉入鋼套管內的松散土，然后再逐層填入要求的好土，并及時測量回填深度，每回填2～3m高度后須拔出鋼套管1.5～2.5m，但要保證每回填一層完成后須用重錘夯擊數次，確保回填已密實并始終保持鋼套管5底部要在回填料以下。

(7)套管機驅動拔出鋼套管

由套管機3驅動旋轉拔出鋼套管5。設備移位至下一樁位處。

另外，為應對突發情況，常見問題的應對措施如下：

此類工程拔樁的難度和風險較大，原樁基因施工原因可能存在樁身擴徑、樁身傾斜、等質量問題，或因施工后由于地質、水文、年限等原因造成局部破碎、斷裂等情況或者在拔樁施工的過程中仍不可避免地發生樁體拔斷等情況，針對這些可能存在的困難因素，可預先采用以下措施：

(1)擬采用比樁直徑大100cm的鋼套筒，有效預防常規施工方法下樁身擴徑或傾斜率過大導致被鋼套管切削或切斷至套管外而無法拔除的后果；

(2)樁身被切屑或局部破碎、斷裂等導致殘留在孔內的舊樁和障礙物通過抓斗實施徹底清除；

(3)拔樁時將鋼絲繩通過專用設備送入樁下部，鎖扣點設計在樁身下部，從底部進行吊拔，滿足了樁下部無鋼筋的起拔抗拉要求，這樣即使樁身存在局部破碎、斷裂等情況也同樣能夠達到拔樁清障的目的；

(4)如果在拔樁過程中，發生繩具斷裂或破壞，可以用沖抓斗將上部土體清除，實施二次拔樁；仍可以繼續實施將樁拔除；

(5)如出現樁位移位或樁身太過傾斜情況可實施二次定位校正樁中心，使其能被鋼套管分離從而實現整樁全部清除。

綜上所述，本發明的方案適用于軟土區隧道盾構掘進越橋梁的原有樁拔除施工，從而使盾構順利推進。本發明采用完全鋼套筒沉入將樁身與土體分離減摩后將舊樁拔除的方法，具有穩定性高、施工速度快等優勢。同時，能保證施工質量，保障后續工程施工應用前景良好。由于在施工過程中隧道需要從現有建筑物下的樁基穿過在工程實例中廣泛存在，大多數建軟土區盾構前方障礙物的拔除可采用本發明的技術方案。