全回转钻机拔除深桩基施工工艺

'　1 工程概况　　上海轨道交通7号线5标区间隧道采用f6340mm土压平衡盾构施工，在中山北路、镇坪路路口处，盾构要穿越f3500mm污水总管；下行线还遇到中山北路高架B32桥墩下的1根废弃的钻孔灌注桩（长37m、直径1m、C30的原承重桩；桩边线离f3500mm污水总管仅2.2m），为顺利拔除该深桩基，又保证污水管线安全，还必须保证盾构顺利地在拔桩区域推进，难度非常大。　　为确保拔桩期间高架道路顺利通行，在拔桩前，需先施工新的桩基和承台，搭设临时钢栈桥，使高架道路临时绕道，然后拆除拔桩区域部分高架桥，破除桩基上承台，再进行拔桩。　　图1为污水管、隧道、桩的位置关系平、剖面图。图1 污水管、隧道、桩位置关系平剖面图 　　⑴φ3500mm污水总管为钢筋混凝土预制管（管壁厚33cm，管节长3m，F型钢板接头），管顶埋深6.2m，管内有沼气；与桩净距2.72m。　　⑵需拔除已竣工13年的钻孔灌注桩，其直径为1000mm(设计值)，桩身自重达730kN；桩身上部（25m）主筋配置为8f20＋8f19，主筋抗拉极限为1920kN，下部（12m）主筋配置为8φ19，主筋抗拉极限为910kN；桩身被四周的土握裹着，若要顺利拔出桩基，必须克服较大的摩阻力（估算值为3391kN）。　　⑶施工现场土层复杂，见表1。 表1 土层特征层号土层名称含水量/%重度/kN×m-3孔隙比塑性指数液性指数内聚力/kPa内摩擦角/(°)标贯/击压缩系数/MPa-1压缩模量/MPa②30.219.00.8612.30.7228.022—0.326.05 褐黄～灰黄色粉质黏土③1灰色黏质粉土33.818.50.97——8.0286.70.247.50③2灰色砂质粉土33.018.50.93——6.0309.60.199.50④1灰色淤泥质黏土49.017.01.4120.31.3712.013—1.032.28⑤1-1灰色黏土40.917.71.1920.40.9619.011—0.762.78⑤1-2灰色粉质黏土33.918.21.0113.80.9316.018—0.503.98⑥暗绿～草黄色粉质黏土24.120.00.6914.20.3162.01512.00.218.16⑦1草黄色黏质粉土28.918.90.84——10.03025.90.1810.67 　　2 拔桩方案比选　　为了在拔除深桩基时，尽量减小对周围环境的影响，曾对多种拔桩方式进行比较。拔除桩基，首先要减小桩周摩阻力，主要方法有下钢护管法（振动式和回钻式）和高压旋喷法。　　⑴高压旋喷法对周围环境影响大；　　⑵振动式下钢护管法是采用150～200kW的振动锤，将设计的钢套管沉入桩顶以下25m处，然后在钢套管内用高压水将桩与钢套管内壁之间的土体冲掉，再用起拔设备直接拔出桩基，此法在振入钢套管时，对地表振动大，对周围环境影响大；　　⑶回钻式下钢护管法是利用全回转设备产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体的切削和高压水对土体的冲刷作用，将套管钻入地下，去除套管与桩体间的土体后，减小了桩周的摩阻力，拔出桩，钢套管同样采用旋转方式拔出，对周围环境影响小。本工程选用RT260H全回转钻机进行拔桩。 　　3 RT260H全回转钻机拔桩施工　　起拔设备采用RT260H型全回转钻机，选用钢套管直径为2000mm，套管有两方面功能，一方面将顶部驱动设备提供的扭矩和压入力传递给刀头，同时在钻进的过程中还起到支护孔壁、防止孔壁坍塌的作用，钢套管长度为39m；并配备德国利渤海尔120t吊车。　　3.1 RT260H全回转钻机　　RT260H全回转钻机的性能参数见表2。  表2 RT260H全回转钻机性能参数 　　3.2 施工流程　　破除承台→暴露桩基顶部，施工钢筋混凝土路面→与桩同心，钻入2m直径的钢套筒→用高压水枪清除套筒与桩间的土体→在钢套管内打入注浆管→拔桩，在注浆管内注入膨润土浆液→钢套管内灌入砂浆，拔除钢套管。　　3.3 拔桩施工过程　　⑴在拔桩区域施工钢筋混凝土基础，作为拔桩的反力基础。钢筋混凝土层厚30cm，C30混凝土，配筋为f16@200双层钢筋网片。　　⑵安装全回转设备，见图2。先将全回转钻机固定在钻孔桩中心上方，将钻机和动力箱、操作室相接；然后安装反力架（防止全回转钻机在钻进过程中发生扭动），在反力架的另一头置1辆120t吊车，吊车履带压住反力架，并配合钢套筒的安装和清障工作。图2　全回转设备安装图 　　⑶用RT260H全回转钻机将钢套管压入（与待拔灌注桩同心），回转速度为1m/min，压入深度30m（只需拔出上部25m桩）。钢套管直径为2000mm，长度为39m（其中6m长的6节，3m 长的1节），在钢套管端部布置刀头，并配置负载控制装置(B.CON机构)，使钻机在钻进过程中可任意调节套管的回转扭矩、回转速度、压入力以及夹紧力等，确保刀头的负载在最合适的范围内；同时还可设定发动机的高速、中速、低速。1节钢套管沉完后，再吊装1节，位置对准后，用高强螺栓连接。在钢套管钻进过程中，全回转钻机对地基压力不大于30kN/m2。　　⑷在钻入钢套筒的同时，插入高压水管，边冲管内的泥土，边下沉，以减小钢套筒钻入时的摩阻力和拔桩时摩阻力。水枪插入深度要始终小于钢管插入深度2m以上，以确保管内底部土塞效应,防止套管外侧土体进入管内，引起地面沉降；高压水冲到的最终深度为桩顶以下25m，因拔除整根桩会增加对周围环境的影响。　　⑸在全回转钻进过程中，由于高压水的冲刷，上部25m长的桩身周边土体已被冲掉，而下部桩周边土体还存在，钢套管内的土体在扰动力的作用下，将上部25m长的桩身扭断，然后用120t吊车将扭断的桩吊出。由于拔桩是在钢套筒围护状态下进行的，所以对相邻管线没有产生任何影响。　　⑹在拔桩过程中，将膨润土浆液从已埋设的注浆管注入，充填到桩底空缺处，避免了桩底部形成真空而带来的水土流失。　　图3是拔桩的工况图。图3 拔桩工况图 　　⑺桩拔出后，用抓斗抓除孔内残土，再浇灌砂浆；因钢套管内充满泥浆，故采用导管法水下浇灌砂浆。在浇灌砂浆（M10低标号砂浆，塌落度为180～200mm，用商品混凝土车运到现场，由泵车负责浇灌）时，并起拔钢套管（始终保持钢套管底部低于砂浆顶部不少于3m），砂浆浇灌到地面后，钢套管也随之拔除，由于砂浆及时充填密实，避免了后期沉降给周围环境带来不利的影响；当砂浆达到强度后，即可保证盾构安全穿越。 　　4 施工监测　　⑴为监测合流污水管道的沉降，采用钻孔的方法，在合流污水管道直接埋设沉降监测点（见图1）。用普通工程钻机钻孔，孔径为300～500 mm，孔深控制在管道顶上（成孔中要注意不应对管道有伤害），将预置的沉降连接管放入孔中，孔底（即管道顶上）浇筑混凝土；在沉降连接管外套上保护管，并进行管口保护处理。　　⑵选用高精度水准仪进行沉降测量。根据水务部门的要求，管道沉降变化速率警戒值为3mm/d，最大累计沉降量的警戒值为10mm。从开始钻入钢套管到砂浆浇灌完毕，共用了121h，监测到最大沉降值为5.3mm，满足水务局提出的要求。　　图4为监测曲线。图4 监测曲线 　　5结束语　　⑴在施工现场土层复杂，且存在敏感管线或建筑物时，常规的拔桩方法受到很大的制约，如静压钢套管拔桩的方式，因地下障碍物的存在而造成钢套管无法压入；采用振动式钢套管，则会对周围管线和房屋等环境造成不利的影响；而采用全回转钻机回转钻进拔桩的施工方法，可较好地处理此类问题；　　⑵钢套管口的高强刀头，能使钻孔桩与周围土体完全隔离，即使钻孔桩有较大扩孔，也可将突出的混凝土切除；　　⑶采用旋转方式钻入地下及拔出，拔桩时仅需克服桩的自重（约为730kN），且在钢套管围护下进行的。因此，在处理及拔桩过程中，能有效地降低施工对合流污水管和周围建筑的影响；　　⑷用高压水枪冲刷钢套筒管壁和桩之间的土体，以降低摩擦阻力；利用全回转自身约400t起拔能力进行拔桩；用事先埋设好的注浆管压入膨润土浆液，充填拔桩后留下的空孔；最后在钢套管内灌入砂浆，支撑孔壁，确保了相邻管线的安全。　　由于采用RT260H全回转技术进行拔桩施工，施工参数可靠，确保了桩基顺利拔除，保护了合流污水管，并满足盾构穿越的要求，为今后类似工程提供了较好的解决方案。'