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關于幾種鋼管樁拔樁方法的討論

作者:來源:日期:2019-10-30 8:09:17人氣:3327
      引言

      鋼管樁主要作為施工棧橋中的臨時設施進行使用,鋼管樁使用量大,使用范圍廣。如果單純作為施工棧橋使用,在橋側建立,待項目完成后可以直接拔出,上部操作空間不受限制。然而實際工程很多水上項目中鋼管樁作為一種臨時設施應用于橋梁箱梁的生產過程中,在鋼管樁是架設貝雷梁,上面搭設腳手架,形成滿堂支架,在滿堂支架上鋪裝模板,再進行箱梁澆筑,待橋梁建成后,滿堂支架和貝雷梁依次拆除,就只剩鋼管樁在水中,這時的鋼管樁位于橋梁正下方,在拔除時施工空間受限,大型施工機械無法進入橋下,這就使得有限空間的拔樁顯得尤為困難。

      國內外對于拔樁方法研究比較多,如高丙山等印主要利用了多功能噴霧套管拔樁工藝對天津大成雅苑及商業金融公建項目進行了應用,主要通過下放套管,對土體噴射和對套管振動進行拔.樁應用,從應用結果看,拔樁效果較好。馮永紅等四主要利用全套管護壁的方法對杭州國際大廈的樁進行拔除,采用套管回旋壓入、切斷的方式,分段取樁至作業深度。方昆林等臼對拔樁機械進行了改造,制作了窄空間綠色高效的拔樁機械。研究表明,設備具有適用性強,應用范圍廣,可以廣泛應用于各種樁的拔除。王暉田等對南京地鐵二號線中廢棄的樁進行了拔樁,主要利用套樁成孔減摩法和鋼絲繩套斷樁法相結合的方案,對該工程進行拔樁施工。麥煒倫等口對廢棄的PHC樁進行了拔除施工,主要考慮到地質條件和施工成本的因素,對廢棄的管樁進行拔樁,拔除的效果較好。滕坤等國對常州市恐龍園中心廣場工程的PHC管樁進行了拔除施工,一共有587根樁,采用自主研發的拔樁設備和拔樁方法,主要有操作控制系統和工作系統,操作系統用于控制千斤頂的加載和卸載,工作系統是可伸縮裝置,并形成一個整體。蔣躍楠等叨對上海市軌道交通10號線二期工程進行了樁基礎的拔除施工,討論了拔樁的施工工藝,并對周圍的建筑物進行了監測,驗證了文章介紹方法的可行性。張中杰等團對上海龍耀路越江隧道江中段的樁基群進行了拔樁施工,選用了FCEC全回轉拔樁技術進行拔樁,結果表明FCEC全回轉拔樁技術能夠對樁基拔除,并對周圍      建筑物擾動較小。張偉等回發明了一種低空間水中鋼管樁拔樁施工方法及裝置。該裝置主要利用浮船作為拔樁承載裝置,通過浮船下沉來調節高度,利用浮力拔樁。但是該方法不適用于較淺區域,在淺水區無法實現對高度進行調節,同時單純采用靜力拔樁所需的拔樁力較大,容易造成斷樁等情況的發生。湯得志等團對九江長江公路大橋水中施工平臺的鋼管樁進行拔除,其凈空有26m的高度,該文章中主要介紹了在這一受限范圍內的拔樁工藝,從結果看,該方法應用效果較好。

      綜上所述,關于拔樁主要有上述方法和設備,大多數應用于工程建設的都是在一定的方法上進行改進的,同時改進的方法和設備比較適用于文獻中工程樁基的拔除,施工設備可以根據現場條件進行設計和變更,但是拔樁方法中大致原理都是類似,同時,大多數研究者中沒有對拔樁的機理作出說明,也沒有詳細分析諸多拔樁方法的特點?;诖?,本文首先分析拔樁施工中的拔樁原理并對拔樁中的常見方法進行論述、比較,方便施工時根據工程特點較快地選擇符合工程實際的拔樁方法。

      1樁的上拔破壞機理

      對于拔樁而言,主要有下列因素影響拔樁的效果印:4)土體的性質,影響土體性質的因素很多,一般認為土體的性質主要受到土的材料組成成分、結構組成、土顆粒級配、土體密度、含水量和土的剪切強度等方面的影響;2)待拔樁的長度,      從研究結果來看,樁長越長拔樁越困難;6)樁的受力方式,樁按照受力方式分類主要有端承樁、摩擦樁和摩擦端承樁。端承樁主要由樁端承載,拔樁時相對較為簡單,而摩擦樁是靠樁土之間的摩擦力來承載,拔樁較為困難,對于摩擦樁在拔樁時主要克服樁土側摩阻力;4)樁的制作工藝,樁按照制作工藝主要分為挖孔樁、靜壓樁和錘擊樁。從文獻中研究結果來看,樁的制作工藝對拔樁也有較大的影響,對于同一地質條件下相同的樁長和樁徑,挖孔樁所需拔樁力較小,靜壓樁較大,錘.擊樁最大。

      在拔樁過程中樁土之間的相互作用如圖1所示,拔樁時需要克服的就是各土層的樁側摩阻力,圖1中描述了樁體在各土層下的樁側摩阻力并對土層選擇微元進行受力分析。同時,拔樁過程中樁土之間的效應大致有圖2所示的四種國日,沿著樁土接觸面破壞、樁周土體破壞、復合剪切破壞、樁身拔斷。






      2拔樁方法比較

      2.1全套管靜壓拔樁法

      原理:通過全回轉鉆機把鋼套管鉆入樁周圍的土體中,在鉆機轉入土中時利用高壓水沖刷套管外面主要是為了減小樁土側摩阻力,同時在套管內安裝注漿管邊拔樁邊利用注漿管注漿,注漿來填充拔樁的空隙,從而避免拔樁時因為樁周土的運動影響周圍的建筑物。套管打入到待拔樁樁底時,連同待拔樁直接全部拔出。

      特點:鋼套管的直徑大于待拔樁的直徑,在沉管時清楚待拔樁周圍的土體,以便減小樁側摩阻力。通過已有的樁基提供反力采用千斤頂為鋼套管壓入土中提供拔樁動力,鋼套管在下壓過程中利用高壓水沖刷樁周土減小樁側摩阻力,鋼套筒下壓到待拔樁的樁底。同時,清除樁頭的土體使其裸露,使得待拔樁和千斤頂相連,千斤頂施力將待拔樁拔出,可分段拔出和分段切割。此種方法需要較大的操作空間,在拔樁時對周圍建筑物影響較小,施工較安全,施工成本低,但是只適合堅硬陸地處的拔樁,對于地基承載力較差的地面不適合。

      2.2震動沉管高壓水射流拔樁法

      原理:利用沉管樁機將鋼套管震動沉入土中,在鋼套管底部安裝多個高壓噴水射流裝置。在下沉鋼套管時邊震動邊高壓噴水射流,高壓噴水射流可以有效減小樁土的側摩阻力,同時起到樁土分離的良好效果,將鋼套管沉至待拔樁底部,使得樁身和樁周土剝離,然后再用震動錘震動待拔樁,逐節或者整個拔出鋼管樁。施工工藝流程如圖4所示。


      案例:此法運用在南京江蘇國際圖書中心的建設中,運用震動沉管高壓水切割拔樁法成功地.清楚了埋在地下的廢棄樁基,同時對該法進行了改進,在鋼套管底部增加了鋼絲繩,使得鋼絲繩能夠卡牢待拔樁底部,再利用震動錘夾緊待拔樁把待拔樁拔出。經過實際工程驗證了該方法發可行性。

      特點:該方法在沉管的時候利用震動和高壓噴水進行下沉,鋼套管易下沉,拔樁時同樣利用震動消除樁側摩阻力,對待拔樁比較容易拔出。但是該方法所用的機械設備眾多,施工工藝較為復雜,震動拔樁的動力參數不易確定。

      2.3爆破拔樁法

      原理:首先清除待拔樁樁端的土體,直到挖到黏土層。利用鉆桿在樁體周圍鉆孔,按照樁土情況計算爆破炸藥的用量,爆破樁周土體之后在利用拔樁設備對待拔樁進行拔出。該方法中爆破炸藥的計算是關鍵。

      案例:該方法被應用在廈門19號高樁碼頭的改造中,該工程運用爆破方法,成功拔除了鋼筋混凝土樁。這些樁長度大多在25~ 35m,樁徑550mmx550mm,入土深度超過20m,鋼筋混凝土樁自重20t左右,在采用此方法前曾嘗試使用靜力試驗拔樁,拔樁力超過了自重的10倍以上都沒有拔除,最后造成斷樁。使用爆破法拔樁克服了自重,用了近30t的拔樁力就把大多數待拔樁順利拔出。爆破拔樁的施工工序如圖5所示。


      特點:該方法在實施時工序比較復雜,特別是計算爆破炸藥用量等方面。

      2.4全回轉鉆機拔樁方法

      原理:全回轉設備如圖6所示,該方法利用起重機驅動鋼套管,并將鋼套管壓入土體中,設備在操作時產生壓力和扭矩,在動力作用下驅動鋼套管使得鋼套管下沉,鋼套管管底有高強度的刃角,可以傳破各層土體,將套管鉆入待拔樁樁底,然后利用液壓裝置拔除待拔樁。拔樁的同時對樁底進行注漿,補充拔樁留下的空隙。

      特點:該方法中主要是套管鉆進和液壓設備,對拔樁是施工的關鍵。套管中有高強刀頭可以傳入各層土體,利用轉入的套管作為護壁,在套管內拔樁,施工比較安全,施工效率高,對周圍的環境影響較小。





      2.5起重船配合振動錘的拔樁法

      原理:此方法的基本原理是在拔樁之前,利用.振動設備對待拔樁進行振動,振動頻率和振幅由計算后確定,在待拔樁充分振動后,此時樁周圍的土體開始松動,土體出現液化現象,在土體液化后樁側摩阻力達到最小值。由文獻中的計算結果來看,土體振動后樁側摩阻力相當于原來的5%~20%。

      案例:杭州灣跨海大橋北航道橋在碼頭、棧橋及引橋平臺鋼管樁的拔除施工中,選用“長大33”起重船配合ICE44-50型振動錘拔樁;從拔樁效果來看,選用的起重設備可以滿足拔樁要求,并且實際起重力均小于理論計算的數值,驗證了改方法的可行性。

      特點:充分利用了現有設備拔樁,較大的節省了成本;利用振動錘配合起重船有效拔出鋼管樁,既使得資源重復利用,又保護了海洋環境。該方案所用大型設備對于基礎的承載能力要求較高,若無大型起重船則無法有效提供拔樁力和施工平臺;另外該方案對于凈空要求較高,不適用于低凈空的鋼管樁拔出施工。

      2.6水中鋼管樁拔除

      原理:水中鋼管樁拔除主要由以下設備構成:支撐浮船、震錘、牽引卷揚機和拔樁反力支架等構件構成。主要是通過震錘的震動使得樁周圍的土松散,從而減小樁和土的側摩阻力,因為拔樁主要克服的就是樁土的側摩阻力,利用反力支架改變卷揚機傳遞來的力的方向,卷揚機在裝置中主要提供拔樁的動力,在裝置中還有一個重要的構件浮船,此方法利用水面產生的浮力來抵抗一部分拔樁力,可以有效減小拔樁的阻力。

      施工方案:通過卷揚機牽引震動錘,震動錘安裝在鋼管樁上;用震動錘對待拔樁進行震動,待拔樁在震動錘的作用下產生位移后,通過卷揚機進行上拔;卷揚機在起吊待拔樁時,浮船在拔樁時會下沉,浮船下沉一定位置后不再下沉,浮船浮力和上拔力達到平衡,繼續上拔;當待拔樁到達發力支架最大的高度時候停止上拔,放松震錘;切割待拔樁拔出部分,此次類推直到樁身全部拔出為止。

      特點:該方法利用浮船、卷揚機、振動錘等設.備有效解決了低空間鋼管樁拔出橋下凈空不足的問題,能夠在水面上以浮船作為承載構件,可以有效解決水中沒有受力點的問題,同時利用浮力來進行拔樁,可以有效減少施加的拔樁力,而且有效順利的拔出水中鋼管樁,這為同類型的工程施工.提供了很好的借鑒意義。但是該設計的浮船設備較大,對水面要求較高,不適用于淺水區域,并且在水中行駛也比較困難,需要提供較大的動力。

      結論

      本文主要通過對拔樁的樁土作用基本原理進行分析,解釋了拔樁過程中樁土的受力變化情況。通過對比6種常用的拔樁方法,并對各種拔樁方法進行了論述和比較,分別介紹了這6種拔樁方法的拔樁、適用對象、施工工藝流程和特點。在不限制凈空高度時可以采用全套管靜壓拔樁方法,震動沉管高壓水射流拔樁法、和全回轉鉆機拔樁方法;在地面有較強的承載力時可以采用全套管靜壓拔.樁方法,震動沉管高壓水射流拔樁法、爆破拔樁法.和全回轉鉆機拔樁方法;在軟土地基和灘涂區地面承載力不足條件下可以采用爆破拔樁法;在水中拔樁時可以采用起重船配合振動錘的拔樁方法和水中鋼管樁拔除方法。本文關于各種拔樁方法的介紹可以為施工中合理選擇拔樁方式提供一定的參考。

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