地铁隧道下穿河道废弃桥桩拔桩施工技术
2013-06-15 21:47
地铁隧道下穿河道废弃桥桩拔桩施工技术
摘 要：拔桩工法在一般大型市政桥梁以及地铁工程施工中是比较成熟的，但这种工法在特殊的工况地质条件下受到制约仍有其局限性，必须因地制宜对其进行改造、革新，以适应在特殊地质条件下的拔桩施工。文章以无锡地铁2号线通德桥的拔桩施工为例，介绍拔桩施工的技术创新、工艺和方法。
关键词：地铁；隧道；桥桩；拔桩
1 工程概况
由中铁一局集团公司承建的无锡地铁2号线梁溪大桥站—五爱广场站的地铁盾构隧道需要下穿通德大桥，此桥1995年重建新桥时在河床底遗留下24根老桥桩没有拔出，给正在修建的埋深于地下21 m的盾构隧道的掘进造成障碍，必须对废弃老桥桩进行拔桩处理，才能确保盾构隧道的安全顺利掘进。通德大桥宽40 m，简支梁结构，河道水深2.43 m，水面距桥板底2.8 m，为无锡市交通主干道上五爱路上的一座公路桥，交通繁忙。由于空间所限，拔桩机械无法进入施工，必须研究切实可行的拔桩方法（图1)。
2 工程特殊性与重难点分析
(1）在桥下拔桩施工不得中断或影响五爱路交通主干道的通行，不能采用拆除桥板拔桩。
(2）河底距桥梁底部净垂距 2.8 m空间不足，大型拔桩机械设备无法施展。
(3）施工危险性大。废弃桩距1995年新建桥墩2.3 m，拔桩时极易发生新桥墩沉降、位移、变形、裂缝等破坏桥梁受力状况，造成危桥。
(4）废弃桩长18 m，分为上下2节，中间用法兰连接，法兰盘为螺栓连接，年久锈蚀，拔桩时极易断桩。
(5）该区地层为粉质粘土、粘土、粉砂层，土的粘结力和水的吸附力大，拔桩困难，且极易发生涌水、涌沙、管涌、流沙现象，必须对其进行地质改良。
3 拔桩工法选择及荷载计算
3.1 工法选择
(1）冲桩。冲桩是当前比较成熟的方法，但此桥遗留废弃桩直径为350 mm，桩体较小，极易砸碎和砸歪，冲桩后的碎混凝土和铁屑遗留河底污染河道和环境，显然不可取。
(2）拔桩。拔桩也有其风险性且受到空间条件的限制，但不会产生桩体残留污染河道，优于冲桩，虽技术难度较高，但满足市政工程环保的需要。
本工程最终选择拔桩施工方法。
3.2 拔桩荷载计算
拔桩荷载既要考虑桩的自重，又要考虑桩身摩阻力。经计算单桩周边土层对桩产生摩阻力为161.7 kN（表1），单桩自重58 kN，由此可得拔桩荷载为219.7 kN。
4 拔桩工法创新与工艺
4.1 工法创新
(1）对桩周围进行地层改良。废弃桩埋深18 m，桩四周被粘性土体所固结，加上土体中水的吸附力对桩体产生较大的抗拔力，必须对粘性土地层进行改良，改变其土体结构。拔桩前松动桩周围土体，将水泥、膨润土、粉煤灰和水按表2所列比例充分搅拌成泥浆后，通过高压注浆泵注入桩体四周，以改变底层土体抗拔力。
(2）三重管高压旋喷注浆置换地层。借鉴三重管高压旋喷进行地层加固的理论，来改良地层结构，这是一个大胆的创新，所不同的是三重管高压旋喷原本是用来加固地层的，这里是反其道而行之用来将强地层改善为软弱地层。用高压空气切割桩周围的土体，用高压泥浆来参合、置换粘性粉土，这样通过高压注入的泥浆可有效地降低土体的强度和桩周边的抗拔力，同时避免了拔桩过程中的断桩可能，有效地减小了拔桩对新桥产生的扰动。
4.2 拔桩工艺
4.2.1 修筑拦河坝
修筑拦河坝一般用橡胶坝、拉森钢板桩或木桩挂网填土筑坝封河断流，本工程采用木桩挂网填土筑坝，并在2条拦河坝的底下沿河底敷设了2条直径1.2 m的导流管，起防洪、导流和平衡坝体两边水位作用，必要时在坝体上加设2个防洪泵站（图2）。
4.2.2 桩头清淤
用小型挖掘机将桩头挖出1.5 m，松动桩周围的土体，为拔桩创造条件。
4.2.3 钻机冲孔
桩头清淤完成后，用柴油钻机在桩周围冲孔，在桩的四周土体分别冲2个孔，共8个孔，孔深16 m。喷水钻孔切割桩周围土体，减小土体对桩身的抗拔力。冲孔时需要钻机司机1名，辅助工人配合作业2名。
4.2.4 焊接拔桩套管
将制作好的拔桩套管套在桩的矩形钢筋笼内侧，并将桩头混凝土凿除，使钢筋外露0.5 m，将0.5 m外露钢筋焊接在拔桩器钢板上。为保证焊接质量，焊接时要保证焊接作业时间不小于2 h。
4.2.5 拔桩平台搭建
在桩头拔桩器焊接好后，开始搭设拔桩平台，具体施工方法如下：
(1）桩头回填。在桩头0.5 m深，半径1 m内回填混凝土渣块，为拔桩平台做好基础，回填要密实、平整，先填1层30 cm厚的大渣块，再填20 cm的小渣块；
(2）铺设钢板。回填好后在已平整密实的渣体上铺设20 mm厚钢板，进一步强化反力基础；
(3）制作反力平台。在铺好的钢板上架设工字钢，作为拔桩时油缸的反力基座；
(4）将河底掩埋的废弃桩头一一挖出后焊接拔桩套管，将2个1 200 mm×300 mm×280 mm的钢梁焊接在废弃桩桩头400 mm以下的废弃桩钢筋笼上（图3）。
4.2.6 拔桩
反力平台做好后开始拔桩，拔桩时一定要注意时间效应，在钻机冲孔完成后就要立即拔桩，以免时间间隔较长时土体测压挤压孔位。2个油缸底部支在工字钢上，顶部顶在钢套筒的横梁上，2个油缸必须同步作业，形成向上的最大合力，油压千斤顶压力控制在20～35 MPa，不得超过35 MPa，以免造成断桩。
4.2.7 桩孔回填
拔桩完成后进行桩孔回填，用 C25早强混凝土填入孔位，加固地层，避免桥桩拔出后新桥桥墩产生位移、沉降，影响大桥主体结构的安全。桩孔回填必须注意时效性，在废桩拔出后即刻进行孔位回填。
4.2.8 河底淤泥渣石清理
拔桩完成后进行河道施工的遗留淤泥渣土清理，用拉土车将拔桩产生的废渣，淤泥全部清理，运至地铁专用堆土场地。
参考文献
[1] 全国高校建筑施工研究会. 土木工程手册[M]. 北京: 中国建材工业出版社, 2009.
[2] 于忠涛, 朱芳芳. 桥涵工程检测技术[M]. 北京: 人民交通出版社,2010.
[3] 强士中. 桥梁工程[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.
