拔桩施工工艺及方法

浅谈拔桩施工工艺及方法
摘要：在目前大规模城市改造中，有时往往需要对原有桥梁、市政设施、建（构）筑物进行拆除，包括原有桥梁、市政设施、建（构）筑物的桩基，如何拔除深埋于地下的桩基（包括预制方桩、预制phc管桩、钻孔灌注桩等）呢？本文结合杭州地铁2号线6标施工中丰北桥旧桩基（钻孔灌注桩）的拔除进行探讨，供同行参考。

关键词：拔桩施工；工艺流程；效果分析
discussion on pile construction technology and methods ge jiajia
abstract: in the current large-scale city transformation, sometimes the need for the original bridge, municipal facilities, built (structure ) building materials for demolition, including the original bridge, municipal facilities, built (structure ) to build the foundation, how to remove deep buried foundation ( including precast square piles, precast phc piles, bored pile )? in this paper, combined with hangzhou subway line 2 6 standard construction in beiqiao fung ( old pile foundation bored pile ) extraction are discussed, for reference.
key words: pile construction; technological process; effect analysis
一、拔桩原理分析
拔桩是把深埋于地下的桩（包括预制方桩、预制phc管桩、钻孔灌注桩等）从土壤中拿出的过程。

在拿出过程中，需要克服的是桩的自重及桩与土体间的摩擦阻力。

从力学角度来看，在拿出过程中，拿出所需的力应大于桩自重、桩与土体间摩擦力之和（即桩自重+桩与土体间摩擦力）。

桩与土体间存在摩擦力，预制方桩由于与土体接触面比较光滑，摩擦力相对较小，但钻孔灌注桩之类的摩擦阻力就大了，再加上桩的自重，采用机械设备直接从土壤中硬拔出来是很困难的（甚至是不可能的），那么，就需要采取技术措施进行拔除。

无论采用何种技术措施，从力学角度来看，无非是减小所需的拔出力，也就是减小桩自重及桩与土体间摩擦力之和。

从目前技术角度来看，采取的技术措施主要有：
（1）隔断桩与土体，减小摩擦阻力；
（2）隔断桩与土体，将桩分成数段，既减小摩擦阻力，又减少每次拔出桩段的自重。

二、工程概况
丰北桥位于连接萧山主城区和规划的钱江世纪城核心区的主干道市心北路上，南北跨五堡河，全长29.8米，总宽58米，分东西两幅。

由于杭州地铁2号线建设，丰北桥老桥西半幅桩基侵入地铁盾构隧道限界，根据工程需要进行拔除，共需拔除桩基24根。

老桩基采用钻孔灌注桩，分φ800、φ1200两种规格，桩长约24米。

由于该处地质条件较差，地表以下15米左右均为粉砂，粉砂下
面为20米左右的淤泥质粘土，钻孔桩主要所在土层为粉砂，对钻孔灌注桩施工来说极易出现扩径（从后来拔出的桩证实，原老桩扩径严重）。

三、拔桩施工
3.1套管拔桩
根据工程实际情况，首先考虑的是拔除φ800钻孔灌注桩。

经研究讨论，对φ800钻孔灌注桩采用套管拔桩。

套管拔桩就是：采用钢套管将桩与土体隔离，采用吊机将套管及套管中的桩一起拔出。

3.1.1套管拔桩原理分析
采用套管拔桩，其原理就是：采取措施，隔断灌注桩与周边土体，减小侧摩阻力，将套管及套管中的桩一起拔出。

采用钢套管，将灌注桩与土体隔离，这样，灌注桩与土体间的摩擦力没有了，取代的是钢套管外壁与土体间的摩擦力，摩擦阻力大大减小了（钢套管外壁与土体间的摩擦力远小于灌注桩与土体间的摩擦力），拔出所需的起重力克服的是桩自重、钢套管自重及钢套管外壁与土体间摩擦力之和（即桩自重+钢套管自重+钢套管外壁与土体间摩擦力）。

3.1.2套管拔桩施工
3.1.2.1主要施工设备
考虑到老桩可能存在较严重的扩径或垂直度偏差，本工程采用φ1500直径的钢套管，主要设备包括：
（1）150t履带吊，用于吊放钢套管、振动沉管设备，并整体拔出钢套管及桩；
（2）φ1500钢套管，用于隔离桩与土体；
（3）振动沉管设备，用于将钢套管振动压入土壤中；
（4）辅助下沉设备，用于钢套管下沉时喷水和气冲洗切割桩周土体。

3. 1.2.2施工工艺
套管拔桩主要施工工艺如下：
（1）挖出老桩桩头并暴露，找出桩的中心；
（2）用吊机将钢套管套在老桩桩头上，注意钢套管中心应与老桩中心对中（这样避免由于中心偏位、老桩轻微扩径，即出现钢套管就遇扩径混凝土无法下沉的现象）；
（3）用振动沉管设备将钢套管振动压入土壤中（考虑到下沉时的阻力，采用高压射水辅助下沉，水管和高压气管直接焊在钢套管壁上），沉管要控制下沉速度，随时纠正垂直度；
（4）吊机上提钢套管，利用预留在钢套管内壁的钢楔箍紧桩体，整体将钢套管及老桩拔出。

3. 1.2.3拔桩效果分析
从最后拔桩结果来看，基本将φ800钻孔灌注桩拔除（除2根扩径严重的桩外），效果基本满足要求，但也发现一些问题：（1）桩若扩径严重，钢套管在下沉过程中遇阻，无法下沉到位，桩也无法拔出（有2根φ800灌注桩扩径严重，钢套管无法下沉到
位，只能采用其他方法拔除）；
（2）钢套管振动下沉振动及噪音过大，不适宜在市中心（或周围有建筑，特别是民居）施工；
（3）钢套管在振动下沉中，由于振动，会将附近松散的土壤振动密实，给后续拔桩带来困难。

3.2全回旋切削钻机拔桩
鉴于φ800灌注桩套管拔除情况，决定φ1200灌注桩拔除改用全回旋切削钻机，简称cd机。

3.2.1cd机拔桩原理分析
cd机拔桩是将下带切削刀头的钢套管利用机械动力360°回转切削压入土体，夹紧桩体后利用机械动力再将桩体扭断，清理掉钢套管内桩体后重复进行，一段段拔除，直至全部拔完。

采用钢套管，同样将灌注桩与土体隔离，减小了摩擦阻力。

将桩体扭断，减少了每次拔出桩段的自重。

（结构设计时不会考虑桩的抗扭，桩的抗扭强度较低）
由于既减小了土体的摩擦阻力，又降低了桩段的自重，拔出所需的起拔力就大大降低了。

3.2.2cd机拔桩施工
3.2.2.1主要施工设备
cd拔桩机为整体配套设备，整套设备包括全回转驱动装置、带切削刀头的钢套管、液压冲抓斗。

3.2.2.2施工工艺
cd机拔桩主要施工工艺如下：
（1）挖出老桩并暴露；
（2）将cd机置于桩上，cd机套管套住桩；
（3）利用动力将带切削刀头的套管回旋切削压入土中；
（4）套管夹紧=老桩体，扭断桩体；
（5）套管回上，清除套管内桩体；
（6）重复进行，分段拔除，直至全部清除干净。

3.2.2.3拔桩效果分析
从最后拔桩结果来看，所剩φ1200灌注桩及剩余2根扩径严重的φ800灌注桩，均顺利拔除，且对周边土体扰动小，基本满足要求。

但就拔桩质量来看，尚有些问题值得探讨。

首先，由cd机套管是利用刀头切削入土体的，除能切削土体外，对一般混凝土亦能切削截断，这样就存在桩体混凝土是否被清理干净的问题：
若桩体扩径较严重，套管切削范围内的桩体钢筋、混凝土能清除干净，套管外的混凝土将被切削后留在土壤中，或许会给后面施工带来麻烦（本工程考虑可能有扩径的部分混凝土残留在土壤中，给后续的盾构施工带来麻烦，又采取了扩大半径、重锤锤击破碎桩体，保证盾构施工范围内无完整混凝土块）
其次，从拔桩施工效率来看，cd机拔桩效率很低，一般二、三天仅能完成一根桩。

四、对拔桩的进一步探讨
本工程所拔桩均为钻孔灌注桩，但其他工程或许会碰到其他类型的桩，如预制钢筋混凝土方桩、预制phc管桩、或更大直径的灌注桩。

从拔桩的原理来分析，本人认为应该是一致的，即采取一定的技术措施来减小桩自重及桩与土体间摩擦阻力之和，以减小所需的起拔力。

拔预制钢筋混凝土方桩、预制phc管桩，由于预制混凝土表面较为光滑，相应桩与土体间摩擦阻力会小一些，拔桩将相对较易。

拔更大直径的灌注桩，桩的自重及桩与土体间摩擦阻力将更大，或许会有更新的技术，但原理应该一致，即减小桩自重及桩与土体间摩擦阻力之和。

4.1对套管拔桩工艺的再思考
本工程φ800灌注桩采用套管拔除，拔除基本还是比较顺利的（不考虑2根扩径严重的桩），但振动沉管振动及噪音较大，不适宜市区施工（本工程地处郊区，周围空旷，为农田），沉管工艺还有待改进。

4.2对cd机拔桩的再思考
cd机拔桩，从技术上看能处理各种类型的桩，由于能切削混凝土体，对扩径严重的桩亦能处理，但施工效率太慢，最好能形成套管连续下沉截断桩体，并能将截断后桩体分段吊出来。

五、结束语
工程实践的需要是推动技术发展的动力。

相信随着大规模城市
改造及拆除工程的需要，新的技术、新的设备将不断呈现，桩基的拔除施工将变得更加高效、快速。

参考文献：
1、国家行业建筑标准，jgj94-2008建筑桩基技术规范[s].北京：中国建筑工业出版社，2009．
2、《建筑工程施工质量验收统一标准》gb50300-2001.
3、建筑施工手册编写组建筑施工手册（第四版）[m].北京：中国建筑工业出版社，2003．
作者简历：
葛佳佳（1983.12-）男本科毕业学士学位
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。