橋梁舊樁拔除對鄰近構筑物的影響分析

李 鴦

中鐵十八局集團第四工程有限公司 天津 300350

隨著城市化腳步的加快，地鐵的修建越來越多，擬建地鐵隧道的施工環境也越來越復雜。地鐵選線不可能完全規避建筑物，當各類建筑物的樁基侵入隧道時，須對此類樁基進行拔除。因此開展樁基拔除對鄰近構筑物的影響研究，對市政工程建設具有重要的指導意義[1-2]。

拔樁的原理在于分離樁與樁周土，破壞灌注樁的側摩阻力[3-4]。現有拔樁手段多采用靜力沉管加水力切割拔樁及全套管無損拔樁施工技術[5-7]，施工時多根據實際工況進行選擇。本文以蘇州某地鐵線路下穿既有橋梁為背景，開展問題分析。分別研究了拔樁的施工技術及拔樁時周圍構筑物的沉降影響。

1 工程概況

某老橋為長18 m簡支梁橋，滿足規劃河道要求，橋寬86 m，下部結構為薄壁式橋臺，鉆孔灌注樁基礎，橋梁無懸臂端，有預應力。該橋位于展西盾構區間，盾構軌道正穿，需破除與軌道沖突的中間部分橋梁，拔出沖突樁基，然后按老橋跨徑進行恢復。拔除樁樁徑大（φ1.2 m）、深度深（32 m），穿過④2粉砂夾粉土、⑦2粉土夾粉砂，摩擦力大，拔除難度較大。

侵入盾構隧道的橋梁樁基共3排12根，相對位置關系如圖1所示。下方箱涵中心線與橋梁中線呈15°角，其與拔除樁基的位置關系如圖2所示，兩者最近距離為4.2 m。

圖1 隧道、樁基與箱涵縱剖面示意

2 舊樁拔除施工

由于拔除樁長較長、土質條件差，經多次論證后，采用全套管無損拔樁施工技術。此工藝借助設備自帶鋼套筒，實現樁土分離，從而分段進行扭斷，最終使用吊車吊出，完成施工。

圖2 隧道、樁基與箱涵橫剖面示意

2.1 設備選型

2.1.1 全套管鉆機及鋼套管選型

樁基穿過粉砂層，側摩阻力較大。根據以往拔樁經驗，擬選用大扭矩全套管主機JAR210（最大可使用鋼套管外徑2 100 mm、扭矩3 080 kN·m、起拔力3 070 kN）。本工程需拔樁樁徑1 200 mm，擬選用鋼套管外徑1 980 mm的鋼套管。

2.1.2 配套吊機選型

在最不利條件下全回轉套管鉆機定位時，吊車最小回轉半徑為4.7 m，吊裝最大荷重為全套管回轉鉆機主機自重45 t；查90 t履帶吊性能參數表可知，選取臂長為20 m，作業半徑6 m，額定荷重為49.2 t，故90 t履帶式吊機滿足吊裝要求。

吊裝老橋舊樁時按一節8 m、自重10 t考慮，選取臂長為20 m，作業半徑11 m，額定荷重為24.6 t，故90 t履帶式吊機滿足吊裝要求。

2.2 施工工藝

全套管無損拔樁施工時，利用自帶驅動系統控制鋼套管旋轉及壓入土層。鋼套管管口帶有刃腳，起到切割作用，保證鋼套筒順利穿過巖層、混凝土層等堅硬障礙物；當套管達到目標深度后，利用液壓起拔系統進行舊樁的破除；最后回填的質量很重要，因為后續要進行盾構通過的施工，所以須保障回填料既要達到一定的強度同時又不能強度太高。回填用水泥土的，擬采用水泥摻量8%～10%的水泥土，土選用時不得有粒徑大于10 cm的塊體，且不得摻雜建筑垃圾等。該工法全程護壁，對周邊土體擾動少、沉降小，能清除鋼筋混凝土等障礙物，且可緊鄰原有建筑物進行施工作業。其具體施工流程為：施工準備→測量放樁位→拔樁機就位→吊放及校正鋼套管→插入斜插杠將其強制扭斷→樁身斷開后，用鋼絲繩捆住樁頭吊離→破除至設計標高→樁孔回填→清障機移位→配套設備退場。

由于橋梁樁基樁徑較大、樁長較長，側摩阻力也較大，故破除舊樁時不能整根拔出，擬采用分段截除、分段吊裝的方式進行施工。鋼套管沉入目標深度后，觀察管內樁頂的位置，在套管內壁與樁之間插入倒三角錘（倒三角錘質量5 t，長4 m），回轉套管，扭斷原有樁。分段將原有樁扭斷，分段長3.0～4.5 m。當截斷原有混凝土灌注樁（舊樁與套筒同時做旋轉運動時，判定灌注樁截斷）后，將倒三角錘取掉，用抓斗取出原有樁。測量吊出的灌注樁長度，確定套管底端是否在未拔出樁樁頂以下1～3 m范圍，用抓斗將剩余的土取出直至露出樁頂。分段截樁的步驟如圖3所示。

圖3 全回旋套管機拔樁示意

3 鄰近箱涵監測

3.1 減少拔樁對箱涵影響的施工措施

舊樁的拔出，難免會對樁周土產生擾動，引起樁側既有箱涵的不均勻沉降。查找相關規范可知，箱涵的不均勻沉降一般控制在10 mm以內，由于本文設計箱涵體量小，擬定沉降報警值為5 mm（絕對沉降）。因此實際施工時采取以下措施，減少拔樁對箱涵的影響。

1）全套管鉆機的鋼套筒應保證一次打入目標深度，避免中間過多停頓。此外，鋼套筒內外壁均涂抹潤滑油，以減小側摩阻力。

2）樁身定位放樣及起吊斷樁時，盡量保證垂直，減少不必要的碰撞。

3）為增加樁底局部摩擦力，必須嚴格注漿。若遇中途斷樁等特殊情況，則采用人工方法全部鑿除。

3.2 沉降監測點布置

施工前，將需要拔除的舊樁進行編號。舊樁的破除從東側樁開始，東側拔樁施工依次破除的鉆孔灌注樁樁號分別為1#—6#。西側拔樁施工依次破除的鉆孔灌注樁樁號分別為7#—12#。拔樁過程較順利，樁長多為32 m，分5段進行扭斷破除。打設鋼套管之前，需對橋涵上方回填土進行清理，找到箱涵的伸縮縫，并埋設監測點，監測箱涵的沉降情況。被破除樁編號及箱涵的沉降監測點如圖4所示。

3.3 沉降監測結果分析

圖4 被破除樁編號及沉降監測點布置

布置好監測點后，為更好地探究箱涵的沉降規律，可加大監測頻率。每根舊樁打入每節鋼套管時、每段樁吊出后、鋼套筒拔出后、孔位回填后，這幾個重要施工節點需要重點監測。

3.3.1 箱涵的沉降和各測點之間差異沉降

破除舊樁的同時，也應加強箱涵的沉降監測。將各個測點的最終累計沉降和各測點沉降差匯總（圖5、圖6）。

圖5 各監測點累計沉降值曲線

圖6 各監測點差異沉降值曲線

從圖5和圖6可以看出：舊樁的破除對箱涵的影響滿足要求，最大累計沉降為2.1 mm，小于報警值5 mm；其中ZQT-5和ZQT-6沉降監測點之間的差異沉降僅為0.1 mm，最大的差異沉降為ZQT-3和ZQT-8之間，差異沉降值1.55 mm。監測結果說明破樁時壓入鋼套管和吊樁過程對周圍土體擾動不大。

3.3.2 舊樁破除對箱涵沉降的影響距離

整體探究了各個監測點的沉降情況后，緊接著分析不同編號樁基破除時各個測點的沉降值，以探究與箱涵不同距離樁破除時對其的影響。具體數值如圖7所示。

從圖7可以看出：當樁基距離箱涵30D（D為樁徑）后，破除施工對箱涵無影響；當距離為10D～20D之間時，影響效果呈比例減弱；當距離為4D～5D之間時，影響最大，達到預警值的50%。

3.3.3 不同施工節點下測點的沉降值

破除樁基有多個施工步驟，每個施工環節對箱涵的影響效果也不一樣。為探究各個施工環節所占的權重，選取累計沉降最大的2個監測點ZQT-5、ZQT-10進行分析。2個監測點的沉降結果如圖8所示。

圖7 不同距離下箱涵沉降值

圖8 不同施工節點箱涵沉降值

在圖8中：一節代表壓入第1節鋼套管；二節代表壓入第2節鋼套管；三節代表壓入第3節鋼套管；四節代表壓入第4節鋼套管；五節代表壓入第5節鋼套管；回填代表拔出套管，孔位回填壓實。

從圖8可以看出：第1節鋼套管壓入后，對箱涵的沉降影響最大；壓入第2節鋼管時，沉降稍有波動；其后幾節鋼套管壓入時影響不大；最后鋼套管拔出，孔位回填時影響較大。因此，在打壓第1節鋼套管時要緩慢施工，保證施工質量。

4 結語

本文以實際工程為例，介紹了拔樁施工工藝和拔樁時對鄰近構筑物的影響，以期為今后同類工程提供參考。得出的主要結論如下：

1）當舊樁基距離箱涵30D（D為樁徑）后，破除施工對箱涵無影響；當距離為4D～5D之間時，應對箱涵進行加固，避免箱涵因不均勻沉降而產生開裂。

2）打入首節鋼套管及孔位回填時，對箱涵的影響最大。此時應加強相關監測，避免箱涵受到破壞。