GPS-10型鉆機全回轉法拔除預制樁施工技術

王宏杰

（安徽地礦局327地質隊，安徽 合肥 230011）

隨著城市化進程的不斷加快，城市建設也日新月異，早年施工的樁基無法使用，須將其拔除后另行施工。上海宏聯電子自動倉儲工程擬將原20世紀80年代施工的混凝土預制方樁拔除后施工鉆孔灌注樁，我公司承擔了其混凝土預制樁的拔除及鉆孔灌注樁的施工。

1 擬施工工程現場情況

1.1 工程概況

擬建的工程位于上海浦東康橋工業園區，北臨秀康路，東臨康柳路。其自動儲罐車間原先在20 世紀80 年代采用混凝土預制方樁，由于產生不均勻沉降，無法使用，現已拆除。擬在原址重新進行施工，采用鉆孔灌注樁作樁基礎進行加固，設計鉆孔灌注樁樁徑為?800mm、樁長45m，樁底使用高壓旋噴沖洗灌漿工藝進行施工。由于自動儲罐車間已有200mm×200mm的混凝土預制樁，鉆孔灌注樁施工前必須進行拔除。

1.2 工程地質情況

根據上海巖土工程勘察設計研究院提供的宏聯電子自動倉儲工程勘察資料，場地的工程地質條件如下：

施工場地本次勘察揭露在深度65m范圍內的地基土均屬第四系濱海—淺海相沉積層，主要由飽和粘性土、粉土及粉砂組成，根據土的成因、結構及物理力學性質差異可劃分為8個主要層次，其中第③、⑤、⑦層分成兩個亞層，第⑥層土缺失。

各土層的土性描述如表1所示。

表1 場地工程勘察地層情況表

1.3 原有預制混凝土方樁情況

原有預制混凝土方樁為20 世紀80 年代建設廠房進行施工的。樁徑為200mm×200mm，樁長為15.6m，采用錘擊法施工，樁的連接方法為焊接法。樁布置間距為1000mm×1000mm，滿堂布置。其布置如圖1所示。

圖1 自動倉儲基礎加固樁位布置圖（單位：mm）

在公司承接該工程之前，臺灣知名的樁基基礎公司——富國公司作為業主方的技術顧問參與該工程，并為該工程的拔樁提供的工藝方案為：先用旋噴管注入高壓水，將樁四周的土沖開，然后用吊車或鉆機將樁提起。但該方案在實際施工中發現拔除困難且極易出現上下兩節樁連接處拔斷，造成下節樁很難處理：現場當時在其他部位共拔除4根樁，其中有3根樁只拔出上節樁，下節樁一直未能拔除，且拔除的部位由于高壓水沖刷，使該樁位處出現較大的空洞，鉆機就位困難。如再施工鉆孔灌注樁，則可造成大量混凝土浪費、并容易造成質量問題。而且拔除時間太長，7d時間只拔除4根樁且有3根樁下節樁未能拔出。

2 拔樁方案比選

為了在拔除混凝土預制樁時，盡量減小對周圍環境的影響，曾對多種拔樁方式進行比較。拔除樁基，首先要減小樁周摩阻力，主要方法有水沖法（或射水法）、振動法和回鉆法。

2.1 水沖法

水沖法的原理是采用高壓水流將樁體周圍的土體破壞，形成水土混合液，將樁周圍泥砂通過地面溢流并被排出，然后利用吊車將自孔內吊出而拔樁。

該方法雖然簡單，但對樁周圍土體破壞較大，無法形成能控制的孔洞，對后期鉆孔灌注樁施工不利；同時由于該混凝土預制方樁為兩節樁，極容易造成只拔起上節樁，而下節樁無法拔起的情況。

2.2 振動法

振動法屬于傳統的拔樁方法，其原理是利用液壓變頻振動錘，將設計的鋼套管振動沉入，沉入深度超過原樁長，然后通過減少或解除樁側土體摩阻力后將舊樁體整體吊出。以外側套管作為護壁，內側采用高壓水幕，將舊樁周圍的土體及障礙物切削后實施土體分離減摩。采用鋼絲繩綁牢樁體，再用大噸位起拔設備直接拔出樁基。

此法其特點是適用范圍廣，對周邊土體擾動小，無環境污染，既安全又快速。但需要的拔樁設備較大；在振入鋼套管時，對地表振動大，對周圍環境影響大。

2.3 回轉法

回鉆法是利用全回轉設備產生的下壓力和扭矩，驅動鋼套管轉動，利用管口的高強刀頭對土體的切削和高壓水對土體的沖刷作用，將套管鉆入地下，去除套管與樁體間的土體后，減小了樁周的摩阻力，拔出樁基，鋼套管同樣采用旋轉方式拔出，對周圍環境影響小。

目前回轉法主要采用搓管機（全護筒）拔樁。用搓管機驅動鋼套管進行360°回轉，并將鋼套管壓入和拔出。該方法雖然可行，和振動法一樣，需較大的設備，施工費用較高。

通過以上3種方法的比較，根據我公司在施工現場已在施工鉆孔灌注樁的情況，在不增加任何大型設備的情況下，提出利用現有的GPS-10 型鉆機，采用“全回轉套管法拔樁”方案，經業主和臺灣富國公司研究確認，該方案完全滿足100%拔除要求。

3 預制混凝土方樁拔除技術

3.1 施工設備配備

上海宏聯電子材料有限公司預制混凝土方案拔除的主要機具有：輪胎式QY-16 型吊車、GPS-10 型鉆機、3PN 泥漿泵、套管（?377mm）鉆具。吊車和鉆機、泥漿泵為常用設備，使用的材料為?377mm×10mm 的無縫鋼管。

3.2 鉆具結構

套管鉆具為我們針對工程特點設計制作而成，該套鉆具分二套，第一套長度為8.0m，要求小于鉆機架高度9.50m，能一次鉆進。第二套鉆具長度17m，使鉆具能鉆至樁底以下，保證兩節方樁能全部套進鉆具內。

兩套鉆具結構相同，頂部為一法蘭盤接頭與水龍頭連接，管壁外用?22mm鋼筋對稱焊接“十字”傳動條（長度同管長），?377mm 鋼管底部鑲嵌有內外出刃合金，相當于連接鉆頭。

扭矩傳動：在鉆機轉盤上固定30mm 厚鋼板，鋼板中部開出通孔不小于?377mm的圓孔且開出“十字”花鍵槽與管外壁傳動條嚙合實現扭矩傳動，由鉆機轉盤帶支鋼板及?377mm 鋼管進行回轉，鋼管下部的合金鉆頭切削泥土進行鉆進，采用優質膨潤土泥漿作沖洗液，一方面冷卻鉆頭，另一方面攜帶巖粉并保護孔壁。

3.3 施工工藝及施工技術

（1）施工工藝流程。其施工工藝流程如圖2所示。

圖2 施工工藝流程圖

（2）施工方法。首先開挖樁頭。將需要拔樁的樁頭開挖出來，露出樁頭，將樁頭及周圍清理干凈。

其次，埋入護筒。由于本次設計鉆孔灌注樁的位置中心和原預制方樁中心重合，為了避免其他物體落入孔內，影響后期鉆孔灌注樁的施工，需埋設護筒，護筒應埋入原狀土以下，并確保后期施工的鉆孔樁樁位位于護筒中心。

（3）拔樁施工。拔樁施工其具體步驟如下：如圖3步驟一所示：先將8m長的直徑?377mm的套管通過法蘭盤和水籠頭連接，然后由吊車將其吊起后緩慢插入鉆機轉盤中，并和轉盤上的鋼板的花鍵槽對上，同時用鉆機的吊鉤吊起水籠頭，使用優質膨潤土泥漿作沖洗液，開動3PN泥漿泵泵送泥漿并開動鉆機緩慢進行鉆進。

圖3 步驟一（單位：mm）

步驟二（圖4）：步驟一將套管鉆進到位后，用吊車緩慢將直徑?377mm8m長的套管提起并放下，卸下換上17m長的套管，按步驟一的方法進行連接，然后用吊車吊起并下入原孔中繼續鉆進，直至鉆進到孔深位置即預制方樁底部。

圖4 步驟二（單位：mm）

步驟三（圖5）：鉆進到底后，繼續開動泥漿泵進行泥漿循環，并開動鉆機緩慢約半小時后提起，將套管和水籠頭連接的法蘭盤卸開，用鋼絲繩將預制小方樁綁牢、扎緊，然后用鉆機緩慢吊起方樁。待方樁提動后，再緩慢放置原位，重新用吊車吊起后下放。如吊起只有一節樁則采用（或步驟三）方法。

圖5 步驟三（單位：mm）

或步驟三（圖6）：如吊起只有一節樁，可將樁提起或重新放回原處，向套管內投入卡料，重新連接水籠頭和套管的法蘭盤，并泵送泥漿、開動鉆機緩慢回轉，使卡料卡住方樁。一般回轉20min左右，即可關泵，然后再回轉約2～3min 后用吊車提鉆，放入地面后取出方樁。再進行下一根樁施工。

圖6 或步驟三（單位：mm）

（4）灌入優質泥漿。為了保證后期鉆孔灌注樁的施工，應在拔樁完成后立即灌入粘度達22″以上的優質膨潤土泥漿進行護壁，防止鉆孔孔壁坍塌。

（5）移機，進行下一根方樁拔除。移機后，立即給護筒蓋上蓋，防止安全事故發生和其他物體的掉入。

4 施工效果及體會

4.1 施工效果

在該項目施工過程中，采用“套管法拔樁”，共計拔上40根預制方樁，平均每天拔樁4根，極大地縮短了業主給定的拔樁工期，而未出現一根樁留在原位而拔不出的問題;同時后期的鉆孔灌注樁施工其充盈系數均為1.10,未出現大的擴徑問題。

4.2 施工體會

實踐證明：GPS-10型鉆機全回轉拔樁套樁工藝不僅簡單、易行、可靠，而且施工效率高、成本低，無需添加其它新機具，特別適合排除連接不牢的樁。

（1）安全可靠，對周邊土體擾動小。GPS-10 型鉆機全回轉拔樁施工技術是在優質泥漿護壁下，在鋼套管內進行清障拔樁施工，對地下原狀土破壞小，對地下土體不產生擾動或產生很小的擾動。由于泥漿的護壁和鋼套管的支撐，對周邊構筑物無影響。

（2）施工速度快，質量好，且適用范圍廣。該技術方法可根據工程需要進行各類拔樁清障施工，如各種形式、各種規格、環境復雜、各種難度的舊鉆孔灌注樁、預制樁、預應力管樁等。

（3）風險小，能夠確保后續工程施工。采用鉆機全回轉清障拔除技術對舊樁完整拔除，一般情況下能順利達到施工目的。即使遇到特殊情況，采用投入卡料的方法，也能將斷樁清除，100%確保拔樁徹底。

（4）節能環保，優質高效。本方法在拔樁過程中，產生的泥漿在隨后全部放入拔樁孔內進行護壁，保證后期鉆孔灌注樁的施工，不光能節約后期施工成本，也保證了后期的施工質量，且施工設備低噪聲，施工速度快，又能保證施工質量。

（5）快速經濟，降低工程造價。本施工技術方法是鋼套管旋轉切割切削，相比其它施工方法，受環境因素限制小，無需增加其他輔助設施，清障拔樁的施工效率高，風險低度，具有良好的經濟效益。