CN107023008B - 护壁及反力用沉井平台拔桩方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种护壁及反力用沉井平台拔桩方法及系统，属于水利、公路、铁路、市政、桥梁等工程中桩的撤去技术领域。该拔桩方法包括以下步骤：1）将沉井下沉到待拔桩附近的其它桩上或待拔桩周边的土岩体上，使待拔桩的顶部曝露在沉井中；2）在待拔桩的顶部钻制锚孔；3）将锚索材料的一端下放至锚孔内，其另一端露出待拔桩顶部；4）向锚孔灌注第一浆体，将高强度锚索材料固定于待拔桩内形成锚杆；5)在沉井上设置千斤顶平台，通过穿心千斤顶拔起待拔桩。该护壁及反力用沉井平台拔桩方法及系统可以将大桩体快速安全拔出，整体非常可靠稳固、安全性大大提高，节省大量成本，对于铁道路基旁的拔桩施工适用，不会影响铁道路基安全，占用空间也小。

Description

护壁及反力用沉井平台拔桩方法及系统

技术领域

本发明涉及一种沉井平台拔桩方法，属于水利、公路、铁路、市政、桥梁等工程中桩的撤去技术领域。

背景技术

现有地铁隧洞施工中，需要将影响隧洞施工的整桩提至安全高度，即将影响隧洞施工的整桩完全拔出或者部分拔出。

但是，据申请人了解，现有国内外的拔桩技术，主要采用以下几种方式：

1)冲击碎桩法与全套管减磨拔除法；这两种拔桩技术主要依赖全套管钻机及大型起重机，故对施工场地要求较高，施工场地面积很大且场地上部无净高限制，但是，实际施工环境是难以达到的。

2)全套管静压拔桩的方法，这种方法采用钢套管以及结合喷射高压水及高压膨润土浆对桩的周圈土岩体进行清除，然后进行拔桩，但是工艺较复杂，实际较长，特别是对于彼此紧邻的多根桩的拔除不能适用。

3)直接将灌注桩中的桩头钢筋与拔桩设置连接，逐渐施力直至将桩拔出，但是，现有灌注桩中的钢筋强度低、焊接不可靠、受力不均，容易将灌注桩拔断，这是拔桩施工中所不允许的。

另外，据申请人了解，在铁道路基旁的拔桩施工中，特别在窄小空间的铁道路基旁的拔桩施工中，为了保证铁道路基安全，现在没有一种拔桩技术适用。

综上，现有拔桩技术中，设备要求高、专属性较强、投入大、启用大型吊机风险大，不能因地置宜，灵活性低，不能完全满足快速安全拔出大直径桩，尤其是在小空间中快速安全拔出大直径桩。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足，提出一种快速安全拔出不同直径桩的护壁及反力用沉井平台拔桩方法及系统。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案之一是：一种护壁及反力用沉井平台拔桩方法，包括以下步骤：

1)在埋于地表以下一定深度的待拔桩上方设置一沉井，然后将沉井下沉到待拔桩附近的其它桩上或待拔桩周边的土岩体上，使待拔桩的顶部曝露在沉井中，备设多根高强度锚索材料以及穿心千斤顶；

2)在所述待拔桩的顶部钻制向其底部延伸的锚孔；

3)将所述锚索材料的一端下放至所述锚孔内，其另一端露出所述待拔桩顶部；

4)向所述锚孔灌注第一浆体，待所述第一浆体固化并达到设定强度后，将所述高强度锚索材料固定于待拔桩内形成锚杆；

5)在所述沉井上设置用于穿心千斤顶安装的千斤顶平台，通过穿心千斤顶张拉所述锚索材料的另一端以拔起待拔桩。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案之二是：一种护壁及反力用沉井平台拔桩系统，用于上述的护壁及反力用沉井平台拔桩方法中，该护壁及反力用沉井平台拔桩系统设置于埋于地表以下一定深度的待拔桩附近,包括沉井、多根高强度锚索材料和穿心千斤顶，所述沉井上设置用于穿心千斤顶安装的千斤顶平台，其特征在于，所述沉井设于待拔桩附近的其它桩上或待拔桩周边的土岩体上，所述待拔桩的顶部曝露在沉井中，所述待拔桩的顶部制有向其底部延伸的锚孔，所述锚索材料的一端下放至所述锚孔内，所述锚索材料的另一端露出待拔桩顶部；所述锚孔内灌注有固化后用于将所述锚索材料固定于待拔桩内以形成锚杆的第一浆体，所述穿心千斤顶用于张拉所述锚索材料的另一端以拔起待拔桩。

本发明采用上述技术方案的效果是：对于埋于地表以下一定深度的待拔桩，在其上方设置一沉井，然后将沉井下沉到待拔桩附近的其它桩上或待拔桩周边的土岩体上，同时使待拔桩的顶部曝露在沉井中，接着直接在待拔桩的顶部钻制锚孔，然后将锚索材料的一端下放至所述锚孔内，其另一端露出待拔桩顶部，再向锚孔灌注浆体，将高强度锚索材料固定于待拔桩内形成锚杆，最后通过穿心千斤顶提升所述锚索材料的另一端以拔起待拔桩，这样具有如下效果：

1)巧妙的将现有岩土锚固技术中的锚杆移用到拔桩中，相比于传统拔除桩的思维定势是一味在桩的外表固定后再进行吊拔，本发明突破了这一思维定势，对待拔桩先钻孔进行锚固再拔除，形成先锚后拔，因此十分出人意料。

本发明既可以对于不同直径(大、中、小)待拔桩进行锚固提升，同时又对待拔桩进行加固，可以有效防止拔桩中的断桩并将大直径桩快速安全拔出，特别是对于小空间中彼此紧邻的多根桩的拔除十分适用，整体非常可靠稳固、安全性大大提高的同时节省大量成本，且提高效率。

2)沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水结构物，下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁，简化了施工，沉井施工时对邻近建筑物影响较小，通过设置沉井平台，特别是对于铁道路基旁的拔桩施工适用，不会影响铁道路基安全，占用空间也小。

上述技术方案之一的改进是：在所述步骤2)中，在所述待拔桩上钻制贯通其顶面和底面的桩体灌浆孔；在所述步骤5)中，在拔起待拔桩的过程中，通过桩体灌浆孔回灌第二浆体，使得第二浆体渗入待拔桩底部的桩周土岩体以使土岩体与待拔桩连为整体。

本发明采用上述技术方案的效果是：通过在待拔桩上钻制贯通其顶面和底面的桩体灌浆孔，在拔桩过程中，通过桩体灌浆孔回灌第二浆体，可以确保桩的结构安全，保护周边建筑物地下结构稳定，防止塌方，同时，可以使大气压内外平衡，降低提升力，提高成功率。特别重要的是，在只需要将待拔桩部分拔出的施工要求时，由于在拔起待拔桩的过程中，通过桩体灌浆孔回灌第二浆体，使得第二浆体渗入待拔桩底部的桩周土岩体，并将土岩体与待拔桩连为整体，这样，未完全拔出的余下的待拔桩还可以进行利用。

上述技术方案之一的完善之一是：在所述步骤2)中，在所述待拔桩的顶部钻制向其底部延伸的静态爆破孔；在所述步骤5)中，在通过穿心千斤顶提升所述锚索材料的另一端以拔起待拔桩后，先在静态爆破孔中倒入破碎剂并用快硬性水泥堵住静态爆破孔的孔口12-18小时，然后通过破碎设备对所述待拔桩进行破碎。

本发明采用上述技术方案的效果是：通过在待拔桩的顶部钻制向其底部延伸的静态爆破孔，这样在通过穿心千斤顶拔桩后，先在静态爆破孔中倒入破碎剂并用快硬性水泥堵住静态爆破孔的孔口12-18小时，然后通过破碎设备对待拔桩进行破碎，结合混凝切割以及气割钢筋等办法，可以快速分解混凝土，实现待拔桩的上部拆除，将拔桩工程顺利转向下一工序、下一根桩。

上述技术方案之一的完善之二是：所述锚孔的深度和锚杆的长度小于所述待拔桩的长度并大于所述锚杆的最小锚固长度，所述锚杆的最小锚固长度L按下式计算：

式中，a为安全系数；σ为锚索材料强度；A为锚索材料截面面积；d为锚孔直径；τ为锚杆与孔壁抗剪强度。

上述技术方案之一的完善之三是：所述锚索材料上设有出口分别位于锚孔底部、中部和上部处的三根灌浆管；采用压力灌浆向锚孔内灌注浆体，所述浆体是由PO52.5水泥、水泥浆孔道压浆剂和水混合而成的浆体，所述浆体的水胶比为0.35～0.45；采用砂浆搅拌机和注浆泵进行压力灌浆。

上述技术方案之二的改进是：所述待拔桩上制有贯通其顶面和底面的桩体灌浆孔；所述桩体灌浆孔用于在拔桩过程中回灌第二浆体。

由于待拔桩上制有贯通其顶面和底面的桩体灌浆孔，可以在拔起待拔桩的过程中，通过桩体灌浆孔回灌第二浆体，可以确保桩的结构安全，保护周边建筑物地下结构稳定，防止塌方，同时，可以使大气压内外平衡，降低提升力，提高成功率。特别重要的是，在只需要将待拔桩部分拔出的施工要求时，由于在拔起待拔桩的过程中，通过桩体灌浆孔回灌第二浆体，使得第二浆体渗入待拔桩底部的桩周土体，并将土体与待拔桩连为整体，这样，未完全拔出的余下待拔桩还可以进行利用。

上述技术方案之二的改进是：所述待拔桩的顶部制有向其底部延伸的静态爆破孔；所述静态爆破孔中倒入有破碎剂并封堵有快硬性水泥块。

通过在待拔桩的顶部制有向其底部延伸的静态爆破孔，这样在通过穿心千斤顶提升锚索材料的另一端以拔起待拔桩后，先在静态爆破孔中倒入破碎剂并用快硬性水泥堵住静态爆破孔的孔口12-18小时，然后通过破碎设备进行桩体破碎，结合混凝切割以及气割钢筋等办法，可以快速分解混凝土，实现待拔桩的上部拆除，将拔桩工程顺利转向下一工序、下一根桩。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例的护壁及反力用沉井平台拔桩方法以及护壁及反力用沉井平台拔桩系统采用的拔桩装置总体示意图。

图2是图1采用的拔桩装置的布置图一。

图3是图1采用的拔桩装置的布置图二。

图4是图1待拔桩上钻制的锚孔、桩体灌浆孔和静态爆破孔的示意图。

具体实施方式

实施例

本实施例的护壁及反力用沉井平台拔桩方法，如图1和图4所示，包括以下步骤：

1)在埋于地表以下一定深度的待拔桩1上方设置一沉井3，然后将沉井3下沉到待拔桩1附近的其它桩上(如图2所示)或待拔桩周边的土岩体上(如图3所示)，使待拔桩1的顶部曝露在沉井3中，备设多根高强度锚索材料2以及穿心千斤顶5。

本实施例的待拔桩1是咬合桩、承台桩和打入桩。本实施例的锚索材料2可以是金属硬质或软质材料制成。金属硬质制成，例如：粘结钢绞束、预应力钢绞线、预应力钢绞束、高强钢丝、高强钢丝绳或高强钢筋，等等；也可以是非金属硬质或软质材料制成，例如：纤维、塑料或尼龙，等等。沉井3是圆形沉井、矩形沉井、圆端形沉井、混凝土沉井、钢筋混凝土沉井或钢沉井，等等。

2)在待拔桩1的顶部钻制向其底部延伸的锚孔1-1；本实施例的锚孔1-1是位于待拔桩1横截面中心的一个锚孔或沿待拔桩1横截面中心周圈均布的至少两个锚孔。

本实施例的锚孔1-1钻孔采用履带式钻机D150，单台功率75kW；同时配15m3,1.3MPa空压机，空压机功率135kW。工作效率为60m/8hr。钻完孔后，运用清水清洗干浆，并抽干其中自由水，下锚索材料2之前，运用塞子堵住孔口，防止异物进入孔内。若待拔桩1仍作为工程桩，为避免履带式钻机对桩的损伤，可以采用地质钻机钻孔。如果待拔桩1顶面在地表以下，可以通过勘察明确桩中心及直径的桩，锚孔1-1通过套管法钻制。

3)将锚索材料2的一端下放至锚孔1-1内，其另一端露出待拔桩1顶部；

4)向锚孔1-1灌注第一浆体，待第一浆体固化并达到设定强度后，将高强度锚索材料2固定于待拔桩1内形成锚杆；

本实施例的锚孔1-1的深度和锚杆的长度小于待拔桩1的长度并大于所述锚杆的最小锚固长度，锚杆的最小锚固长度L按下式计算：

式中，a为安全系数；σ为锚索材料强度；A为锚索材料截面面积；d为锚孔直径；τ为锚杆与孔壁抗剪强度。

5)在沉井3上设置用于穿心千斤顶5安装的千斤顶平台4，通过穿心千斤顶5张拉锚索材料2的另一端以拔起待拔桩1。

本实施例在步骤2)中，在待拔桩1上钻制贯通其顶面和底面的桩体灌浆孔1-2。

在起拔之前，可以灌注大量的水体，对拔桩1的桩底进行软化、平衡内外大气压等，这样在步骤5)中，在拔起待拔桩1的过程中，通过桩体灌浆孔1-2回灌第二浆体，使得第二浆体渗入待拔桩1底部的桩周土岩体，并将土岩体与待拔桩1连为整体。

为了快速分解混凝土，实现待拔桩1的上部拆除，将拔桩工程顺利转向下一工序、下一根桩：

本实施例在步骤2)中，在待拔桩1的顶部钻制向其底部延伸的静态爆破孔1-3；

本实施例在步骤5)中，在通过穿心千斤顶5提升锚索材料2的另一端以拔起待拔桩1后，先在静态爆破孔1-3中倒入破碎剂并用快硬性水泥堵住静态爆破孔1-3的孔口12-18小时，然后通过破碎设备进行对待拔桩1破碎。

静态爆破孔1-3是在需破除部位提前钻制出，呈“十”字型分布。破碎剂采用SCA-2型(无声破碎剂)，适用于10-25℃环境，按每袋5公斤破碎剂与1.5升水调配，搅拌后，保证破碎剂完全溶解到水中成了浆体。浆体必须在搅拌后10-15分钟内倒入静态爆破孔1-3内，装填到离孔口15mm处，将浆体倒入孔中并在孔中搅动，以确保钻孔中没有气孔；填完后用快硬性水泥堵住孔口；12-18小时后可以达到效果。

为了确保灌浆密实，本实施例的锚索材料2上设有出口分别位于锚孔1-1底部、中部和上部处的三根灌浆管；采用压力灌浆向锚孔1-1内灌注浆体，浆体是由PO52.5水泥、水泥浆孔道压浆剂和水混合而成的浆体，浆体的水胶比为0.35～0.45；采用砂浆搅拌机和注浆泵进行压力灌浆。压浆前可以进行砂浆块制作试验，确保试块3d强度达到25MPa，10d强度达到30MPa。

采用砂浆搅拌机和注浆泵进行压力灌浆(灌注浆体)。灌浆由底部向上灌浆，当灌至上一个个灌浆管时，开启上一灌浆管，直至灌至设计位置。每次灌浆制作3组水泥浆试块，采用砂浆块，待3d、7d压制试块，待强度达到后可以进行提升。

由于桩周受挡墙、渠壁等连接影响，可以采用履带式钻机D150，将该连接通过钻孔消除。消除该连接时，钻孔范围适当加大、加深，防止强连接以下范围存在较大的扩孔与塌孔。强连接消除选择与锚孔1-1同期进行。

桩周与土层间的摩阻部分消除，是通过在桩周钻制一定数量的孔、适当冲水实现消除桩周磨阻。孔内下直径50PVC花管。

拔桩分为以下几个阶段，将预估提升力分为10级，每级观察10钟，每分钟测一次数据，分析桩顶位移随时间变化与随荷载变化关系。同时监测地表沉降位移、结构应力与变形。假设：预估提升力为8000kN，具体荷载分级为800kN、1600kN，2400kN，直至启动荷载。

如图1和图4所示，本实施例的护壁及反力用沉井平台拔桩系统，用于上述的护壁及反力用沉井平台拔桩方法中，该护壁及反力用沉井平台拔桩系统设置于埋于地表以下一定深度的待拔桩1附近,包括沉井3、多根高强度锚索材料2和穿心千斤顶5。沉井3上设置用于穿心千斤顶5安装的千斤顶平台4。

沉井3设于待拔桩1附近的其它桩上(如图2所示)或待拔桩周边的土岩体上(如图3所示)，待拔桩1的顶部曝露在沉井3中。

本实施例护壁及反力用沉井平台拔桩系统中的待拔桩1也是咬合桩、承台桩和打入桩。本实施例的锚索材料2可以是金属硬质或软质材料制成。金属硬质制成，例如：粘结钢绞束、预应力钢绞线、预应力钢绞束、高强钢丝、高强钢丝绳或高强钢筋，等等；也可以是非金属硬质或软质材料制成，例如：纤维、塑料或尼龙，等等。沉井3是圆形沉井、矩形沉井、圆端形沉井、混凝土沉井、钢筋混凝土沉井或钢沉井，等等。

待拔桩1的顶部制有向其底部延伸的锚孔1-1。锚孔1-1是位于待拔桩1横截面中心的一个锚孔或沿待拔桩1横截面中心周圈均布的至少两个锚孔。

本实施例的锚索材料2的一端下放至锚孔1-1内，锚索材料2的另一端露出待拔桩1顶部；锚孔1-1内灌注有固化后用于将锚索材料2固定于待拔桩1内以形成锚杆的第一浆体，穿心千斤顶用于张拉锚索材料2的另一端以拔起待拔桩1。

本实施例护壁及反力用沉井平台拔桩系统中的锚孔1-1的深度和锚杆的长度也是小于待拔桩1的长度并大于锚杆的最小锚固长度，锚杆的最小锚固长度L按下式计算：

式中，a为安全系数；σ为锚索材料强度；A为锚索材料截面面积；d为锚孔直径；τ为锚杆与孔壁抗剪强度。

本实施例的待拔桩1上制有贯通其顶面和底面的桩体灌浆孔1-2；桩体灌浆孔1-2用于在拔桩过程中回灌第二浆体。

本实施例的待拔桩1的顶部制有向其底部延伸的静态爆破孔1-3；静态爆破孔1-3中倒入有破碎剂并封堵有快硬性水泥块。

本实施例护壁及反力用沉井平台拔桩系统中的锚索材料2上也设有出口分别位于锚孔1-1底部、中部和上部处的三根灌浆管。

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种护壁及反力用沉井平台拔桩方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在埋于地表以下一定深度的待拔桩上方设置一沉井，然后将沉井下沉到待拔桩附近的其它桩上或待拔桩周边的土岩体上，使待拔桩的顶部曝露在沉井中，备设多根高强度锚索材料以及穿心千斤顶；

2)在所述待拔桩的顶部钻制向其底部延伸的锚孔；

3)将所述锚索材料的一端下放至所述锚孔内，其另一端露出所述待拔桩顶部；

4)向所述锚孔灌注第一浆体，待所述第一浆体固化并达到设定强度后，将所述高强度锚索材料固定于待拔桩内形成锚杆；

5)在所述沉井上设置用于穿心千斤顶安装的千斤顶平台，通过穿心千斤顶张拉所述锚索材料的另一端以拔起待拔桩。

2.如权利要求1所述的护壁及反力用沉井平台拔桩方法，其特征在于：在所述步骤2)中，在所述待拔桩上钻制贯通其顶面和底面的桩体灌浆孔；在所述步骤5)中，在拔起待拔桩的过程中，通过桩体灌浆孔回灌第二浆体，使得第二浆体渗入待拔桩底部的桩周土岩体以使土岩体与待拔桩连为整体。

3.如权利要求1或2所述的护壁及反力用沉井平台拔桩方法，其特征在于：在所述步骤2)中，在所述待拔桩的顶部钻制向其底部延伸的静态爆破孔；在所述步骤5)中，在通过穿心千斤顶提升所述锚索材料的另一端以拔起待拔桩后，先在静态爆破孔中倒入破碎剂并用快硬性水泥堵住静态爆破孔的孔口12-18小时，然后通过破碎设备对所述待拔桩进行破碎。

4.如权利要求1或2所述的护壁及反力用沉井平台拔桩方法，其特征在于：所述锚孔的深度和锚杆的长度小于所述待拔桩的长度并大于所述锚杆的最小锚固长度，所述锚杆的最小锚固长度L按下式计算：

式中，a为安全系数；σ为锚索材料强度；A为锚索材料截面面积；d为锚孔直径；τ为锚杆与孔壁抗剪强度。

5.如权利要求4所述的护壁及反力用沉井平台拔桩方法，其特征在于：所述锚索材料上设有出口分别位于锚孔底部、中部和上部处的三根灌浆管；采用压力灌浆向锚孔内灌注浆体，所述浆体是由PO52.5水泥、水泥浆孔道压浆剂和水混合而成的浆体，所述浆体的水胶比为0.35～0.45；采用砂浆搅拌机和注浆泵进行压力灌浆。

6.如权利要求1或2所述的护壁及反力用沉井平台拔桩方法，其特征在于：所述锚索材料是粘结钢绞束、预应力钢绞线、预应力钢绞束、高强钢丝、高强钢丝绳、高强钢筋、纤维、塑料或尼龙。

7.如权利要求1或2所述的护壁及反力用沉井平台拔桩方法，其特征在于：所述锚孔是位于待拔桩横截面中心的一个锚孔或沿待拔桩横截面中心周圈均布的至少两个锚孔。

8.一种护壁及反力用沉井平台拔桩系统，用于权利要求1所述的护壁及反力用沉井平台拔桩方法中，该护壁及反力用沉井平台拔桩系统设置于埋于地表以下一定深度的待拔桩附近,包括沉井、多根高强度锚索材料和穿心千斤顶，所述沉井上设置用于穿心千斤顶安装的千斤顶平台，其特征在于，所述沉井设于待拔桩附近的其它桩上或待拔桩周边的土岩体上，所述待拔桩的顶部曝露在沉井中，所述待拔桩的顶部制有向其底部延伸的锚孔，所述锚索材料的一端下放至所述锚孔内，所述锚索材料的另一端露出待拔桩顶部；所述锚孔内灌注有固化后用于将所述锚索材料固定于待拔桩内以形成锚杆的第一浆体，所述穿心千斤顶用于张拉所述锚索材料的另一端以拔起待拔桩。

9.如权利要求8所述的护壁及反力用沉井平台拔桩系统，其特征在于：所述待拔桩上制有贯通其顶面和底面的桩体灌浆孔；所述桩体灌浆孔用于在拔桩过程中回灌第二浆体。

10.如权利要求8所述的护壁及反力用沉井平台拔桩系统，其特征在于：所述待拔桩的顶部制有向其底部延伸的静态爆破孔；所述静态爆破孔中倒入有破碎剂并封堵有快硬性水泥块。

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