CN115075249A - 一种桩基清除装置及桩基清除工艺 - Google Patents

一种桩基清除装置及桩基清除工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种桩基清除装置，设置于高富水压软弱地层内，包括：定位钢板、外套管和内套管；定位钢板设置于第二层结构板上表面；外套管下端嵌固于地下室结构底板内且形成一封闭结构，其上端穿设于第一层结构板内部；内套管套设于外套管的内部且形成双套管结构；且内套管上端卡接于定位钢板内，其下端伸入高富水压软弱地层内且套设于障碍桩的外侧壁上；且有提供了一种桩基清除工艺。本发明该防护结构结构简单，设计合理，有效避免了泥沙外溢至建筑结构中，有效避免了对建筑结构的破坏，实用性强。有效减少了在传统工艺下拔桩涌砂涌水的事故发生；能够保证内套管安全将桩基拔除。

Description

一种桩基清除装置及桩基清除工艺
技术领域
本发明涉及障碍柱清除技术领域，更具体地说是涉及一种桩基清除装置及桩基清除工艺。
背景技术
随着各地盾构施工的日益发展，越来越多的盾构线路需要穿越既有建筑的桩基基础，在地下轨道交通的盾构施工中，对障碍桩的处理是施工中的关键工序，因为地铁建设的特殊性，大部分清障工作位于较为繁华地段，交通线路繁忙，使得清障场地狭小，施工技术要求高，施工风险大。
当盾构区间内存在原地下市政隧道的格构柱和桩基础时，需要拔除桩基后再进行盾构施工，而高富水压软弱地层具有地下水丰富、水压较大、地层承载力较差等特点，当盾构区间内为高富水压软弱地层时，为确保桩基拔除的安全，尽量减少对原有市政隧道结构的破坏，要求一次性安全拔除桩基，并防止出现涌水涌砂事故。
目前我国大部分对既有桩基的预处理是采用单套管直接拔除的方法，但是单套管拔桩工艺中，套管与地层之间的交界面未完全封闭，易产生涌砂涌水事故，因此，缺少一种高富水压软弱地层中穿越既有建筑物的桩基清除工艺。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种桩基清除装置及桩基清除工艺。目的就是为了解决上述之不足而提供。
为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种桩基清除装置，设置于高富水压软弱地层内，且高富水压软弱地层上方依次设置有地下室结构底板、第一层结构板和第二层结构板，所述防护结构包括：定位钢板、外套管和内套管；所述定位钢板设置于所述第二层结构板上表面；所述外套管下端嵌固于所述地下室结构底板内且形成一封闭结构，其上端穿设于所述第一层结构板内部；所述内套管套设于所述外套管的内部且形成双套管结构；且所述内套管上端卡接于所述定位钢板内，其下端伸入高富水压软弱地层内且套设于障碍桩的外侧壁上；
所述地下室结构底板上表面中部沿所述外套管外侧壁的位置设置有环形凹槽；所述环形凹槽的底部设置有沿所述外套管的外侧壁周向布设的注浆管；所述外套管的外侧壁上固定有限制所述注浆管上浮的限位环。
优选地，所述注浆管的一端连通有一注浆导管，且所述注浆导管的另一端伸出所述环形凹槽。
优选地，所述注浆管为预埋注浆管，所述注浆管的侧壁上均布有多个溢浆孔。
优选地，所述环形凹槽内填充有用于固定所述外套管的封固层。
优选地，所述外套管与所述内套管均为空心钢筒；所述外套管与所述内套管之间无接触且留有间隙。
优选地，所述外套管与所述内套管的下端均设置有锯齿。
优选地，本发明还提供了一种利用上述桩基清除装置的桩基清除工艺，包括以下步骤：
步骤1)测量定位及桩位确认
首先由测量人员对需拔除的所述障碍桩进行放样，并做好标记；所述障碍桩清除前需先对障碍桩的实际桩位及桩长进行确认；采用钻芯取样法进行桩长桩位确认，确定需拔除所述障碍桩的位置及实际长度；根据实际定位所述障碍桩中心位置放置全回旋套管钻机；
步骤2)全回旋套管钻机就位
根据钻孔桩中心位置先固定安放所述定位钢板，然后将所述全回旋套管钻机就位安装；
步骤3)所述外套管和所述内套管压入及钻进作业
在钻机就位后，开始进行套管的埋设和钻进作业：
a、使用所述全回旋套管钻机压入所述外套管并切割所述地下室结构底板，待所述外套管进入所述地下室结构底板顶以下0.5m后，停止钻进，将所述外套管与所述地下室结构底板上层主筋牢固焊接，再用C40微膨胀混凝土回填凿除范围，形成封闭的围护结构；
b、再次根据所述障碍桩孔心将所述全回旋套管钻机就位，将所述内套管压入所述外套管内，至进入所述地下室结构底板下3～5m，停止钻进，进行所述障碍桩拔除施工；
步骤4)桩体清除
所述障碍桩逐步切除后分段拔除，具体步骤如下：
a、采用楔子插入所述内套管与所述障碍桩之间的间隙内，旋转所述内套管，将所述障碍桩拧断，抓斗配合将破除的所述障碍桩及土体清出所述外套管和所述内套管，吊车配合吊出、堆放；
b、所述内套管继续向下钻进3-5m，重复a步骤，直至所述内套管最终下放至所述障碍桩底部以下至少1m，直至所述障碍桩全部清除；
步骤5)孔位回填
所述障碍桩全部清除后一边拔除所述内套管和所述外套管一边回填粘性土和水泥浆液；当所述内套管和所述外套管全部拔除后，所述粘性土和水泥浆液也同时填至所述地下室结构底板以下3m，停止回填水泥土，采用C20素混凝土回填至所述地下室结构底板底部以下0.4m，施工防水层，最后再使用所述C20素混凝土回填至所述地下室结构底板底。
优选地，所述步骤2)中钻机就位过程具体包括以下步骤：
a、安放所述定位钢板，且所述定位钢板安放必须平整，且孔位中心与需清除所述障碍桩的孔位中心精确重合；将钻机安放到位后，可通过钻机的垂直监视系统或全站仪确定钻机的垂直度，通过调整四个支腿油缸使钻机安放水平；
b、液压泵站就位，并与钻机液压系统连接完毕，检查、调试好设备，并确保各个系统工作正常；安装钻机配重架及反力配重，注意反力配重应对称安放；
c、安装反力叉，反力叉安装好后，将已安装刀具的钻头与套管连接好后，安放入钻机。
优选地，所述步骤5)中的所述粘性土和水泥浆液的粘性土方选用小于或等于5cm的块体，水泥采用32.5以上的普通硅酸盐水泥；且所述粘性土和水泥浆液应随拌随用，强度控制在0.5MPa左右。
优选地，所述粘性土和水泥浆液搅拌后必须在初凝前使用，每回填2～3m后须用全回转套管钻机的冲击锤夯击数次，确保回填已密实。
优选地，内套管采用φ1.5m小直径的套管，外套管采用φ2m大直径的套管。
优选地，施工过程中需严格控制内套管和外套管的垂直度以及钻进速度，以减小钻进过程给隧道带来的附加压力；全回转套管钻机刀头在切割桩体时，需要设置钻机钻进的特定参数，防止主体结构的坍塌；障碍桩拔除后，保证孔内回填的土体质量且回填密实。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明该防护结构结构简单，设计合理，通过设置封固层，便于将外套管的下端嵌固在地下室结构底板内，且使外套管与地下室结构底板之间为封闭状态，通过设置外套管，便于收集从高富水压软弱地层中涌出的泥沙，泥沙位于外套管与内套管之间的间隙中，有效避免了泥沙外溢至建筑结构中，有效避免了对建筑结构的破坏，实用性强。本发明有效减少了在传统工艺下拔桩涌砂涌水的事故发生；在软弱富水地层的拔桩过程中采用外套管与地下室结构底板嵌套形成了封闭的围护结构，保证内套管安全将桩基拔除。
附图说明
图1为本发明一种桩基清除装置的结构示意图；
图2为图1的A处放大图；
图3为图1的B-B剖视图；
图4为本发明一种桩基清除装置的环形凹槽的结构示意图；
图5为本发明一种桩基清除装置的内、外套管与障碍桩平面位置关系图；
图6为本发明一种桩基清除装置的双套管结构清除障碍桩示意图；
图7为本发明一种桩基清除装置的桩孔回填剖面示意图。
图中：1、障碍桩；2、高富水压软弱地层；3、地下室结构底板；4、第一层结构板；5、第二层结构板；6、定位钢板；7、外套管；8、内套管；9、锯齿；10、环形凹槽；11、注浆管；12、限位环；13、注浆导管；100、粘性土和水泥浆液；200、C20素混凝土；300、C40微膨胀混凝土。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
参照图1-4所示一种桩基清除装置，设置于高富水压软弱地层2内，且高富水压软弱地层2上方依次设置有地下室结构底板3、第一层结构板4和第二层结构板5，防护结构包括：定位钢板6、外套管7和内套管8；定位钢板6设置于第二层结构板5上表面；外套管7下端嵌固于地下室结构底板3内且形成一封闭结构，其上端穿设于第一层结构板4内部；内套管8套设于外套管7的内部且形成双套管结构；且内套管8上端卡接于定位钢板6内，其下端伸入高富水压软弱地层2内且套设于障碍桩1的外侧壁上；地下室结构底板3上表面中部沿外套管7外侧壁的位置设置有环形凹槽10；环形凹槽10的底部设置有沿外套管7的外侧壁周向布设的注浆管11；外套管7的外侧壁上固定有限制注浆管11上浮的限位环12；注浆管11的一端连通有一注浆导管13，且注浆导管13的另一端伸出环形凹槽10。
本实施例中，注浆管11为预埋注浆管，注浆管11的侧壁上均布有多个溢浆孔。
本实施例中，环形凹槽10内填充有用于固定外套管7的封固层。
本实施例中，外套管7与内套管8均为空心钢筒；外套管7与内套管8之间无接触且留有间隙。
本实施例中，述外套管7与内套管8的下端均设置有锯齿9。
作为本实施例的优选或可选方式，本发明还公开了一种桩基清除工艺，具体包括以下步骤：
步骤1)测量定位及桩位确认
首先由测量人员对需拔除的障碍桩1进行放样，并做好标记；障碍桩1清除前需先对障碍桩的实际桩位及桩长进行确认；采用钻芯取样法进行桩长桩位确认，确定需拔除障碍桩1的位置及实际长度；根据实际定位障碍桩1中心位置放置全回旋套管钻机；
步骤2)全回旋套管钻机就位
根据钻孔桩中心位置先固定安放定位钢板6，然后将全回旋套管钻机就位安装；具体就位过程如下：
a、安放定位钢板(6)，且定位钢板(6)安放必须平整，且孔位中心与需清除障碍桩(1)的孔位中心精确重合；将钻机安放到位后，可通过钻机的垂直监视系统或全站仪确定钻机的垂直度，通过调整四个支腿油缸使钻机安放水平；
b、液压泵站就位，并与钻机液压系统连接完毕，检查、调试好设备，并确保各个系统工作正常；安装钻机配重架及反力配重，注意反力配重应对称安放；
c、安装反力叉，反力叉安装好后，将已安装刀具的钻头与套管连接好后，安放入钻机。
步骤3)外套管7和内套管8压入及钻进作业
在钻机就位后，开始进行套管的埋设和钻进作业：
a、使用全回旋套管钻机压入9m长的φ2m外套管7并切割地下室结构底板3，待外套管7进入地下室结构底板3顶以下0.5m后，停止钻进，将外套管7与地下室结构底板3上层主筋牢固焊接，再用C40微膨胀混凝土300回填凿除范围，形成封闭的围护结构；
b、再次根据障碍桩1孔心将全回旋套管钻机就位，将φ1.5m内套管8压入φ2m外套管7内，至进入地下室结构底板3下3～5m，停止钻进，进行障碍桩1拔除施工；
步骤4)桩体清除
套管采用φ1.5m小直径内套管8和φ2m大直径外套管7；施工过程中需严格控制内套管8和外套管7的垂直度以及钻进速度，以减小钻进过程给隧道带来的附加压力；钻机刀头在切割桩体时，需要设置钻机钻进的特定参数，防止主体结构；障碍桩1拔除后，保证孔内回填的土体质量且回填密实；
障碍桩1逐步切除后分段拔除，具体步骤如下：
a、采用楔子插入内套管8与障碍桩1之间的间隙内，旋转内套管8，将障碍桩1拧断，抓斗配合将破除的障碍桩1及土体清出外套管7和内套管8，吊车配合吊出、堆放；
b、内套管8继续向下钻进3-5m，重复a步骤，直至内套管8最终下放至障碍桩1底部以下至少1m，直至障碍桩1全部清除；
步骤5)孔位回填
障碍桩1全部清除后一边拔除内套管8和外套管7一边回填粘性土和水泥浆液100；当内套管8和外套管7全部拔除后，粘性土和水泥浆液100也同时填至地下室结构底板3以下3m，停止回填水泥土，采用C20素混凝土200回填至地下室结构底板3底部以下0.4m，施工防水层，最后再使用C20素混凝土200回填至地下室结构底板3底；
粘性土和水泥浆液100成分中的粘性土选用小于或等于5cm以上的块体，水泥采用32.5以上的普通硅酸盐水泥；粘性土和水泥浆液100应随拌随用，强度控制在0.5MPa左右；粘性土和水泥浆液100搅拌后必须在水泥初凝前使用，每回填2～3m后须用全回转套管钻机的冲击锤夯击数次，确保回填已密实。
本发明该防护结构结构简单，设计合理，通过设置封固层，便于将外套管的下端嵌固在地下室结构底板内，且使外套管与地下室结构底板之间为封闭状态，通过设置外套管，便于收集从高富水压软弱地层中涌出的泥沙，泥沙位于外套管与内套管之间的间隙中，有效避免了泥沙外溢至建筑结构中，有效避免了对建筑结构的破坏，实用性强。本发明有效减少了在传统工艺下拔桩涌砂涌水的事故发生；在软弱富水地层的拔桩过程中采用外套管与地下室结构底板嵌套形成了封闭的围护结构，保证内套管安全将桩基拔除。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种桩基清除装置，设置于高富水压软弱地层(2)内，且高富水压软弱地层(2)上方依次设置有地下室结构底板(3)、第一层结构板(4)和第二层结构板(5)，其特征在于，所述防护结构包括：定位钢板(6)、外套管(7)和内套管(8)；所述定位钢板(6)设置于所述第二层结构板(5)上表面；所述外套管(7)下端嵌固于所述地下室结构底板(3)内且形成一封闭结构，其上端穿设于所述第一层结构板(4)内部；所述内套管(8)套设于所述外套管(7)的内部且形成双套管结构；且所述内套管(8)上端卡接于所述定位钢板(6)内，其下端伸入高富水压软弱地层(2)内且套设于障碍桩(1)的外侧壁上；
所述地下室结构底板(3)上表面中部沿所述外套管(7)外侧壁的位置设置有环形凹槽(10)；所述环形凹槽(10)的底部设置有沿所述外套管(7)的外侧壁周向布设的注浆管(11)；所述外套管(7)的外侧壁上固定有限制所述注浆管(11)上浮的限位环(12)。
2.根据权利要求1所述的一种桩基清除装置，其特征在于，所述注浆管(11)的一端连通有一注浆导管(13)，且所述注浆导管(13)的另一端伸出所述环形凹槽(10)。
3.根据权利要求1所述的一种桩基清除装置，其特征在于，所述注浆管(11)为预埋注浆管，所述注浆管(11)的侧壁上均布有多个溢浆孔。
4.根据权利要求1所述的一种桩基清除装置，其特征在于，所述环形凹槽(10)内填充有用于固定所述外套管(7)的封固层。
5.根据权利要求1所述的一种桩基清除装置，其特征在于，所述外套管(7)与所述内套管(8)均为空心钢筒；所述外套管(7)与所述内套管(8)之间无接触且留有间隙。
6.根据权利要求5所述的一种桩基清除装置，其特征在于，述外套管(7)与所述内套管(8)的下端均设置有锯齿(9)。
7.一种利用权利要求1-6任一项中的桩基清除装置的桩基清除工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)测量定位及桩位确认
首先由测量人员对需拔除的所述障碍桩(1)进行放样，并做好标记；所述障碍桩(1)清除前需先对障碍桩的实际桩位及桩长进行确认；采用钻芯取样法进行桩长桩位确认，确定需拔除所述障碍桩(1)的位置及实际长度；根据实际定位所述障碍桩(1)中心位置放置全回旋套管钻机；
步骤2)全回旋套管钻机就位
根据钻孔桩中心位置先固定安放所述定位钢板(6)，然后将所述全回旋套管钻机就位安装；
步骤3)所述外套管(7)和所述内套管(8)压入及钻进作业
在钻机就位后，开始进行套管的埋设和钻进作业：
a、使用所述全回旋套管钻机压入所述外套管(7)并切割所述地下室结构底板(3)，待所述外套管(7)进入所述地下室结构底板(3)顶以下0.5m后，停止钻进，将所述外套管(7)与所述地下室结构底板(3)上层主筋牢固焊接，再用C40微膨胀混凝土(300)回填凿除范围，形成封闭的围护结构；
b、再次根据所述障碍桩(1)孔心将所述全回旋套管钻机就位，将所述内套管(8)压入所述外套管(7)内，至进入所述地下室结构底板(3)下3～5m，停止钻进，进行所述障碍桩(1)拔除施工；
步骤4)桩体清除
所述障碍桩(1)逐步切除后分段拔除，具体步骤如下：
a、采用楔子插入所述内套管(8)与所述障碍桩(1)之间的间隙内，旋转所述内套管(8)，将所述障碍桩(1)拧断，抓斗配合将破除的所述障碍桩(1)及土体清出所述外套管(7)和所述内套管(8)，吊车配合吊出、堆放；
b、所述内套管(8)继续向下钻进3-5m，重复a步骤，直至所述内套管(8)最终下放至所述障碍桩(1)底部以下至少1m，直至所述障碍桩(1)全部清除；
步骤5)孔位回填
所述障碍桩(1)全部清除后一边拔除所述内套管(8)和所述外套管(7)一边回填粘性土和水泥浆液(100)；当所述内套管(8)和所述外套管(7)全部拔除后，所述粘性土和水泥浆液(100)也同时填至所述地下室结构底板(3)以下3m，停止回填水泥土，采用C20素混凝土(200)回填至所述地下室结构底板(3)底部以下0.4m，施工防水层，最后再使用所述C20素混凝土(200)回填至所述地下室结构底板(3)底。
8.根据权利要求7所述的一种桩基清除工艺，其特征在于，所述步骤2)中钻机就位过程具体包括以下步骤：
a、安放所述定位钢板(6)，且所述定位钢板(6)安放必须平整，且孔位中心与需清除所述障碍桩(1)的孔位中心精确重合；将钻机安放到位后，可通过钻机的垂直监视系统或全站仪确定钻机的垂直度，通过调整四个支腿油缸使钻机安放水平；
b、液压泵站就位，并与钻机液压系统连接完毕，检查、调试好设备，并确保各个系统工作正常；安装钻机配重架及反力配重，注意反力配重应对称安放；
c、安装反力叉，反力叉安装好后，将已安装刀具的钻头与套管连接好后，安放入钻机。
9.根据权利要求7所述的一种桩基清除工艺，其特征在于，所述步骤5)中的所述粘性土和水泥浆液(100)的粘性土方选用小于或等于5cm的块体，水泥采用32.5以上的普通硅酸盐水泥；且所述粘性土和水泥浆液(100)应随拌随用，强度控制在0.5MPa左右。
10.根据权利要求8所述的一种桩基清除工艺，其特征在于，所述粘性土和水泥浆液(100)搅拌后必须在初凝前使用，每回填2～3m后须用全回转套管钻机的冲击锤夯击数次，确保回填已密实。
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