CN108330973B - 低净空高度下的拔桩设备及快速拔桩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低净空高度下的拔桩设备及快速拔桩方法，该拔桩设备包括底座，所述底座上设有千斤顶，所述千斤顶顶端连有顶板，所述顶板连有钢丝，所述钢丝通过滑轮组连接抱有桩顶端的抱箍，所述千斤顶顶起所述顶板对桩产生拉拔力。本发明的优点是：通过控制滑轮的位置将千斤顶的竖向力转化为桩轴线的拉拔力实现倾斜桩体的拔桩，可防止断桩，并能够实现自适应桩体沿桩长直径不均匀情况；在通道内低净空条件下针对不同桩形的注浆减摩快速拔桩方法，使隧道穿越范围内的障碍桩拔除作业效率大大提高。

Description

低净空高度下的拔桩设备及快速拔桩方法

技术领域

本发明涉及一种拔桩设备，具体涉及一种低净空高度下的拔桩设备及快速拔桩方法。

背景技术

在建筑工程中尤其是地下工程中常常由于先施工的构筑物没有考虑到后续建筑物的施工，对后续施工造成影响，尤其是拔除既有结构物的钻孔灌注桩在隧道施工中十分常见。在地铁和市政隧道的施工过程中，盾构机往往需要穿越既有建筑物或桥梁下方的桩基群，这些障碍桩增加了盾构掘进的施工难度，因此必须将隧道穿越范围内的桩体清除。此类清障施工经常需要在净空高度低如城市地下通道内、工期要求短、环境保护要求高等条件下进行，当钻孔灌注桩桩周有障碍物或桩身出现鼓桩以及斜桩情况无法进行套管施工时，采用冲水无法确保桩周土再次向桩体挤压从而实现桩土分离，而传统的拔桩工艺则具有局限性，同时需根据桩径大小选择定制钢套管，且还需进行钢套管的沉管和再次拔除作业，增加了施工工序和施工难度；高压冲水分离土体不能彻底解决拔桩过程中桩孔下部土体应力释放造成地基土自下而上从侧向挤压桩体增大摩阻力和斜桩上部土体在自重作用下挤压桩体上部增加侧壁阻力的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种低净空高度下的拔桩设备；本发明还提供一种在不拆除通道或破坏通道主体结构的基础上使用该拔桩设备的快速拔桩方法。

技术方案：一种低净空高度下的拔桩设备，包括底座，所述底座上设有千斤顶，所述千斤顶顶端连有顶板，所述顶板连有钢丝，所述钢丝通过滑轮组连接抱有桩顶端的抱箍，所述千斤顶顶起所述顶板对桩产生拉拔力。

为使拔出的桩更好地支撑，所述拔桩设备还包括托桩机构，所述托桩机构包括用于托住桩的可活动弧状托板和支撑所述托板的支杆，支杆用于调整导向板的斜度；所述托板接触桩的面设有导向轮和用于放置导向轮的凹槽，所述凹槽内设有与所述导向轮相配合的弹簧支座。

所述滑轮组包括第一滑轮和第二滑轮，所述第一滑轮设于所述钢丝端部的下方，其对应支架为第一支架；所述第二滑轮设于桩的轴向方向，其对应支架为第二支架。

所述支杆分为上支杆和下支杆，其中，所述上支杆可伸缩，所述下支杆活动连接在所述底座上；所述上支杆一端与所述托板活动连接，另一端设有若干螺孔，与所述第二支架通过螺栓可拆卸连接，实现上支杆的伸缩功能，拔桩时，通过上支杆和下支杆共同调整托板的斜度，适应拔桩时不同斜度的需要；通过托板内的导向轮减小摩擦力，并利用上支杆的可伸缩性与弹簧支座的弹性来进行斜度微调，适应拔桩过程中重力的变化。

本发明使用低净空高度下的拔桩设备的快速拔桩方法，包括如下步骤：开挖桩头，判断桩的情况：当桩为竖直方向，使用钻机在桩体四周钻注浆孔，将泥浆高压注入所述注浆孔中，再利用所述拔桩设备将整桩逐步拔出后分段截除；当桩为倾斜方向，确定桩体的倾斜方向和斜度，调整所述钻机和高压旋喷设备的斜度并使其与桩体斜度相同，使用所述钻机在桩体四周钻注浆孔，将所述泥浆高压注入所述注浆孔中，再利用所述拔桩设备将整桩逐步拔出后分段截除。

优选的，所述泥浆为膨润土泥浆，所述膨润土泥浆的组分及质量比为：水100、膨润土12.5-15.5、纯碱0.4-0.6、CMC0.15-0.3，其中，CMC为羧甲基纤维素的缩写，比重大的软土建议取大值，实际可根据实验确定，以维持孔壁稳定为控制目标。

本发明快速拔桩方法中，第一种判断桩的情况的方法包括如下步骤：

(ⅰ)所述桩头径向任选一直径，在所述直径两端的延长线上距桩边d cm处取A、B两点，其中，20cm≤d≤50cm，利用小回转钻机在A点竖直钻孔，遇障碍物，则记下障碍物深度h₁；

(ⅱ)利用小回转钻机在B点竖直钻孔，若在深度h₁处遇到障碍物，即为鼓桩；若在桩长范围内无障碍物，则桩体为斜桩，接着在BA的延长线上距A点0.5-1m处钻孔，遇障碍物则记下深度h₂，由此计算桩体的斜度i＝1/(h₂-h₁)。

本发明快速拔桩方法中，第二种判断桩的情况的方法包括如下步骤：

(ⅰ)所述桩头径向任选一直径，在所述直径两端的延长线上距桩边d cm处取A、B两点，其中，20cm≤d≤50cm，利用小回转钻机在A点竖直钻孔，在桩长范围内无障碍物，接着在B点竖直钻孔，若遇障碍物，记下障碍物深度h₃，在AB的延长线上距B点0.5-1m处钻孔，遇障碍物则记下深度h₄，由此计算桩体的斜度i＝1/(h₄-h₃)；

(ⅱ)若在B点竖直钻孔，在桩长范围内无障碍物，则在桩头径向上选取正交于AB直径的另一直径CD，利用小回转钻机在C点竖直钻孔，遇障碍物，则记下障碍物深度h₅；

(ⅲ)利用小回转钻机在D点竖直钻孔，若在深度h₅处遇到障碍物，即为鼓桩；若在桩长范围内无障碍物，则桩体为斜桩，接着在DC的延长线上距C点0.5-1m处钻孔，遇障碍物则记下深度h₆，由此计算桩体的斜度i＝1/(h₆-h₅)。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)通过控制滑轮的位置将千斤顶的竖向力转化为桩轴线的拉拔力实现倾斜桩体的拔桩，可防止断桩，并能够实现自适应桩体沿桩长直径不均匀情况。(2)在不拆除通道或破坏通道主体结构的基础上，在通道内低净空条件下针对不同桩形的注浆减摩快速拔桩方法，即在斜桩、桩体有鼓桩现象或桩周有障碍物的情况下也可完成拔桩作业，使隧道穿越范围内的障碍桩拔除作业效率大大提高，提高了其适应性，较传统起重设备无噪音无污染，可适应不同通道净空高度，操作方便，且拔桩力可控。(3)在桩周注入膨润土泥浆，并通过膨润土的成分调整来适应实际工程中的不同情况，实现减阻护壁和桩土分离。

附图说明

图1为本发明拔桩设备的结构示意图；

图2为本发明拔桩设备中导向板的结构示意图；

图3为本发明快速拔桩方法中开挖桩头示意图；

图4a为本发明快速拔桩方法中判断桩体成形情况径向截面图；

图4b为本发明快速拔桩方法中判断桩体成形情况斜桩示意图；

图4c为本发明快速拔桩方法中判断桩体成形情况鼓桩示意图；

图4d为本发明快速拔桩方法中判断桩体成形情况正常桩示意图；

图5为本发明快速拔桩方法中桩体分段示意图；

图6为本发明快速拔桩方法中小回转钻机就位钻孔图；

图7为本发明快速拔桩方法中高压旋喷注浆图；

图8为本发明快速拔桩方法中安装低净空拔桩设备图；

图9为本发明快速拔桩方法中抱箍抱住桩头图；

图10a为本发明快速拔桩方法中分段拔桩示意图；

图10b为本发明快速拔桩方法中切割截除桩的示意图；

图11为本发明快速拔桩方法中将整桩全部拔除示意图；

图12为本发明快速拔桩方法中层回填桩孔并捣实至设计标高示意图；

图13a为本发明快速拔桩方法中抱箍抱住斜桩桩头图；

图13b为本发明快速拔桩方法中拔出斜桩示意图；

图13c为本发明快速拔桩方法中切割截除斜桩的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1～2所示，一种低净空高度下的拔桩设备包括底座101、顶板103、导向机构108和压铁109，底座101和顶板103之间设有千斤顶102，顶板103的下部固定连接有钢丝绳端部104，钢丝绳端部104连有钢丝，钢丝通过第一滑轮105和第二滑轮106连接抱箍107，其中，第一滑轮105设于钢丝绳端部104的正下方，其对应支架为第一支架，第一滑轮105固定连接在第一支架顶部；第二滑轮106设于桩的轴向方向，其对应支架为第二支架，第二滑轮106固定连接在第二支架顶部；导向机构108包括用于放置桩的可活动弧状导向板108A和支撑导向板的上定位杆108B和下定位杆108C，上定位杆108B可伸缩，下定位杆108C活动连接在底座101上；上定位杆108B一端与导向板活动连接，另一端设有若干螺孔，与第二支架通过螺栓可拆卸连接，实现上定位杆的伸缩功能；导向板108A接触桩的面设有用于放置导向轮的凹槽，凹槽内设有导向轮108A-1、导向轮的轴108A-2和与所述导向轮相配合的弹簧支座108A-3；通过控制滑轮的位置将千斤顶的竖向力转化为桩轴线的拉拔力实现倾斜桩体的拔桩，可防止断桩，并根据需要放置压铁109。

拔桩时，通过上定位杆和下定位杆共同调整导向板的斜度，适应拔桩时不同斜度的需要；通过导向板内的导向轮减小摩擦力，并利用上定位杆的可伸缩性与弹簧支座的弹性来进行斜度微调，适应拔桩过程中重力的变化。

本发明低净空条件下不同桩形的注浆减阻快速拔桩方法具体步骤包括：

一、开挖桩头，判断鼓桩、斜桩、正常桩。

(1)如图3所示，开挖桩头，将桩1上部通道底板凿除，做好施工准备工作，对需要拔除的桩基进行测量定位，包括确定桩1的直径、长度L、相邻桩之间的间距S，一般桩长是已知的，如果没有桩长设计值，挖出桩头后可以用声波法或小应变法测量；

(2)在桩头径向任选一直径，在直径两端的延长线上距桩边缘d cm处分别选取A、B两点，20cm≤d≤50cm，如附图4a所示；利用小回转钻机2先在A点垂直钻孔，如遇障碍物，图中芯样为混凝土，则记下障碍物深度h₁，如图4b所示；

(3)利用小回转钻机在B点竖直钻孔：①若在深度h₁处遇到障碍物，说明桩身存在鼓桩现象，如图4c所示；②B点在桩长范围内无障碍物，则桩体为斜桩，倾斜方向为A到B，此时可在BA的延长线上距A点0.5-1m处钻孔，如遇障碍物则记下深度h₂，由此计算桩体的斜度i＝1/(h₂-h₁)；

其中，步骤(2)中，若A点竖直钻孔，在桩长范围内无障碍物，则在B点继续钻孔：①若遇障碍物，则桩体在BA方向倾斜，记下障碍物深度h₃，在AB的延长线上距B点0.5-1m处钻孔，遇障碍物则记下深度h₄，由此计算桩体的斜度i＝1/(h₄-h₃)；②在B点竖直钻孔，在桩长范围内无障碍物，则在桩头径向上选取正交于AB直径的另一直径CD，利用小回转钻机在C点竖直钻孔，遇障碍物，则记下障碍物深度h₅，之后利用小回转钻机在D点竖直钻孔，若在深度h₅处遇到障碍物，即为鼓桩；若在桩长范围内无障碍物，则桩体为斜桩，接着在DC的延长线上距C点0.5-1m处钻孔，遇障碍物则记下深度h₆，由此计算桩体的斜度i＝1/(h₆-h₅)。

如A、B、C、D钻孔均未发现芯样为混凝土的障碍物，则说明为正常成形桩，如图4d所示；

以上为简易判断鼓桩、斜桩、正常桩的方法，视工程需要，也可进一步利用已钻的孔进行声波法探明桩的实际情况。

二、竖直方向的桩，如正常桩、鼓桩的拔桩步骤如下：

(1)桩身分段，根据桩体深度和通道净空高度I进行对桩体进行分段，确定每段长度，实际工程中，每段桩体长度h＝H-1.5m，如图5所示；

(2)清障成孔，在桩体1四周采用小回转钻机2钻孔清除桩长范围内如孤石等障碍物，同时利用钻机将桩体鼓出部分从桩身分离，并在桩周形成注浆孔3，如图6所示；

(3)泥浆注入，对于软弱土或砂土，由于在拔桩过程中桩底地基土应力释放，引起桩周土体从底部再次向桩体挤压，形成较大的桩土阻力，因此采用高压旋喷设备5在注浆孔3内注入膨润土泥浆4，根据不同地层建议选择配比范围为水：膨润土：纯碱：CMC＝100：12.5-15.5：0.4-0.6：0.15-0.35，比重大的软土建议取大值，实际可根据实验确定，以维持孔壁稳定为控制目标，将地基土与桩体彻底分离，如图7所示，利用泥浆润滑，同时可对拔桩后的桩孔起到护壁作用防止塌孔影响上部结构的安全，泥浆的稠度配比应保证拔桩过程中不被桩体带出，同时起到护壁作用；

(4)低净空拔桩设备6的安装，低净空拔桩设备6由一组4个千斤顶和支架及抱箍组成，实际工程中千斤顶组数可根据拔桩力和千斤顶最大顶升力确定，如图8所示；

(5)用抱箍107抱住桩头，如图9所示；

(6)低净空拔桩设备调试结束后，开始起拔，将第一节桩分段7提升出通道底板，运用切割设备将分段1切割截除，如图10a～10b所示；

(7)重复(5)，依次将余下的分段提升出通道底板依次切割截除，如图11所示，截除最后一节桩分段8；

(8)分层回填桩孔并捣实至设计标高，修复通道底板，如图12所示。

三、斜桩的拔桩步骤如下：

(1)开挖桩头，采用步骤一的方法判断桩体的倾斜方向和斜度；

(2)桩身分段，根据桩体深度和通道净空高度进行对桩体进行分段，确定每段长度，同步骤二中(2)步骤；

(3)清障成孔，调整小回转钻机或高压旋喷设备的垂直度，使其斜度与桩体斜度相同，在桩周钻孔，钻孔顺序为按照倾斜度由顶部向两边钻孔；

(4)膨润土泥浆注入，由于桩身倾斜的影响，桩身上部土体在自重作用下将会重新向桩体挤压，为减小桩土摩阻力，在孔内注入膨润土泥浆，实现桩土完全分离和拔桩时的润滑作用，针对斜桩的高塌孔风险，并可起护壁作用防止大面积塌孔影响上部结构安全；

(5)安装本发明的低净空斜桩拔桩设备，如图1所示。

(6)如图13a所示，用抱箍107抱住桩头，预调导向板108A的斜度后收起导向机构108；

(7)低净空拔桩设备调试结束后，开始起拔，将第一节桩分段提升出通道底板，按预先调整的位置支起导向机构108，平衡桩体拔出后的重力，减小拔桩阻力和控制桩体的晃动，将第一节桩分段提升至预定高度后，运用切割设备将第一节桩分段切割截除，如图13a～13c所示；

(8)重复(6)，依次将余下的分段提升出通道底板依次切割截除；

(9)分层回填桩孔并捣实至设计标高，底板修复，施工完成。

本发明低净空高度下的注浆减摩快速拔桩方法较其他传统拔桩方法诸如套管法、冲水法等进一步优化了技术方案，所述步骤一中对桩形的判断方法、步骤二中(3)、(4)注浆减摩，实现桩土分离，并利用千斤顶作为拔桩力；步骤三中(3)注浆实现桩土分离和(4)中斜桩拔桩设备和拔桩工艺的运用。本发明在低净空条件下不同桩形的注浆减摩快速拔桩方法，可判断桩基成桩情况，采用桩周注入膨润土泥浆的方法实现桩土彻底分离，同时起到减阻护壁作用，可有效处理桩周有障碍物、鼓桩情况和斜桩的拔桩问题，施工设备简单，简化了施工提高了效率，无噪音和环境污染，通过专用泥浆存储设备，减小拔桩施工对周边环境的影响，该方法在净空高度不受限的条件下也可应用，使低净空条件下障碍桩的拔除作业效率大大提高。

Claims (5)

1.一种低净空高度下的拔桩设备，其特征在于：包括底座(101)，所述底座(101)上设有千斤顶(102)，所述千斤顶(102)顶端连有顶板(103)，所述顶板(103)连有钢丝，所述钢丝通过滑轮组连接抱有桩(1)顶端的抱箍(107)，所述千斤顶(102)顶起所述顶板(103)对所述桩(1)产生拉拔力；所述拔桩设备还包括托桩机构(108)，所述托桩机构包括用于托住桩(1)的可活动弧状托板(108A)和支撑所述托板(108A)的支杆；所述托板(108A)接触桩的面设有导向轮(108A-1)和用于放置导向轮(108A-1)的凹槽，所述凹槽内设有与所述导向轮(108A-1)相配合的弹簧支座(108A-3)；所述滑轮组包括第一滑轮(105)和第二滑轮(106)，所述第一滑轮(105)设于所述钢丝端部的下方，其对应支架为第一支架；所述第二滑轮(106)设于桩的轴向方向，其对应支架为第二支架；所述支杆分为上支杆(108B)和下支杆(108C)，其中，所述上支杆(108B)可伸缩，所述下支杆(108C)活动连接在所述底座上；所述上支杆(108B)一端与所述托板(108A)活动连接，另一端设有若干螺孔，与所述第二支架可拆卸连接。

2.一种使用权利要求1所述低净空高度下的拔桩设备的快速拔桩方法，其特征在于：包括如下步骤：开挖桩头，判断桩的情况：当桩为竖直方向，使用钻机在桩体四周钻注浆孔，将泥浆高压注入所述注浆孔中，再利用所述拔桩设备将整桩逐步拔出后分段截除；当桩为倾斜方向，确定桩体的倾斜方向和斜度，调整所述钻机和高压旋喷设备的斜度并使其与桩体斜度相同，使用所述钻机在桩体四周钻注浆孔，将所述泥浆高压注入所述注浆孔中，再利用所述拔桩设备将整桩逐步拔出后分段截除。

3.根据权利要求2所述的快速拔桩方法，其特征在于：所述泥浆为膨润土泥浆，所述膨润土泥浆的组分及质量比为：水100、膨润土12.5-15.5、纯碱0.4-0.6、CMC0.15-0.3。

4.根据权利要求3所述的快速拔桩方法，其特征在于：判断桩的情况的方法包括如下步骤：

(ⅰ)所述桩头径向任选一直径，在所述直径两端的延长线上距桩边d cm处取A、B两点，其中，20cm≤d≤50cm，利用小回转钻机在A点竖直钻孔，遇障碍物，则记下障碍物深度h₁；

(ⅱ)利用小回转钻机在B点竖直钻孔，若在深度h₁处遇到障碍物，即为鼓桩；若在桩长范围内无障碍物，则桩体为斜桩，接着在BA的延长线上距A点0.5-1m处钻孔，遇障碍物则记下深度h₂，由此计算桩体的斜度i＝1/(h₂-h₁)。

5.根据权利要求4所述的快速拔桩方法，其特征在于判断桩的情况的方法包括如下步骤：

(ⅰ)所述桩头径向任选一直径，在所述直径两端的延长线上距桩边d cm处取A、B两点，其中，20cm≤d≤50cm，利用小回转钻机在A点竖直钻孔，在桩长范围内无障碍物，接着在B点竖直钻孔，若遇障碍物，记下障碍物深度h₃，在AB的延长线上距B点0.5-1m处钻孔，遇障碍物则记下深度h₄，由此计算桩体的斜度i＝1/(h₄-h₃)；

(ⅱ)若在B点竖直钻孔，在桩长范围内无障碍物，则在桩头径向上选取正交于AB直径的另一直径CD，利用小回转钻机在C点竖直钻孔，遇障碍物，则记下障碍物深度h₅；

(ⅲ)利用小回转钻机在D点竖直钻孔，若在深度h₅处遇到障碍物，即为鼓桩；若在桩长范围内无障碍物，则桩体为斜桩，接着在DC的延长线上距C点0.5-1m处钻孔，遇障碍物则记下深度h₆，由此计算桩体的斜度i＝1/(h₆-h₅)。

Images