钢筋混凝土预制管桩无损伤拔除施工

刘培勋，白领群，展 波

（郑州黄河水电工程有限公司，451450，郑州）

随着水资源相对于经济社会发展的日益短缺，以及黄河干支流水库调节洪水力度的不断加大，特别是小浪底水库的建成运用，黄河下游出现5 000 m3/s以上洪水的概率减小了，最近几年黄河下游河道出现的主要是1000 m3/s左右的水流过程，与现有以5 000 m3/s洪水标准修建的中水河槽整治工程很不适应，水流在2.5 km宽的河槽内游荡不定，一些河段畸形河势发育。畸形河势不仅造成规划范围外的小水险情频发，已有工程利用效能和河道输沙能力降低，也给将来大洪水行洪输移提供了非常不利的基础条件。

为探索遏制和归顺畸形河势的方法和途径，黄委河南黄河河务局利用水利部社会公益性项目资助开展了移动式不抢险潜坝研究与应用，并于2009年3月1日至5月6日在郑州南裹头大坝下游300 m南岸黄河滩区进行了移动式不抢险潜坝的钢筋混凝土预制管桩无损伤拔除移动的施工技术研究和实验。

一、射水拔桩原理

移动式不抢险潜坝由外径0.5 m、壁厚0.125 m、桩长15 m的 PHC预应力C80钢筋混凝土成品管桩按净间距0.3 m单排直线布置而成，要实现坝的拆除移动，必须将深埋于地下的钢筋混凝土预制管桩毫无损伤地拔出来，为削减或消除管桩与其周围土体间的摩阻力和下吸力，课题组研制了高压射水拔桩器专用机械。该设备具体施工过程原理如图1所示。

二、设备配备和选型

拔桩的主要施工机具和设备：高压水泵供水系统、车载起重机、混凝土桩顶部压盘连接工具、吊索具等。

拔桩器：由黄委会机械修造厂研制的高压射水拔桩器及其配套管道系统（见图 2）。

供水设备：配备6SH 6A型高压水泵2台。水泵扬程67m，流量120m3/h，电机为功率45 kW。

起重设备：25 t汽车吊1台 (另1台50 t吊车备用)，长度为6 m的18～22 mm钢丝绳2根，U形卡环2个，压盘1个（见图 3）。

三、拔桩器拔桩施工工艺

1.拔桩施工平面布置

在混凝土桩一侧布置供水系统、集浆池和沉淀池，另一侧布设起重机、拔桩器等设备。

2.拔桩施工工艺流程

①拔桩施工准备，清理管桩顶部钢板上的丝扣，并连接上吊装的压盘和钢丝绳。

②以管桩为中心埋设护筒，并堆土固定护筒。

③将拔桩器吊装就位，开启水泵形成高压水流，冲刷松动管桩周围已经固结的土体，拔桩器下沉至预定深度。

④将桩顶钢丝绳挂上起重机吊钩，将管桩与拔桩器同时上提。

⑤将拔桩器与桩同时吊出管桩孔，放下拔桩器与管桩，拆下钢丝绳和压盘。

拔桩施工工艺流程见图4。

图4 拔桩施工工艺流程

四、拔桩施工试验

1.试验情况

试验期间，使用设备主要有：装载机1辆，25 t吊车1台，75 kW 柴油发电机组2台，水泵供水系统及拔桩器1套；人员配备为：现场管理和技术人员4人，水泵供水系统及拔桩器配置操作人员6人。3月17日拔桩情况：工地组装拔桩器，8人用时3 h35 min组装完成；拔桩试验净用时（扣除停机时间）18 min完成拔桩，冲桩深度12.10m，吊车上提力10t（桩自重6.2 t），多次上提振动，桩活动后匀速拔出。

3月18日拔桩情况：10时30分开始进尺正常，13min内冲深8 m；随后水泵压力不稳（0.2 MPa），不能正常作业，经多次检修到傍晚才将桩拔出。问题出在供水系统。3月19日，水泵生产厂人员现场检查水泵，发现叶轮部位有少量杂草，且该泵为清水泵，浑水影响其正常出力。19日下午继续试验，水泵压力低，仍无法完成拔桩。

3月20日去除水泵进水口的过滤水笼头，增加进水孔面积，同时用铁篓分别套在两台水泵的进水口过滤杂草。在此后的拔桩试验中，水泵压力达到0.4 MPa，保持较长时间的稳定，拔桩器正常工作，仅用15 min冲桩深度达14 m，拔桩一次完成。3月21日上午，试验水泵压力正常，用时10 min冲深14.5 m，拔桩一次完成，吊车上提力9.6 t。

经过多次试验改进，用拔桩器拔桩取得了较好效果，并成功地对桩顶高度过高或过低的管桩进行了调整。

2.拔桩施工技术要点

①拔桩器的控制：拔桩开始后，观察压力水表，供水压力维持在0.30 MPa以上，土质为均一的淤积型粉质砂土层，拔桩器入土下沉过程中较均匀，冲深14.5 m约用时10～15 min，吊车的提升力约为10 t，能成功将桩拔出。当拔桩器的底部距离管桩底部接近0.5～1.0 m时水泵要停止供水，避免过分冲刷和浪费能源。

②拔桩时应平稳匀速上提，及时向孔内充浆注水，保证在拔桩过程中不发生塌孔现象。

③开启供水系统后，需经常检查水泵运行情况，观察水压、水量是否满足需要。施工中供水不能突然停止，只能逐渐减小，避免泥沙堵塞喷射水嘴和产生塌孔现象，否则情况严重时可能会损坏高压水泵系统。

④施工过程中应做好安全工作，采取安全防护措施，在桩孔周围铺设防止孔壁坍塌的防护网或搭建工作平台，保证施工人员的安全。

⑤完成拔桩后护筒周围会出现严重塌方，若不注意容易发生安全事故。因此拔桩后应立即用砂性土逐步回填至密实，不能用大型机械将大方量土一次把孔口盖严，这样不利于孔内排水和沙土下沉。回填后应做好警示标记，必要时派人看守，以防止人员、牲畜陷入。

⑥由于装卸压盘和吊索具费时较多，所以在连续进行拔桩施工时，应准备多副起吊压盘和吊索具，保证充分发挥施工机械的效率。

3.拔桩施工常见问题及解决办法

①拔桩过程中多次出现水泵压力不足的现象，有时1台工作正常而另1台效率极低，使拔桩器无法正常工作。其原因一是拔桩过程中水泵抽的水中混有一定量的杂草，杂草淤堵水泵进水口降低了水泵抽水效率，影响拔桩器正常工作；二是水泵抽的是清水，水泵压力降低，水流不能带动桩周围的泥沙上浮，无法继续冲动管桩四周的砂土。试验证明改善水泵的进水口条件，减少杂草淤堵十分有效。

②试验证明，将压盘上13颗螺丝全部上紧，在10 t力的拔桩过程中没有发现变形及破坏，说明压盘装置能够承担拔桩工作。但是上压盘用时太长，影响施工效率。应改进起吊方式和起吊工具，提高装卸吊索具的效率。

③连接拔桩器的上水胶管过于笨重，施工过程中随拔桩器的升降移动管子十分费力，且占用较多人工。因此需要改进上水胶管移动的方式，减轻劳动强度。

④冲桩过程中出现吊装拔桩器的两根钢丝绳随拔桩器的偏转而扭到了一起，影响拔桩器的下沉。需改进拔桩器的喷流管，使其反冲力尽量均衡，同时要有防止钢丝绳扭转的外力措施。