一种土塞补偿管桩拔出施工方法及其所用的土塞补偿管桩拔桩装置

摘要

本发明涉及基坑围护工程领域中的一种土塞补偿管桩拔出施工方法及其所用的土塞补偿管桩拔桩装置，主要工作原理是利用静力拔桩法、桩周应力解除拔桩法与振动拔桩法中的一种或几种组合进行空心管桩(1)拔出施工，同时利用土塞强度降低法、静压法、振动法与锤击法中的一种或几种组合给土塞(2)施加压力，使管桩(1)内部土塞(2)在拔桩过程中不伴随管桩(1)的拔出而拔出；拔桩装置包括土塞阻挡装置(6)、动力装置(5)与管桩固定装置(7)三部分，本发明特别适用于基坑围护中钢管桩的拔出施工，最大贡献是解决了管桩拔出时在土体中留有孔洞而造成拖带沉降等难题，为钢管桩在基坑围护中的应用扫除了最后一道障碍。

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程领域中的基坑围护工程领域。

背景技术

基坑围护工程是岩土工程的重要组成部分之一，目前常用的围护桩(墙)形式主要有钻 孔灌注桩加隔水的水泥土桩、地下连续墙、钢板桩、SMW工法桩四大类，其中的前两类为现 场浇筑而形成的以钢筋混凝土为主的桩(墙)体，耗材、耗能多，造价较高，容易因现场施 工质量控制问题产生安全隐患。钢板桩与SMW工法桩一般在施工完成后拔出其中的钢材， 围护桩(墙)的主要材料可循环使用，因此相对耗材、耗能较小，属于较经济环保的围护桩 (墙)形式，但是钢板桩之间的搭接位置无法满足较严格的隔水要求，当基坑挖深较深时， 钢板桩往往漏水严重，加之钢板桩刚度较低，从而限制其推广应用，SMW工法桩为了解决挡 土隔水问题，需在受力构件(即H型钢)之间施工水泥土桩局部挡土并隔水，但当基坑较深 时，水泥土桩受力开裂可能导致隔水失效，加之水泥土不可回收，有一定的材料消耗，因此 造价仍然较高。基坑围护是一类临时性的工程，在基坑回填后即完成工程的所有使用价值， 因此采用可回收的预制构件(如抗弯抗、抗扭、剪性能好的钢管)进行围护可节材、节能， 大幅度降低工程造价，且施工质量易控制，具备广阔的发展前景，本人此前提出了全回收的 基坑围护系统，全回收的基坑围护系统的围护桩(墙)可采用H型钢、钢管、钢板等制作。 但若因拔桩拖带沉降等问题的限制，使得围护桩(墙)只能采用横截面开口的H型钢等钢结 构拼装而成，横截面开口的钢结构因存在横向刚度低易压曲的确定，在插入施工时只能采用 振动法进行插入施工，在施工时产生的噪音与振动对周边环境有一定的影响，使其应用受到 一定的限制，另外，插拔施工会产生一定量的拖带沉降。而刚度大、承载力高的横截面闭口 的钢结构，如钢管等，虽然其横向刚度较大，可以采用静压的方式进行插入施工，但在拔出 时在土体中留下较大的孔洞，拖带沉降与水平位移很大，是钢管桩在基坑围护中的应用的最 大障碍。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种土塞补偿管桩拔出施工方法。该土塞补偿管桩拔出施 工方法可消除拔桩后留在土体中的孔隙，基本消除拔桩拖带沉降，且可降低拔桩反力，大幅 度降低了预制隔水桩基坑围护工程成本。

该土塞补偿管桩拔出施工方法包括如下步骤：

a)确定需要拔出的管桩位置与管桩内的土塞位置；

b)将待拔出的管桩与拔桩装置固定；

c)利用静力拔桩法、桩周应力解除拔桩法与振动拔桩法中的一种或几种组合进行管桩 拔出施工，同时利用土塞强度降低法、静压法、振动法与锤击法中的一种或几种组合给土塞 施加压力，使管桩内部土塞在拔桩过程中不伴随管桩的拔出而拔出；

d)拔出管桩，并解除拔桩装置与已拔出的管桩之间的连接；

e)重复步骤a)至步骤d)，进行下一根管桩拔出施工，直至施工完成。

在上述的土塞补偿管桩拔出施工方法中，在上述步骤c)中，可在拔桩施工过程中，通 过将土塞压缩并充填管桩拔出留下的孔隙减小拔桩对周围环境的影响。

在上述的土塞补偿管桩拔出施工方法中，在上述步骤c)中，在拔桩施工前，利用搅拌 法与旋喷法中的一种或两种组合，将待拔的管桩内部土塞强度大幅度降低或降低土塞与管桩 内壁的摩擦力。

在上述的土塞补偿管桩拔出施工方法中，在上述步骤c)中，在给土塞施加压力前，在 管桩中空部位的土塞上部铺填砂石料作为垫层。

本发明的第二个目的在于提供土塞补偿管桩拔出施工方法所用的一种土塞补偿管桩拔 桩装置，该土塞补偿管桩拔桩装置可顺利完成土塞补偿管桩拔出施工，结构简单，造价低。

该土塞补偿管桩拔桩装置包括土塞阻挡装置、动力装置与管桩固定装置三部分，其中的 土塞阻挡装置是位于管桩中空部位压在土塞上且能阻止土塞在管桩拔出过程中上移的结构， 管桩固定装置为与管桩牢固连接的器具，动力装置是提供拔桩动力或提供拔桩动力兼给土塞 阻挡装置提供控制力的器具。

在上述的土塞补偿管桩拔桩装置中，上述的土塞阻挡装置可以是放置于管桩中空部位的 柱状或板状体、传力装置中的一种或两种组合。

在上述的土塞补偿管桩拔桩装置中，上述的动力装置可以是振动锤、吊车、滑轮组、千 斤顶或油缸中的一种或几种组合。

本发明的一种土塞补偿管桩拔出施工方法及其所用的土塞补偿管桩拔桩装置，可顺利实 现管桩的拔出施工，特别适用于横截面为闭曲线或部分横截面为闭曲线或横截面为小开口曲 线的管桩拔出施工，本发明的最大贡献是解决了管桩拔出时在土体中留有孔洞而造成拖带沉 降等难题，为管桩，特别是钢管桩在基坑围护中的应用扫除了最后一道障碍。

附图说明

图1为本发明的一个实施例所用的待拔钢管桩纵剖面示意图；

图2为本发明的一个实施例所用的待拔钢管桩横截面示意图；

图3为本发明的一个实施例所用的第一种振动拔桩法土塞补偿管桩拔桩装置示意图；

图4为本发明的一个实施例所用的第二种振动拔桩法土塞补偿管桩拔桩装置示意图；

图5为本发明的一个实施例所用的第一种静力拔桩法土塞补偿管桩拔桩装置示意图；

图6为本发明的一个实施例所用的第二种静力拔桩法土塞补偿管桩拔桩装置示意图；

图7为本发明的一个实施例所用的第一种振动拔桩法土塞补偿管桩拔桩装置构造图；

图8为本发明的一个实施例所用的第二种静力拔桩法土塞补偿管桩拔桩装置构造图。

具体实施方式

作为本发明的如图1至图8所示的一个实施例，主要目的在于介绍土塞补偿管桩拔出施 工方法的实施步骤、工作机理与土塞补偿管桩拔桩装置的结构构造与工作原理。如图1与图 2所示，在管桩(1)插入土体施工完成后，因管桩(1)为空心管状结构，在沉桩施工过程 中，部分土体会进入管桩(1)的中空部位，形成如图1与图2所示的土塞(2)。在本实施例 中的管桩(1)可以为直径为800mm～2000mm的钢管桩，壁厚可以取为8mm～25mm，在钢 管桩外侧可根据需要焊接其他构件，在本实施例中焊接件为预制隔水桩的连接板构件。在本 实施例中的管桩(1)还可以是其他直径与其他截面形状的空心桩体。在沉桩施工完成后，因 沉桩施工方法、管桩(1)的直径、壁厚、截面形状及土层条件的不同，沉桩完成后管桩(1) 内的土塞(2)的上表面位置也将有所不同。在拔桩之前需确定待拔管桩(1)的位置与土塞 (2)上表面位置，从而完成本实施例的第一步。进入第二步。在本步骤中，主要目的将管桩 (1)与拔桩装置固定。固定的方法可以是多样的，在本实施例中，采用了在管桩(1)的侧 壁焊接连接构件或通过钢管夹具作为管桩固定装置(7)。在本步骤中还可以通过在管桩(1) 的侧壁上穿孔等方式将管桩(1)与动力装置(5)牢固连接。从而完成本实施例的第二步， 进入第三步。在本步骤中，首先结合图5与图6介绍采用两种静力拔桩法。第一种静力拔桩 法土塞补偿拔桩装置示意图如图5所示的，先判断土塞(2)在拔桩过程中的承载力能否满足 拔桩需要，如不能满足，则在土塞(2)的上部铺设砂石料(3)作为垫层，提高土塞(2)的 承载力，在砂石料(3)上放置土塞阻挡装置(6)，如满足，则不需要铺设砂石料(3)，可将 土塞阻挡装置(6)直接放置于土塞(2)上。在图5中，土塞阻挡装置(6)为一块有足够刚 度与强度的板状结构，可采用厚度20～50mm的钢板，也可以采用柱状结构或板肋结构。然 后，在土塞阻挡装置(6)的上部安装动力装置(5)，在动力装置(5)上部安装管桩固定装 置(7)将管桩(1)临时固定。动力装置(5)可以为一个或多个千斤顶或油缸(11)。可通 过动力装置(5)推动管桩固定装置(7)上拔进行拔桩施工，同时通过推动土塞阻挡装置(6)， 使土塞(2)不伴随管桩(1)的上拔而上拔，当作用于土塞(2)的推力大于土塞(2)与管 桩(1)之间的摩擦力时，土塞(2)可在拔桩过程中压缩并及时密实充填拔桩留下的孔隙， 从而可减小直至消除拔桩拖带沉降与水平位移，保护周边环境的安全与正常使用。图5中所 示的管桩固定装置(7)可以是由楔形夹片与台状或锥状体组成的类似锚具的结构，也可以是 与管桩(1)有固定连接的其他结构形式。第二种静力拔桩法土塞补偿管桩拔桩装置示意图如 图6所示，其构造图如图8所示，与图5所示的拔桩装置示意图不同点有两方面：一方面是 动力装置(5)与管桩固定装置(7)设置于管桩(1)外侧；另一方面，土塞阻挡装置(6) 为一放置于管桩(1)内部的柱状或板状体(15)与位于管桩(1)外侧的传力装置(12)组 成。管桩固定装置(7)由内置楔形孔的环状夹片约束器(16)与夹片(17)组成，通过夹片 (17)与夹片约束器(16)相对上下移动实现管桩(1)的固定或解除固定。在本步骤的以下 部分，结合图3与图4，分别介绍两种振动拔桩法土塞补偿管桩拔桩施工方法第三步实施方 法与所用的拔桩装置与拔桩过程。第一种管桩拔桩装置包括管桩固定装置(7)、土塞阻挡装 置(6)与动力装置(5)，如图3所示的。其中管桩固定装置(7)为一个可牢固固定管桩(1) 侧壁的夹具，土塞阻挡装置(6)为与管桩(1)的中空部位形状相匹配的柱状体，在拔桩过 程中，为了使从土塞阻挡装置(6)与管桩(1)内壁之间的孔隙挤出的土体不影响土塞阻挡 装置(6)与管桩(1)之间相对滑动，可将土塞阻挡装置(6)制作为底部截面大，中部截面 小的形状，如图3所示。图3中所示的动力装置(5)可以由如图7所示的吊车(8)、滑轮组 (9)与振动锤(10)组成，可根据土塞阻挡装置(6)的推力要求配置滑轮组(9)中动滑轮、 定滑轮的位置与数量。振动锤(10)可通过管桩固定装置(7)与管桩(1)固定，通过振动 锤(10)的振动大幅度降低管桩(1)侧壁与管桩(1)外侧土体及管桩(1)内部的土塞(2) 之间的摩擦阻力，通过吊车(8)与滑轮组(9)将管桩(1)拔出，同时利用土塞阻挡装置(6) 阻止土塞(2)在拔桩过程中上移，还可以根据拔桩拖带沉降控制要求，通过设置滑轮组(9) 加大土塞阻挡装置(6)在拔桩过程中的推力，利用土塞(2)及时补充并密实充填拔桩过程 中在土体中留下的孔隙。图4所示的拔桩装置及拔桩过程与图3相似，与图3不同点主要在 于以下两方面：一方面是土塞阻挡装置(6)为一有足够自重的柱状结构，可以用钢锭或铅块、 混凝土块等制作，在振动拔桩过程中，由土塞阻挡装置(6)的自重阻挡土塞(2)上移；另 一方面，动力装置(5)由吊车(8)与振动锤(10)组成。在本实施例的第三步中，在拔桩 施工前，可在土塞(2)中施工低水泥参量的水泥土搅拌桩，在水泥土搅拌桩凝固前，土塞(2) 在搅拌后成为可流动的半固体，在拔桩过程中，土塞(2)与管桩(1)的内壁之间摩擦力大 幅度降低，可通过土塞(2)的自重密实充填拔桩留下的孔隙。当然，在本步骤中，也可以在 土塞(2)中施工低水泥参量的高压旋喷桩达到上述目的。在本步骤中，还可以通过水冲、扰 动等应力解除方法降低管桩(1)与外围土体(4)及土塞(2)之间的摩擦力，然后再行拔桩。 在本步骤中，还可以在拔桩施工过程中对土塞(2)进行锤击施工阻止土塞(2)上移。在本 步骤中，与常规拔桩施工的主要区别是在拔桩过程中避免土塞(2)随管桩(1)的上拔而上 移，在必要时，可通过压缩土塞(2)及时密实充填拔桩留下的孔隙，减小或消除拔桩拖带影 响。在本步骤实施时，可利用上述的静力拔桩法、桩周应力解除拔桩法与振动拔桩法中的一 种或几种组合进行管桩拔出施工，并根据需要利用土塞(2)自重、静压法、振动法与锤击法 中的一种或几种组合给土塞(2)施加压力，使管桩(1)内部的土塞(2)在拔桩过程中不伴 随管桩(1)的拔出而拔出。相应的，土塞阻挡装置(6)可以是放置于管桩(1)中空部位的 柱状或板状体(15)、传力装置(12)中的一种或几种组合。动力装置(5)可以是振动锤(10)、 吊车(8)、滑轮组(9)、千斤顶或油缸(11)中的一种或几种组合。从而完成本实施例第三 步，进入第四步。在本步骤中，在管桩(1)拔出后，解除拔桩装置与已拔出的管桩(1)之 间的连接，即可进行下一根管桩的拔出施工，重复第一步至第四步，完成拔桩施工，从而完 成本方发明的土塞补偿管桩拔出施工方法。

本专利包括但不限于本领域内专业人士可替代使用的其他施工方法。