射水造孔法拔除混凝土预制桩施工技术.pdf

第 3 2卷第 1 1期 2 0 1 0年 1 1 月 人民 YELL 0W 黄河 RI VER V0 1 3 2 No 1 1 NO V 2 0l O 【 水利水电工程 】 射水造孔法拔除混凝土预制桩施工技术 吴林峰 ， 郭 飞 ， 耿明全。 ， 李 成4 ( 1 华北水利水 电学院 机械 学院， 河南 郑州 4 5 0 0 1 1 ； 2 南京理工大学 力学与工程科 学系， 江苏 南京 2 1 0 0 9 4 ； 3 河南黄河河务局， 河南 郑州 4 5 0 0 0 3 ； 4 黄河水利委员会 黄河机械厂， 河南 郑州4 5 0 0 2 9 ) 摘要： 在黄河治理的过程中， 需要将一种预制混凝土管桩坝拆除并重复利用， 为此提 出了射水造孔法拔除混凝土预制 桩施工技术， 利用水射流破土机理破坏坝桩周边地层， 减小桩周摩阻力， 降低坝桩抗拔力， 从而实现桩的拔除和桩坝的移 动 ， 该拔桩施 工方法效率 高、 经济效益好 。 关键词 ：射 水法 ；预 制混凝土管桩 ；造孔 ；拔桩 ；黄河 中图分类号 ：T V 5 3 文献标识码 ： B d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 0 1 1 O 6 6 1 射水法造孔拔桩原理 3 工艺过程 根据黄河治理、 工程抢险和控制畸形河势需要， 河南黄河 河务局申请承担了水利部公益性行业专项经费项 目“ 黄河下游 移动式不抢险潜坝应用研究” 课题 ， 预应力钢筋混凝土管桩拔 桩机研制是此课题的子专题。在黄河治理的过程中， 需要将预 制混凝土管桩坝拆除并重复利用 ， 拔桩机就是将打人到黄河滩 地地面下的垂直预应力钢筋混凝土管桩拔除而实现潜坝移动 的专用机械。射水法造孔拔桩的工作原理： 利用往复运动的水 射流冲击破坏土层 ， 形成水土混合液， 将管桩周圈泥沙通过地 面井口溢流自井内排出， 同时利用拔桩器修复孔形， 形成一定 规格的圆孔或 弧形 孔 ， 实现 管桩在 井 内泥水 中直立 后 ， 利用 吊 车将其自井内吊出而拔桩。 2 工程实例 河南 黄河 河务 局开展“ 移动式不抢险坝” 课题研究 ， 在郑 州 市花园口西7 4 k m南裹头修建一条长 5 0 4 m的“ 移动式不抢 险潜坝” ， 该工程采用钻孑 L 混凝土预制管桩基础 ， 且已完成钻孔 沉桩施工， 共有6 3根预应力钢筋混凝土管桩， 要求根据黄河治 理需要， 拔出已经沉入地层的所有管桩， 在其他需要的地方重 新打入以使管桩重复利用。该试验段地质为第四纪松散堆积 物， 上部以灰色粉土、 粉质黏土为主， 下部以灰色粉沙 、 中沙为 主 。地 层 自上而下 大致分 为 5层 ： 第 1层 以黄色粉 土 为主， 含黏土 、 粉质黏 土块 以及 植物 根 系 ， 土质 均一 性较 差 ， 厚度 为 】 l 1 3 m； 第 2层为黄灰色粉土， 层厚为 4 6 m； 第 3 层为灰色 粉质黏土 ， 含少量礓石 ( 直径 0 51 0 c l n ) ， 层厚 4 0 7 5 m； 第 4 、 5层为灰色粉沙、 中沙。平均渗透系数为 1 4 6 X 1 0 m s 。 已知桩高 1 5 m( 全部埋人地下， 桩顶离地面 1 m) ， 外径 0 5 0 m， 内径 0 3 m， 桩中心间距 为 0 8 m， 桩净间距 为 0 3 t n ， 射流地层最深达到第 3层灰色粉质黏土 ， 不会达到第 4层。 1 5 0 利用射流造孔法拔出混凝土预制管桩， 首先确定桩号施工 顺序； 黄河下游滩地表层属于粉土地层， 为防止造孔过程中坍 塌 ， 在施工过程 中按 照 1 、 4 、 7 、 ， 2 、 5 、 8 、 ， 3 、 6 、 9 、 桩号 进 行 ； 在桩坝一端附近约 8 m处开挖两个深 4 m、 宽 3 m、 长 5 m的 进水池和集水池； 最后进行造孔， 拔出管桩。造孔拔桩具体工 艺 如下 。 ( 1 ) 移除联系粱。施工前， 首先用施工机械沿着坝方向在 联 系梁两边开挖宽 0 5 m 的沟槽 ， 露 出联系梁 ， 用 吊车移 除坝 顶 的联 系梁 和混凝土塞柱 ， 露 出桩 顶。 ( 2 ) 人工开挖露出原有管桩。造孔前， 在 1 号桩周围人工 开挖深 1 5 m、 直径 1 1 m的沟槽， 埋设直径 1 m、 深 1 4 m的护 筒 ， 使原管桩露 出 0 3 m 长度 ， 以便 于造孔 准确定位 和 吊出作 业 的实施 。同时在桩顶连接法兰上拴住钢丝绳。 ( 3 ) 铺设防护铁丝网。沙土联结强度低， 易于塌陷， 为了防 止施工过程 中出现塌 陷事故 ， 造孔拔桩 前必须在桩周 围事先铺 设铁丝 网。 ( 4 ) 选择设备。选择黄河机械厂和河南黄河河务局共同开 发研制的移动式不抢险坝施工拔桩专用设备射流式拔桩 器 ， 并将拔桩器中心对准桩中心， 使拔桩器就位。 ( 5 ) 成孔工艺。利用射流式拔桩专用设备， 对桩周围进行 造孔。造孔进尺平均为 1 4 3 m ra i n ， 到达 8 9 m深时， 为黏土 层 ， 造孔速度明显下降， 平均进尺为 1 2 m rai n ， 此时使拔桩器 做每分钟约 1 0次的上下往复运动， 射流破土的同时加强拔桩 器刀刃对地层的切削作用。黏土在射流冲击力和拔桩器切削 刃的切削力共同作用下排出孔外， 黏土块最大尺寸达 0 2 6 m 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 2 - 2 0 基 金项 目： 水利部公益性 行业科研 专项 ( 2 O 0 7 O l 0 4 7) 。 作者简介： 吴林峰( 1 9 7 0 一) ， 女， 河南信阳人， 副教授， 博士研究生， 主要从事结 构设计和 结构仿真科研 工作 E ma i l w u l i n f e n g Irl C ,l 1 e d u c n 人 民 黄 河2 0 1 0年第 1 1 期 0 1 8 m， 水泵 出 口平均 流量为 1 4 5 m h ， 平均 流速为 4 5 m s ， 平均压 力为 0 3 8 MP a 。喷嘴流速 为 3 1 m s ， 成孑 L 直径达 1 1 1 3 m， 深 1 5 H I 。 ( 6 ) 拔出混凝土预制管桩。将混凝土管桩顶部的钢丝绳悬 挂 于起 吊机械 吊钩处和拔桩器一起拔 出， 拔 出桩 1 mi n左右后 ， 没有泥浆固壁作用下， 孔及其周围土层马上坍塌， 此时孔径达 1 4 1 5 m。 ( 7 ) 场地恢复。原有管桩吊出后， 及时将桩吊离坍塌区， 放 到规定的位置， 同时让施工人员用铁丝网铺在孔周围并迅速将 事先准备好的回填土填实桩孔并铺设铁丝网以防出现人员伤 亡事故。 ( 8 ) 将设备移至下一个待拔出的管桩处。 4 施工问题及解决措施 ( 1 ) 水泵不 出水情况 。在实 际施工 中水泵不 出水是经 常发 生的事故 ， 这时要充分考 虑水泵 的各 种情况 ， 遇 到 的问题及 解 决办法 见表 1 。 表 1 水泵故障及解决措施 ( 2 ) 拔桩器没有进尺。此时供水系统压力表、 流量表及喷 嘴出水都正常， 首先考虑两个桩之间的距离是否小于拔桩器外 壁 尺寸 ， 此种情 况只有在 施工 1 、 4 、 7 、 桩时才会 出现 。此时 只 能改变施工桩的顺序， 其次考虑地层情况， 如果拔桩器上下往 复运 动依 然没有进 尺 ， 说 明地层有较大 石块 或较 多的杂草障碍 物， 需要用专门的机械开挖隧道， 排除障碍物 ， 然后重新进行 造孔 。 ( 3 ) 拔桩器进水 管严 重扭 转。拔桩 器进 水管有轻微扭转时 可以人工调节进水 管 的方 向； 当扭转 严重 ， 无 论采用 什 么方法 都无法改变时， 说明拔桩器部分喷嘴堵塞 ， 造成射流反冲击力 不平衡而使拔桩器失去平衡 ， 此时应拔出拔桩器查看并疏通拔 桩器喷嘴。 ( 4 ) 拔桩器被埋。在造孔过程中不需要保持孔形 ， 在施工 中直接利用射流形成的泥浆进行护壁 ， 泥浆容重达 1 2 g c m ， 遇到孔坍塌时， 及时利用起吊机械将拔桩器强行拔出。 5 射流法拔桩施工效果及应用前景 在预定的时间 内， 成 功实现了深层 大直径混 凝土预制 桩的 拔除， 同时该技术还成功实现深层大直径混凝土预制桩的沉桩 及在黄河水中造孔工作 以及实现在黏 土层 中沉桩造孔工作 。 射流式拔桩器在拔桩作业施工方面有着非常好的经济效 益 J 。从试验结果看 ， 设备就位以后 ， 从开始桩周边造孔到 拔桩作业完成， 再到场地的平整， 大约花费 1 5 m i n ， 拔桩施工费 用平均 为 7 9 8元 。而一根长 1 5 m、 直径 0 5 m的混凝土预制桩 造价2 7 0 0元， 对于5 0 4 m的桩坝， 共 6 3根桩 ， 仅桩的造价达 1 7万元 ( 不 包 括混 凝 土塞 柱和 联 系梁 ) 。如 果重 复利 用 该坝 桩 ， 桩坝拆装费仅有 0 3 2万元， 是原来花费的 1 8 ， 节省了大 量的费用。这充分说明了射流式拔桩器具有可操作性和先 进性 。 参考文献 ： 1 椒 射水法建造防渗墙技术在黄河大堤上的应用 J 人民黄河， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 4) ： 1 71 9 2 j 耿明全， 吕秀环， 郑慧 黄河泥沙资源化处理及利用途径探索 c 薛松贵， 冯国斌 ， 尚宏琦 ， 等 第十届中国科协年会黄河中下游水 资源综合利用 专题 沦坛文集 郑州 ： 科学普及 出版社 ， 2 0 0 8 ： 1 7 5 1 8 3 3 张如印， 耿明全 ， 吴兴 明 黄河下游滩 区综 合治理 标准探讨 J 人 民黄河 ， 2 0 0 5， 2 7( 1 2) ： 2 42 5 【 责任编辑张华岩】 ( 上接第 1 4 9页) 拔桩造孔速率( 1 7 m ra i n ) 略快于沉桩造孔速 率( 1 6 m mi n ) ， 但是差别不大。这说明， 沉桩造孔时破土体积 大于拔桩造孔破土体积， 这对造孔速率虽然有一定的影响， 但 是影响小大 拔桩造孔时破土体积小但是桩的存在影响了射 流回流， 造子 L 后期这种影响日 显小于破土体积的影响。 参考文献： 1 杨忠超 S 军， 杨永全， 等 多睃多层水平淹没射流数值模拟分析 J 水刺 报 2 ( 0 4 r 5) ： 3 l一3 8 2 C h u r le s S p e z i a l e G， T h o m a s G a t s k i B， N e a s s a n F i t z m a u r i c e A n a n a l y s is o f R N G b a s et u r b u l e n t m o d e l s f o r h o m o g e n e o u s s h e a r fl o w J P h y s F lu id s ， 1 9 9 1 ， 3 ( 9 ) ： 2 27 8 2 281 3 K a r i m O A K ， M a l i K H M P re d i c t i o n o f fl o w p a t te rns i n l o c a l S C O U r h o l e s c a u s e d b yt u r b u le n t w a t e r j e t s J J o u rna l o fH y d r a u li c Re s e a r c h ， 2 0 0 0， 3 8 ( 4) ： 2 79 28 7 4 畅围来 ， 周 文会 ， 刘肥 基于 F I U E N T的 高压水 射流 喷嘴的 流场仿 真分 析 J 。 兰州理 1 = 大学学报 ， 2 0 0 8 3 4 ( 2 ) ： 4 9 5 2 【 责任编辑张华岩】 i 51