斜索拔桩方法及斜索拔桩系统与流程

本发明涉及一种斜索拔桩方法及斜索拔桩系统，属于水利、公路、铁路、桥梁、市政等工程中桩的撤去技术领域。

背景技术：

现有地铁隧洞施工中，需要将影响隧洞施工的整桩提至安全高度，即将影响隧洞施工的整桩完全拔出或者部分拔出。

但是，据申请人了解，现有国内外的拔桩技术，主要采用以下几种方式：

1)冲击碎桩法与全套管减磨拔除法；这两种拔桩技术主要依赖全套管钻机及大型起重机，故对施工场地要求较高，施工场地面积很大且场地上部无净高限制，但是，实际施工环境是难以达到的。

2)全套管静压拔桩的方法，这种方法采用钢套管以及结合喷射高压水及高压膨润土浆对桩的周圈土体进行清除，然后进行拔桩，但是工艺较复杂，实际较长，特别对于彼此紧邻的多根桩的拔除不能适用。

3)直接将灌注桩中的桩头钢筋与拔桩设置连接，逐渐施力直至将桩拔出，但是，现有灌注桩中的钢筋强度低、焊接不可靠、受力不均，容易将灌注桩拔断，这是拔桩施工中所不允许的。

同时，据申请人了解，现有的桩周消阻：由于起拔能力影响，桩周与土层间的摩阻需要部部分消除，运用全套管或冲水实现消除桩周摩阻。

可见，现有拔桩技术中，桩周消阻、起拔设备投入大，施工工序复杂，施工时间较多。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足，提出一种快速安全拔出不同直径桩时可以进行快速简单消阻的斜索拔桩方法及斜索拔桩系统。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案之一是：一种斜索拔桩方法，包括以下步骤：

1)经前处理先使待拔桩的顶部曝露，同时备设多根高强度锚索材料以及起吊设备；

2)在待拔桩的顶部钻制向其底部延伸的第一锚孔,在所述待拔桩顶部的左、右两侧处钻制斜向下至其中心线的第二锚孔或在所述待拔桩顶部的左、右两侧处钻制竖直向下的第二锚孔；

3)将所述锚索材料的一端下放至所述第一锚孔底部，其另一端露出待拔桩顶部；将所述锚索材料的一端下放至所述第二锚孔中，其另一端露出待拔桩顶部；

4)向所述第一锚孔和第二锚孔内灌注浆体，待所述浆体固化并达到设定强度后，将所述第一锚孔内的高强度锚索材料固定于所述待拔桩内形成拔桩锚杆，将所述第二锚孔内的高强度锚索材料固定于所述待拔桩内形成消阻锚杆；

5)通过起吊设备提升固定在所述第一锚内的高强度锚索材料的另一端以拔起所述待拔桩，在拔起所述待拔桩的过程中，同时通过起吊设备对称或非对称提升固定在第二锚孔内的高强度锚索材料的另一端以拔起所述待拔桩或使所述待拔桩横向位移。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案之二是：一种斜索拔桩系统，用于上述的斜索拔桩方法中，该斜索拔桩系统设置于固定在土体中并顶部曝露的待拔桩附近,包括多根高强度锚索材料和起吊设备，其特征在于:所述待拔桩的顶部制有向其底部延伸的第一锚孔，所述待拔桩顶部的左、右两侧处制有斜向下至其中心线的第二锚孔或制有竖直向下的第二锚孔，所述第一锚孔底部和第二锚孔中分别设有锚索材料的一端，所述锚索材料的另一端露出待拔桩顶部，所述第一、第二锚孔内分别灌注有固化后用于将所述第一、第二锚孔内的锚索材料固定于待拔桩内以形成拔桩锚杆和消阻锚杆的浆体，所述起吊设备用于提升固定在所述第一锚内的锚索材料的另一端以起拔待拔桩、同时用于对称或非对称提升固定在第二锚孔内的高强度锚索材料的另一端以拔起待拔桩或使待拔桩横向位移。

本发明直接在待拔桩的顶部钻制第一锚孔和第二锚孔，然后将不同根的锚索材料的一端下放至第一锚孔和第二锚孔内，再向第一锚孔和第二锚孔内灌注浆体，将第一锚孔内的锚索材料固定于待拔桩内形成拔桩锚杆，将第二锚孔内的锚索材料固定于待拔桩内形成消阻锚杆，最后通过起吊设备提升固定在第一锚内的高强度锚索材料的另一端以拔起待拔桩，在拔桩过程中，同时通过起吊设备对称提升固定在第二锚孔内的高强度锚索材料的另一端以拔起待拔桩，可以使得拔桩获得更大的提升力，非对称提升固定在第二锚孔内的高强度锚索材料的另一端以使待拔桩横向位移，可以得到水平分力，并形成桩顶横向位移，这样具有如下效果：

1)巧妙的将现有岩土锚固技术中的锚杆移用到拔桩中，相比于传统拔除桩的思维定势是一味在桩的外表固定后进行吊拔，本发明突破了这一思维定势，对待拔桩先钻孔进行锚固再拔除，形成先锚后拔，因此十分出人意料。本发明既可以对于不同直径(大、中、小)待拔桩进行锚固提升，同时又对待拔桩进行加固，可以有效防止拔桩中的断桩并将大直径桩快速安全拔出，特别是对于小空间中彼此紧邻的多根桩的拔除十分适用，整体非常可靠稳固、安全性大大提高的同时节省大量成本，且提高效率；

2)在待拔桩直径偏小，需用多根锚索材料时，起吊设备，如提升千斤顶无法完全垂直布置时，可以通过第二锚孔补充竖向力，达到足够的提升力；

3)如果待拔桩为倾斜桩，可以通过第二锚孔实现与待拔桩轴线一致的起拔力；

4)在拔起待拔桩的过程中，同时通过起吊设备提升第二锚孔内的锚索材料的另一端以拔起待拔桩，斜索与直索可以同时使用，可以使得拔桩获得更大的提升力；间断的通过起吊设备提升第二锚孔内的锚索材料的另一端以使待拔桩形成横向移动，通过第二锚孔内的锚索材料，获取水平分力，达到撕裂部分待拔桩与周围的连接，可以在拔桩时进行桩周消阻，相比现有的桩周消阻技术，十分简单，可以对大直径桩进行快速消阻，整体非常可靠稳固、安全性大大提高的同时节省大量成本，且提高效率；既适用于桩的两侧约束条件不一致，一侧强，一侧弱的工况，又可以将桩拉向弱的一侧，降低提升力要求，提高桩体提升成功率。

上述技术方案之一的改进是：在所述步骤2)中，在所述待拔桩的顶部钻制向其底部延伸的静态爆破孔；在所述步骤5)中，在拔起待拔桩后，先在静态爆破孔中倒入破碎剂并用快硬性水泥堵住静态爆破孔的孔口12-18小时，然后通过破碎设备进行桩体破碎。

本发明采用上述技术方案的效果是：通过在待拔桩的顶部钻制向其底部延伸的静态爆破孔，这样在拔桩后，先在静态爆破孔中倒入破碎剂并用快硬性水泥堵住静态爆破孔的孔口12-18小时，然后通过破碎设备进行桩体破碎，结合混凝切割以及气割钢筋等办法，可以快速分解混凝土，实现桩的上部拆除，将拔桩工程顺利转向下一工序、下一根桩。

上述技术方案之一的完善之一是：在所述步骤1)中，在待拔桩附近的其它桩上或待拔桩周边的土体上设有工作平台；在所述步骤5)中，所述起吊设备是设于工作平台上的穿心千斤顶、吊机或卷扬机，所述穿心千斤顶通过反力架安装固定在工作平台上。

本发明采用上述技术方案的效果是：本发明通过在待拔桩附近的其它桩上或待拔桩周边的土体上设有工作平台，起吊设备采用设于工作平台上的穿心千斤顶、吊机或卷扬机，这样可以通过起吊设备对待拔桩连续拔起，整体结构简单可靠。

上述技术方案之一的完善之一的改进是：所述穿心千斤顶是固定在反力架上的拔桩穿心千斤顶以及左、右消阻穿心千斤顶，所述左、右消阻穿心千斤顶设于拔桩穿心千斤顶两侧；在所述步骤5)中，所述拔桩穿心千斤顶同时或间断的张拉固定在所述第一锚内的高强度锚索材料的另一端以连续拔起待拔桩，所述左、右消阻穿心千斤顶同时对称或非对称的提升固定在第二锚孔内的高强度锚索材料的另一端以拔起待拔桩或使待拔桩横向位移。

本发明采用上述技术方案的效果是：本发明通过拔桩穿心千斤顶同时或间断的张拉固定在第一锚内的高强度锚索材料的另一端以连续拔起待拔桩，通过左、右消阻穿心千斤顶同时对称的提升固定在第二锚孔内的锚索材料的另一端以拔起待拔桩，可以使拔桩获得更大的提升力，通过非对称的提升固定在第二锚孔内的锚索材料的另一端以使待拔桩横向位移，可以获得水平分力，形成横向位移，对桩周约束强的一侧进行消阻，整体结构简单可靠。

上述技术方案之一的完善之一的改进是：所述工作平台是钢筋混凝土平台、钢结构框架平台或组合结构平台；所述穿心千斤顶通过反力架安装固定在钢筋混凝土平台、钢结构框架平台或组合结构平台上；所述吊机或卷扬机设于钢筋混凝土平台、钢结构框架平台或组合结构平台上。

上述技术方案之一的完善之一的改进是：所述拔桩穿心千斤顶竖直向下固定在反力架上，所述左、右消阻穿心千斤顶分别左、右倾斜固定在反力架上。

上述技术方案之一的完善之二是：所述第一锚孔的深度和锚杆的长度小于所述待拔桩的长度并大于所述锚杆的最小锚固长度，所述锚杆的最小锚固长度l按下式计算：

式中，a为安全系数；σ为锚索材料强度；a为锚索材料截面面积；d为锚孔直径；τ为锚杆与孔壁抗剪强度。

上述技术方案之一的完善之三是：所述锚索材料上设有出口分别位于第一锚孔或第二锚孔底部、中部和上部处的三根灌浆管；采用压力灌浆向第一锚孔或第二锚孔内灌注浆体，所述浆体是由po52.5水泥、水泥浆孔道压浆剂和水混合而成的浆体，所述浆体的水胶比为0.35～0.45；采用砂浆搅拌机和注浆泵进行压力灌浆。

上述技术方案之二的改进是：所述待拔桩的顶部制有向其底部延伸的静态爆破孔；所述静态爆破孔中倒入有破碎剂并封堵有快硬性水泥块。

上述技术方案之二的进一步改进是：所述待拔桩附近的其它桩上或待拔桩周边的土体上设有工作平台，所述起吊设备是设于工作平台上的穿心千斤顶，所述穿心千斤顶是固定在反力架上的拔桩穿心千斤顶以及左、右消阻穿心千斤顶，所述左、右消阻穿心千斤顶设于拔桩穿心千斤顶两侧；所述拔桩穿心千斤顶用于同时或间断的张拉固定在所述第一锚内的高强度锚索材料的另一端以连续拔起待拔桩，所述左、右消阻穿心千斤顶用于同时对称或非对称的提升固定在第二锚孔内的高强度锚索材料的另一端以拔起待拔桩或使待拔桩横向位移。

通过拔桩穿心千斤顶同时或间断的张拉固定在第一锚内的高强度锚索材料的另一端以连续拔起待拔桩，通过左、右消阻穿心千斤顶同时对称的提升固定在第二锚孔内的锚索材料的另一端以拔起待拔桩，可以使拔桩获得更大的提升力，通过非对称的提升固定在第二锚孔内的锚索材料的另一端以使待拔桩横向位移，可以获得水平分力，形成横向位移，对桩周约束强的一侧进行消阻，整体结构简单可靠。

上述技术方案之二的更进一步改进是：所述拔桩穿心千斤顶竖直向下固定在反力架上，所述左、右消阻穿心千斤顶分别左、右倾斜固定在反力架上。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例一的斜索拔桩方法以及斜索拔桩系统的采用的拔桩装置示意图。

图2是图1的左视图。

图3是图1待拔桩上钻制的第一锚孔、第二锚孔和静态爆破孔的示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的斜索拔桩方法，如图1、图2和图3所示，包括以下步骤：

1)经勘察、前处理先使待拔桩1的顶部曝露，同时备设多根高强度锚索材料2以及起吊设备；

本实施例的待拔桩1可以是埋在在土体中摩擦桩、部分嵌岩的端承桩或是埋于地表以下一定深度的咬合桩、承台桩和打入桩，等等。摩擦桩或端承桩的头部曝露在地表。

本实施例的锚索材料2可以是金属硬质或软质材料制成。金属硬质制成，例如：粘结钢绞束、预应力钢绞线、预应力钢绞束、高强钢丝、高强钢丝绳或高强钢筋，等等；也可以是非金属硬质或软质材料制成，例如：纤维、塑料或尼龙，等等。

2)在待拔桩1的顶部钻制向其底部延伸的第一锚孔1-1以及在待拔桩1顶部的左、右两侧处钻制斜向下至其中心线的第二锚孔1-2。为了节省空间，也可以在待拔桩1顶部的左、右两侧处钻制竖直向下的第二锚孔1-2，这时，通过待拔桩1顶部对称约束实现竖孔斜索，或通过待拔桩1顶部设置钢绞束转向块实现竖孔斜索，一般情况由于待拔桩1中的箍筋较强可以承担正常的斜索产生的水平分力。

本实施例的第一锚孔1-1是位于待拔桩1横截面中心的一个孔或沿待拔桩1横截面中心周圈均布的至少两个孔；第二锚孔1-2是沿待拔桩1中心线对称设置的至少两个孔。

本实施例的第一锚孔1-1和第二锚孔1-2的钻孔采用履带式钻机d150，单台功率75kw；同时配15m3,1.3mpa空压机，空压机功率135kw。工作效率为60m/8hr。钻完孔后，运用清水清洗干浆，并抽干其中自由水，下锚索材料2之前，运用塞子堵住孔口，防止异物进入孔内。若待拔桩1仍作为工程桩，为避免履带式钻机对桩的损伤，可以采用地质钻机钻孔。如果待拔桩1的顶面在地表以下，可以通过勘察明确桩中心及直径的桩，锚孔通过套管法钻制。

3)将锚索材料2的一端下放至第一锚孔1-1底部，其另一端露出待拔桩1顶部；将锚索材料的一端下放至第二锚孔1-2中，其另一端露出待拔桩1顶部；

4)向第一锚孔1-1和第二锚孔1-2内灌注浆体，待浆体固化并达到设定强度后，将第一锚孔1-1内的高强度锚索材料2固定于待拔桩1内形成拔桩锚杆，将第二锚孔1-2内的高强度锚索材料2固定于待拔桩1内形成消阻锚杆；

本实施例的第一锚孔1-1的深度和锚杆的长度小于待拔桩1的长度并大于锚杆的最小锚固长度，锚杆的最小锚固长度l按下式计算：

式中，a为安全系数；σ为锚索材料强度；a为锚索材料截面面积；d为锚孔直径；τ为锚杆与孔壁抗剪强度。

5)通过起吊设备提升固定在第一锚内的高强度锚索材料2的另一端以拔起待拔桩1，在拔起待拔桩1的过程中，同时通过起吊设备对称或非对称提升固定在第二锚孔1-2内的高强度锚索材料2的另一端以拔起待拔桩1或使待拔桩1横向位移。

本实施例在步骤1)中，在待拔桩1附近的其它桩上或待拔桩1周边的土体上设有工作平台3。

为了快速分解混凝土，实现待拔桩1的上部拆除，将拔桩工程顺利转向下一工序、下一根桩，本实施例在步骤2)中，在待拔桩1的顶部钻制向其底部延伸的静态爆破孔1-3。

在步骤5)中，在拔起待拔桩1后，先在静态爆破孔1-3中倒入破碎剂并用快硬性水泥堵住静态爆破孔1-3的孔口12-18小时，然后通过破碎设备进行桩体破碎。

静态爆破孔1-3是在需破除部位提前钻制出，呈“十”字型分布。破碎剂采用sca-2型(无声破碎剂)，适用于10-25℃环境，按每袋5公斤破碎剂与1.5升水调配，搅拌后，保证破碎剂完全溶解到水中成了浆体。浆体必须在搅拌后10-15分钟内倒入静态爆破孔1-3内，装填到离孔口15mm处，将浆体倒入孔中并在孔中搅动，以确保钻孔中没有气孔；填完后用快硬性水泥堵住孔口；12-18小时后可以达到效果。

本实施例在步骤5)中，起吊设备是设于工作平台3上的穿心千斤顶，穿心千斤顶通过反力架4安装固定在工作平台3上。工作平台3是钢筋混凝土平台、钢结构框架平台或组合结构平台，等等；穿心千斤顶通过反力架4安装固定在钢筋混凝土平台、钢结构框架平台或组合结构平台上。

本实施例的穿心千斤顶是固定在反力架4上的拔桩穿心千斤顶5以及左消阻穿心千斤顶6和右消阻穿心千斤顶7。左消阻穿心千斤顶6和右消阻穿心千斤顶7分别设于拔桩穿心千斤顶5两侧。拔桩穿心千斤顶5竖直向下固定在反力架4上，左消阻穿心千斤顶6和右消阻穿心千斤顶7分别左、右倾斜固定在反力架4上。

为了简单可靠对待拔桩1进行连续拔起，本实施例在步骤5)中，拔桩穿心千斤顶5同时或间断的张拉固定在第一锚内的高强度锚索材料2的另一端以连续拔起待拔桩1。左消阻穿心千斤顶6和右消阻穿心千斤顶7同时对称或非对称的提升固定在第二锚孔1-2内的高强度锚索材料2的另一端以拔起待拔桩1或使待拔桩1横向位移。

为了确保灌浆密实，本实施例的锚索材料2上设有出口分别位于第一锚孔1-1或第二锚孔1-2底部、中部和上部处的三根灌浆管；采用压力灌浆向第一锚孔1-1或第二锚孔1-2内灌注浆体，浆体是由po52.5水泥、水泥浆孔道压浆剂和水混合而成的浆体，浆体的水胶比为0.35～0.45；采用砂浆搅拌机和注浆泵进行压力灌浆，浆体强度大于40mpa。压浆前进行砂浆块制作试验，确保试块3d强度达到25mpa，10d强度达到30mpa。

采用砂浆搅拌机和注浆泵进行压力灌浆(灌注第一浆体)。灌浆由底部向上灌浆，当灌至上一个个灌浆管时，开启上一灌浆管，直至灌至设计位置。每次灌浆制作3组水泥浆试块，采用砂浆块，待3d、7d压制试块，待强度达到后可以进行提升。

如图1、图2和图3所示，本实施例的斜索拔桩系统，用于上述的斜索拔桩方法中，该斜索拔桩系统设置于固定在土体中并顶部曝露的待拔桩1附近,包括多根高强度锚索材料2和起吊设备。

本实施例斜索拔桩系统中的待拔桩1也是埋在在土体中摩擦桩、部分嵌岩的端承桩或是埋于地表以下一定深度的咬合桩、承台桩和打入桩，摩擦桩或端承桩的头部曝露在地表。

本实施例斜索拔桩系统中的锚索材料2也可以是金属硬质或软质材料制成，例如：粘结钢绞束、预应力钢绞线、预应力钢绞束、高强钢丝、高强钢丝绳或高强钢筋，等等；也可以是非金属硬质或软质材料制成，例如：纤维、塑料或尼龙，等等。

待拔桩1的顶部制有向其底部延伸的第一锚孔1-1，待拔桩1顶部的左、右两侧处制有斜向下至其中心线的第二锚孔1-2。为了节省空间，待拔桩1顶部的左、右两侧处也可以制有竖直向下的第二锚孔1-2，这时，通过待拔桩1顶部对称约束实现竖孔斜索，或通过待拔桩1顶部设置钢绞束转向块实现竖孔斜索，一般情况由于待拔桩1中的箍筋较强可以承担正常的斜索产生的水平分力。

第一锚孔1-1底部和第二锚孔1-2中分别设有锚索材料2的一端，锚索材料2的另一端露出待拔桩1顶部，第一锚孔1-1和第二锚孔1-2内分别灌注有固化后用于将第一、第二锚孔内的锚索材料2固定于待拔桩1内以形成拔桩锚杆和消阻锚杆的浆体。

本实施例斜索拔桩系统中的第一锚孔1-1的深度和锚杆的长度也是小于待拔桩的长度并大于所述锚杆的最小锚固长度，锚杆的最小锚固长度l按下式计算：

式中，a为安全系数；σ为锚索材料强度；a为锚索材料截面面积；d为锚孔直径；τ为锚杆与孔壁抗剪强度。

起吊设备用于提升固定在第一锚内的锚索材料2的另一端以起拔待拔桩1、同时用于对称或非对称提升固定在第二锚孔1-2内的高强度锚索材料2的另一端以拔起待拔桩1或使待拔桩1横向位移。

本实施例的待拔桩1的顶部制有向其底部延伸的静态爆破孔1-3；静态爆破孔1-3中倒入有破碎剂并封堵有快硬性水泥块。

本实施例的待拔桩1附近的其它桩上或待拔桩1周边的土体上设有工作平台3，起吊设备是设于工作平台3上的穿心千斤顶，穿心千斤顶通过反力架4安装固定在工作平台3上。工作平台3是钢筋混凝土平台、钢结构框架平台或组合结构平台，等等；穿心千斤顶通过反力架安装固定在钢筋混凝土平台、钢结构框架平台或组合结构平台上。

本实施例的穿心千斤顶是固定在反力架4上的拔桩穿心千斤顶5以及左消阻穿心千斤顶6和右消阻穿心千斤顶7。左消阻穿心千斤顶6和右消阻穿心千斤顶7分别设于拔桩穿心千斤顶5两侧；拔桩穿心千斤顶5用于同时或间断的张拉固定在第一锚内的高强度锚索材料2的另一端以连续拔起待拔桩1。左消阻穿心千斤顶6和右消阻穿心千斤顶7用于同时对称或非对称的提升固定在第二锚孔1-2内的高强度锚索材料2的另一端以拔起待拔桩1或使待拔桩1横向位移。

本实施例的拔桩穿心千斤顶5竖直向下固定在反力架4上。左消阻穿心千斤顶6和右消阻穿心千斤顶7分别左、右倾斜固定在反力架4上。

本实施例的锚索材料2上设有出口分别位于第一锚孔1-1或第二锚孔1-2底部、中部和上部处的三根灌浆管。

实施例二

本实施例的斜索拔桩方法，是在实施例一基础上的改进，与实施例一的不同之处在于：

本实施例需要提升的待拔桩1的总长24m，桩径1500mm，该桩需提升高度达7-8m，占该待拔桩1总长24m的30％。经过计算，拔桩力设计荷载为8000kn，校核荷载为10000kn。

这样，锚索材料2采用选用4束cps15a-12型剪力分散型锚索。每束cps15a-14型剪力分散型锚索采用14-φ15.24高强度、低松弛钢绞线，抗拉强度为1860mpa。

本实施例的起吊设备还是采用穿心千斤顶，选用4台4000kn穿心千斤顶作为提升动力设备，按0.8效率考虑，总提升能力达12800kn。

放线之前，首先将反力架位置编制于地坪上，然后根据反力架可布设位置确定第一锚孔1-1位置。本实施例的第一锚孔1-1是中心分布在边长为60cm的正方形四个角点的四个锚孔，第一锚孔1-1孔径150mm，正方形的边长分别与反力架大梁平行与垂直。

拔桩分为以下几个阶段，将预估提升力分为10级，每级观察10钟，每分钟测一次数据，分析桩顶位移随时间变化与随荷载变化关系。同时监测地表沉降位移、结构应力与变形。预估提升力为8000kn，具体荷载分级为800kn、1600kn，2400kn，直至启动荷载。

实施例三

本实施例的斜索拔桩方法，是在实施例一和实施例二基础上的改进，与上述实施例的不同之处在于：本实施例在步骤5)中，起吊设备是设于工作平台3上的吊机或卷扬机。吊机或卷扬机设于钢筋混凝土平台、钢结构框架平台或组合结构平台上。

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。