拉挤收水器(水上有限空间支架钢管桩拔除施工方法)

Posted 2023-05-27

篇首语：恢弘志士之气，不宜妄自菲薄。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了拉挤收水器(水上有限空间支架钢管桩拔除施工方法)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

拉挤收水器(水上有限空间支架钢管桩拔除施工方法)

余小龙汤伟

中交二航局第二工程有限公司中交公路规划设计院有限公司

摘要：水上混凝土现浇箱梁施工完成后，受桥面以下有效作业空间高度的限制，大型起重吊装设备和拔桩设备无法抵达，箱梁临时用支架钢管桩难以采用常规的拔桩方法有效拔除，故研发了一套水上有限空间支架钢管桩拔除施工方法。引入境内外桩侧摩阻力计算方法，通过计算确定拔桩力；以浮箱作为承载基础，浮箱上安装液压拔管机，通过液压拔管机抱紧钢管桩后竖向顶升，将钢管桩根据作业有效高度分段向上拔起和切割，直到整根钢管桩拔除。

关键词：支架钢管桩;拔桩力计算;有限空间;浮箱;液压拔管机;

公路桥梁支架多以满堂支架和钢管桩少支点支架为主，尤其水上项目多采用钢管桩少支点支架，其上铺设贝雷片、分配梁和底模再进行混凝土浇筑，待桥梁施工完成后拆除模板、贝雷片等，再拔除钢管桩。目前主要采用的拔桩方法有履带式起重机配合振动锤(配液压夹桩器)拔桩法、全套管静压拔桩法、高压水射流拔桩法等，但对作业空间要求较高，不适宜在桥下有限空间作业；另有浮箱振动锤拔桩法可用于水上拔桩，但由于振动锤自重较大，对浮箱尺寸要求较大。在此基础上研发了浮箱+液压拔管机拔桩法，适用于更低作业空间的同时，施工操作简单，且拔桩效率高。

1 工程概况

1.1支架概况

厦门第二东通道工程位于福建省厦门市，其中环岛东路互通海中段主线桥现浇混凝土箱梁共计16联，跨度为30 m、36 m、42.5 m、50 m等4种类型，单联最大长度为150 m; 第2～7联为分幅箱梁，第8～9联为整幅箱梁。匝道桥共计26联，跨度主要有22 m、30 m、35 m、40 m、45 m、54 m等6种结构形式，单联最大长度为150 m。主线桥分幅箱梁横断面标准宽度为15.25 m, 整幅箱梁横断面宽度为42 m; 匝道桥标准段横断面宽为10 m, 在汇入主线段局部变宽。箱梁施工完成后，水面以上净空高度为5 m～13 m。

海域表层为淤泥、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、含淤泥中砂、中砂、粗砂，埋深较浅，承载力较低；其下为中粗砂，该层承载力一般；再往下为全风化岩层和强风化岩层，是支架钢管桩的主要持力层。混凝土箱梁采用钢管贝雷梁支架，支架钢管桩规格为ϕ600 mm×10 mm, 单桩设计承载力为600～100 kN,见图1。钢管桩桩长为20～39 m。钢管桩采用振动沉桩法施沉至全风化岩层，入泥深度为8～16 m。

图1 钢管贝雷梁支架下载原图

1.2钢管桩上拔力计算

钢管桩施工完毕后需要拔除，目前有两种施工方案：一种是境内常用的直接拔桩法；另一种是境外通常采用的振动锤辅助拔桩。由于施工区域上方被现浇梁阻挡，空间有限，而常规的方式均需要采取起重设施，振动锤也很难起吊至钢管桩上方，因此常规的方法在此处受限，只能考虑以静拔力为主。即以液压拔管机竖向顶升力克服钢管桩侧摩阻力，实现钢管桩的拔除。

目前，境内外对侧摩阻力的计算都是参考一定的规范公式。境外计算方法参照美国API-RP2A的方法计算，境内一般参照摩擦桩单桩轴向受拉承载力计算方法。本文主线桥支架钢管桩采用境内外计算方法分别进行拔桩力计算。钢管桩参数如表1所示。

表1 钢管桩参数导出到EXCEL

参数	桩长/m	桩顶标高/m	泥面标高/m	入土深度/m
参数值	17.76	+4.100	-0.952	12.708

(1)境外计算方法。

境外计算方法参照美国API-RP2A的计算方法，由此得到的侧摩阻力计算公式为：

Fv=2πr∫fvdz

fv=Ksp0tanφ′

p0=γz

式中：Fv为钢管桩侧摩阻力；r为钢管桩半径；z为埋深；Ks为水平土压力系数，一般取值0.5～1,表示水平与垂直有效正应力之比，本次计算取0.7;p0为土层有效覆盖土压力；γ为覆盖土层重度；φ′为桩与土之间的摩擦角，一般桩土摩擦角与土的内摩擦角之比为0.6～0.7,本次计算取0.6。

该计算方法的原理认为，土层对钢管桩的侧摩阻力是由土层对桩的挤压力引起的，而土对钢管桩的水平挤压力又与竖向土压力有关，通过计算水平土压力进而得出桩土侧摩阻力。采用以上方法计算，本项目支架钢管桩拔桩力结果如表2所示。

表2 钢管桩拔桩力计算导出到EXCEL

计算分段长度/m	zmzm	p0	Ks	tanφ′	桩身周长m桩身周长m	摩阻力kN摩阻力kΝ
1	0.5	10	0.7	0.6	1.884	7.91
1	1.5	30	0.7	0.6	1.884	23.74
1	2.5	50	0.7	0.6	1.884	39.56
1	3.5	70	0.7	0.6	1.884	55.39
1	4.5	90	0.7	0.6	1.884	71.22
1	5.5	110	0.7	0.6	1.884	87.04
1	6.5	130	0.7	0.6	1.884	102.87
1	7.5	150	0.7	0.6	1.884	118.69
1	8.5	170	0.7	0.6	1.884	134.52
1	9.5	190	0.7	0.6	1.884	150.34
1	10.5	210	0.7	0.6	1.884	166.17
1	11.5	230	0.7	0.6	1.884	181.99
0.7	12	240	0.7	0.6	1.884	132.94
合计						1 272.38

(2)境内计算方法。

境内通常采用摩擦桩单桩轴向受拉承载力计算方法，据此可得桩侧摩阻力计算公式为：

Fv=2πr∫fvdz

其中fv=1.9 kPa。采用以上计算方法，计算本项目支架钢管桩拔桩力结果如表3所示。

表3 钢管桩拔桩力计算导出到EXCEL

桩长/m	标贯击数/次	侧摩阻力/kPa	桩身周长/m	摩阻力/kN
1	10	19	1.884	35.796
1	14	26.6	1.884	50.114 4
1	16	30.4	1.884	57.273 6
1	12	22.8	1.884	42.955 2
1	15	28.5	1.884	53.694
1	15	28.5	1.884	53.694
1	21	39.9	1.884	75.171 6
1	21	39.9	1.884	75.171 6
1	29	55.1	1.884	103.808 4
1	37	70.3	1.884	132.445 2
1	37	70.3	1.884	132.445 2
1	41	77.9	1.884	146.763 6
0.7	41	77.9	1.884	102.734 52
合计				1 062.067 32

2 拔桩方法

2.1施工准备

(1)桥梁上部结构箱梁施工完成后，拆除箱梁底模、支架贝雷片及支架水平联系等，将钢管桩水面以上部分切除，便于拔桩。水面以上保留1 m桩长作为拔桩时液压拔管机工作长度。

(2)拔桩设备准备，包含浮箱若干组、液压拔管机1台、发电机1台、小型起重设备1台、焊接设备1套、切割设备1套。

2.2拔桩流程

拔桩流程如图2所示。

2.3浮箱拼装

由于本施工方法需要在水面作业，浮箱是主要受力构件，因此浮箱的拼接安装十分重要。浮箱主体为钢结构，利用型钢将多组浮箱连接形成整体，保证浮箱的稳定，确保多组浮箱同时受力；浮箱结构主要分左右两组，中间预留宽度需大于钢管桩直径，使钢管桩可以穿过。为了整套设备在拔桩过程中灵活转移，将动力装置安装在浮箱上，在作业过程中无需再引入动力设备，使浮箱能够自行行驶到不同位置处进行钢管桩的拔除。对于浅水区，在浮箱侧面安装竖向型钢，浮箱驻位后，下放型钢插入海床底，保持拔桩过程中浮箱的稳定；对于深水区，采用钢丝绳与就近墩身连接，保持浮箱稳定。浮箱移位时收起型钢和钢丝绳。

图2 拔桩流程下载原图

浮箱尺寸根据拔桩力进行选型，其满载吃水产生的浮力需大于钢管桩拔桩力和全套拔桩设备的自重力，同时需要考虑一定的安全系数。根据计算，钢管桩拔桩力为120 t, 全套设备自重约40 t, 配置4 m×2 m×13 m浮箱2套。

拼接好的浮箱如图3所示。

图3 浮箱示意下载原图

2.4液压拔管机的安装及使用

液压拔管机工作原理是利用油缸竖向顶升，顶升力大于土层对钢管桩产生的侧向摩阻力后，使钢管桩竖向拔起。设备配置有振动模块，通过激振力的作用降低桩侧摩阻力，辅助拔桩。根据计算的拔桩力、钢管桩规格选择适宜的液压拔管机。拔管机套管最大直径不小于钢管直径，拔桩力不小于钢管桩抗拔力，一般取2～4倍钢管桩计算抗拔力。其竖向顶升油缸有2～4个，抱紧油缸数量为4个，油缸最大行程为1 000 mm, 见图4。

图4 液压拔管设备下载原图

液压拔管机安装视不同浮箱平台各异，原则上要求能使该装置固定在桩管两侧和浮箱上即可。液压拔管机下方支垫型钢，将浮箱上部集中力扩散。浮箱中间预留足够宽度，确保钢管桩能套入液压拔管机内。浮箱上配套安装1台发电机、一台小型起重吊机。

拔桩前，起升竖向油缸使夹具高于钢管桩顶部，将浮箱驶入拔桩位置，拔管机中心对准钢管桩，然后收回竖向顶升油缸将钢管桩套入液压拔管机内，并启动抱紧油缸使顶部扇形模块抱紧钢管桩。通过现场试拔，确定适宜的抱桩力。抱桩力偏小，起升过程中夹具与钢管桩会产生相对位移，钢管桩无法正常拔除；抱桩力偏大，会使抱桩处钢管变形。钢管桩的拔除靠油缸往复升降实现，每次顶升所拔出钢管桩的长度为油缸的行程。

2.5钢管桩分段切割

由于高度受限，钢管桩不能一次性全部拔除，钢管桩每次顶升至一定长度后，需要切除。重复顶升和切除步骤，直至钢管桩全部拔除为止。

3 结语

本施工方法适用于桥梁施工完成后位于桥下有限空间的水中支架钢管桩的拔除，尤其适用于低净空的水中支架钢管桩拔除。以浮箱作为水上承载装备，搭配轻巧的液压拔管机，设备配置简单，操作方便，可灵活应用于比较狭窄的空间。拔除的钢管桩根据净空高度选择合适的长度进行切割，钢管桩无明显变形，满足回收使用的要求。

参考文献

[1] 徐本春，刘德风，黄泽，等.一种水面上有限空间钢管桩拔桩施工方法[J].工程与建设，2018,32(5):777-780.

[2] 姚飞明.钢管桩沉拔桩施工技术[J].公路，2006,(9):30-33.

[3] 徐本春，刘德风，谭斌，等.钢管桩静力拔桩侧摩阻力的计算对比分析[J].佳木斯大学学报：自然科学版，2018,36(5):676-678.

[4] 谭斌，徐本春，刘德风，等.关于几种钢管桩拔桩方法的讨论[J].黑龙江工业学院学报，2018,18(10):45-50.

[5] 孙亭亭，杨吉新，张志华，等.黏土中钢管桩拔桩模型试验研究[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2021,(4):763-767.

[6] 汪明元，单治钢，饶锡保，等.基于近海钢管桩现场试验的海洋土参数反演[J].岩土工程学报，2016,38(S2):143-148.

声明：我们尊重原创，也注重分享。有部分内容来自互联网，版权归原作者所有，仅供学习参考之用，禁止用于商业用途，如无意中侵犯了哪个媒体、公司、企业或个人等的知识产权，请联系删除，另本头条号推送内容仅代表作者观点，与头条号运营方无关，内容真伪请读者自行鉴别，本头条号不承担任何责任。

拉挤收水器(水上有限空间支架钢管桩拔除施工方法)

拉挤收水器(水上有限空间支架钢管桩拔除施工方法)

余小龙 汤伟

中交二航局第二工程有限公司中交公路规划设计院有限公司

1 工程概况

1.1支架概况

1.2钢管桩上拔力计算

(1)境外计算方法。

(2)境内计算方法。

2 拔桩方法

2.1施工准备

2.2拔桩流程

2.3浮箱拼装

2.4液压拔管机的安装及使用

2.5钢管桩分段切割

3 结语

参考文献

余小龙汤伟