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挖拔桩方案
昆明市草海北片区46号A1-3、A1-4地块安置房工程
人工挖孔桩清除方案
中铁建工集团昆明草海安置房工程指挥部
2011年8月20日
人工挖孔桩清除方案
一、工程概况
我司在场区清障施工过程中发现场区北侧存在约60根人工挖孔桩基础，经多方面了解并根据场地原有建筑物分布情况，场区东侧及南侧也存在人工挖孔桩，总桩数约200根左右，桩径约为1米，桩长约为8米，桩顶距场平地面约1.2米。
由于人工挖孔桩的分布影响基坑支护桩和工程桩的施工，为此，我司根据桩长及桩位分布情况，拟采用大开挖法和回转钻机拔桩法清除桩群，保证桩基工程施工的顺利进行。
下图阴影为推测桩的分布区域：
二、工程地质情况
根据场区地质勘查报告，人工挖孔桩深度范围（10米）内土层分布情况如下：
①1杂填土：
杂色，稍湿，主要由碎砖、碎石等建筑垃圾组成，结构松散，层厚约0.0～3.9m。
①2素填土：
褐黄、褐灰色，稍湿，以可塑～硬塑状态的粘性土为主，夹少量炭屑、腐木、碎石及碎砖等，填筑时间不详，均匀性差，层厚约0～7.5m。
该层局部底部分布有薄层淤泥。
②粘土：
褐黄、黄褐、褐红色，稍湿，可塑～硬塑状态，局部坚硬，中偏高压缩性，无摇振反应，干强度及韧性中等，局部含少量腐植物及强风化砂岩碎石。
③泥炭质土：
褐灰，黑灰色，湿，可塑～软塑状态，局部为流塑，高压缩性，天然孔隙比平均值2.18，有机质含量平均值为19.8%，为弱泥炭质土，层间夹③1层透镜体。
③1粉土：
浅灰、灰色，湿～很湿，稍密中密，高～中等压缩性，摇振反应中等，无光泽反应，干强度及韧性低。
局部为粉砂。
④1粉质粘土：
深灰、蓝灰、灰色，湿，软塑～可塑状态，高偏中等压缩性，稍具光泽反应，干强度及韧性中等，局部为粘土。
三、编制依据
3.12011年8月11日现场桩深试挖情况。
3.2我司在其他工程中的成功应用经验。
四、施工安排
4.1劳动力组织
序号
工种
人数
1
拔桩清障工
8
2
水电工
2
3
电焊工
2
4
机械操作手
6
5
指挥、挂钩
2
6
施工管理
3
4.2施工设备及机具配置
施工设备及机具配置表
序号
设备名称
型号及规格
数量
单位
备注
1
FCEC全回转清障机
1
套
2
履带式拔桩机架
1
台
3
履带吊
65～80T
1
台
4
挖掘机
KT320c
2
台
5
破碎机
DY220
1
台
6
运输车
20T
4
辆
7
钢套管
Φ1200～1300
30
M
8
钛合金钻头
各规格
300
只
9
柴油发电机
NES250
1
台
FCEC配套专用
10
冲抓斗
Φ800
1
个
11
高压清洗机
——
2
台
12
水泵
EX-500型
4
台
13
高压软管
20×5
150
m
14
配电箱
各规格
4
个
4.3施工进度计划
2011年9月1至2011年9月5日施工准备
2011年9月5至2011年9月25日拔桩施工
2011年9月25至2011年9月30日设备退场
五、施工工艺流程
根据原建筑基础的分布情况，我司拟先用小应变检测桩基础的长度，根据桩长及桩位的不同情况，采取不同的施工方案。
对于桩长不大于8米且远离支护桩位置的采用大开挖法清除桩群；桩长大于8米或靠近支护桩位置的采用回转钻机拔桩法清除桩群，此外，还可以采用人工开挖的方案清除障碍桩。
5.1大开挖方案
5.1.1土方开挖方法
由于人工挖孔桩基础主要分布在场区北侧东侧及南侧，且桩群面积比较大，对于桩长不大于8米且远离支护桩位置的桩，我司拟以每一个桩群分布的区域为一段，进行分段分层，由四周向中心开挖清除桩群。
5.1.2放坡比例
考虑人工挖孔桩基础深度在8米左右，挖掘机的最大挖深为5.6米，土方开挖时需分层放坡施工。
根据场区地质勘查情况，放坡深度拟定为4米，坡度采用1:
2，由桩群四周向中心进行开挖作业。
5.1土方开挖示意图
5.1.3桩基础挖除
挖掘机按设计要求完成放坡及作业面施工后，进行人工挖孔桩挖除工作。
挖桩作业时，首先将桩间土清理干净，使桩身上半部分外露，然后沿桩身向下开挖至桩底，桩身完全外露后用挖掘机移至作业面处，进行下一根桩的挖除施工。
施工时将桩间土回填已挖出的桩位，为挖机提供作业面，依次进行桩的挖除工作。
最后将挖出的桩整理归堆，用搞投机破成20-30公分碎石，挖掘机装车外运。
5.1.4土方回填
由于工程桩的施工面为场平地面，所以桩基础破除完成后，需将挖方处进行分层回填，整平压实，使桩机能正常行走，保证后期工程桩施工的顺利进行。
5.1.5场区地下水丰富，挖桩作业时需进行抽水工作。
本工程勘察期间，正值旱季，所有钻孔均见到地下水，地下水混合稳定水位
为现地表下1.0-1.9米，土方开挖时可能遇见大量地下水，施工时需根据水量大小，安排抽水设备进行抽水作业，保证挖桩施工的正常进行。
5.2回转钻机拔桩方案
当桩长大于8米或靠近支护桩位置时，为避免对原土层造成扰动，影响基坑支护的稳定性，我司拟采用回转钻机拔桩法清除桩群。
5.2.1理论起拔重量计算
根据地质资料及施工经验，拔除Φ1000mm人工挖孔桩钢套管拟采用Φ1460mm，Φ1000桩长取量测最大桩长人工挖孔桩的起拔力计算如下：
单桩抗拔力计算式：
Td—单桩抗拔力
K—安全系数（计算极限抗拔时取1）
λi—抗拔系数，取0.6
fs—桩周摩擦力极限值（按地质报告取值）Up—桩表面积Li—桩长度K1—经验系数W—桩自重
桩周摩擦力T1=1×3.14×0.5²×（0.6×12×3.15＋0.6×15×2.05+0.6×10×1.95+0.6×40×3.1+0.6×37×4.55+0.6×58×0.8）=199.2KN
应桩周土体分离，摩擦力按经验T2=0.3×T1=59.7KN
W1=3.14×（1/2）²×15×15=176.6KN
桩周带上部分土体按经验计算W2=0.5×（3.14×0.5²×15-3.14×（0.5/2）²×15）×15=65.4KN
Td=T2+W1+W2=301.7KN≈30.2t
故吊车选用80吨以上，80吨吊车主臂长度22m作业半径7m最大起重量为41.02t，满足起重量30.2t的要求。
钢丝绳的选用：
Φ39（6×37）破断拉力为1125KN,
1125/384.4=3.7>1.5满足要求
因此拔桩时选用Φ39以上钢丝绳，确保安全。
5.2.2拔桩主要考虑因素
1．人工挖孔桩桩身个别存在桩身扩大现象
由于本工程所在地区的地质特点，根据同类工程拔桩施工经验，人工挖孔桩在施工时个别存在局部桩身扩大现象，增加了施工难度。
图5.2上海新建路隧道国际客运中心码头拔桩工程中拔除的Φ800桩长28.2m，桩身最大直径达1.6m，扩大了2倍
2．人工挖孔桩个别仅上部有钢筋笼，吊桩存在较大的施工风险
本工程需拔除的旧桩桩长约8m，根据施工经验分析，人工挖孔桩个别桩可能仅上部有钢筋，在桩身上部起吊，桩身上部受力容易将下部无钢筋笼的部分拔断，造成了需二次对断桩进行处理，既延长了施工工期，增加了施工成本，而且二次处理的难度更大，无法保证施工质量，因此拔桩施工需采用可靠的全套管清障机施工，彻底清除障碍桩，确保后续施工顺利进行。
5.2.3施工技术措施及设备选型
5.2.3.1．施工技术措施
根据本工程施工特点，结合同类工程施工经验，本工程拔桩采用FCEC全回转清障拔桩施工设备。
FCEC全回转清障拔桩清障施工工艺是配置比旧桩直径略大的钢套管，由清障机驱动钢套管360度旋转钻进，切割分离桩身外土体，沉入桩身土体达到分离减摩后，再将旧桩用吊车一次性拔除。
施工配置的钢套管底端均镶嵌钛合金钻头，具备超强的切割切削钻进能力，在钢套管沉入过程中能将桩身周边钢套管外的障碍物切割破碎，因此即使桩身局部扩大，也不会影响拔桩施工。
同时，对桩身进行分离减摩后，通过专用设备将钢丝绳锁扣在桩身底部，从桩底部受力进行拔桩，有效的避免了拔桩时将旧桩拔断的风险。
图5.3吊车拔除旧桩
5.2.3.2．设备选型
FCEC全回转清障机
该设备以履带自行走三点式桅杆机械为基架，由360度旋转的旋转动力装置驱动外钢套管高速旋转，将旧桩土体切割、切削实施土体分离，从而减小桩侧摩阻力后拔桩。
外钢套管具有很强的切割、切削能力，在钢套管快速旋转过程中将桩周障碍物破碎清除。
同时，FCEC全回转清障机还配备了起到重要辅助作用的HAS高压气雾快速喷射器，增强切割、切削能力和加快推进速度，大大减小套管在钻进时的摩阻力，提高了工效。
FCEC全回转清障机拔桩的优点在于：
（1）、FCEC全回转清障机主要通过旋转动力装置驱动钢套管360度旋转切割、切削，钢套管可以通过多节连接，满足了不同深度、规格的旧桩拔除的施工，最深可至65m。
（2）、双重套管配置，起到双重支撑孔壁作用，使施工更安全、更可靠，双重套管双重保护，对四周土体及临近构筑物无影响和扰动，保证了拔桩和回填的质量。
（3）、FCEC全回转清障机将钢套管旋转沉入360度旋转钻进，拔桩清障安全性能好，无振动、无扰动、无影响，不会对临近构筑物造成影响，既环保又安全。
（4）、旋转动力头驱动钢套管旋转切割推进，边回转边沉入，使桩周土体分离，大大减少了桩周摩阻力。
（5）、双重钢套管配置，可准确地对桩进行定位。
第二重钢套管旋转切割分离桩周土体后，由专用设备将钢丝绳送入桩周将钢丝绳锁扣在桩身下部，对于因旧桩存在的质量问题（如断裂、破碎等）均不会受到任何影响，减少了起拔过程中拔断旧桩的可能，保证了桩身的完整，便于一次性拔桩清障完成，大大提高了拔桩清障质量、工作效率及安全性。
（6）、FCEC全回转清障机连接钢套管旋转沉入法清障备有预案措施，当在拔桩过程中发生桩体断裂或障碍物未完全清除情况，可以用外钢套管逆向钻进、内螺旋钻正转正逆同步旋转相绞对障碍物切削绞碎，利用内螺旋钻将障碍物破碎清除。
（7）、FCEC清障机配备了起到重要辅助作用的HAS高压气雾快速喷射器，加快钢套管切割、切削钻进速度，提高工作效率。
图5.4FCEC全回转清障机
5.2.4施工工艺流程
5.2.4.1．施工工艺流程图
5.2.4.2．施工方法及步骤
2.1施工准备
安排施工人员，物资、材料、机具准备，施工现场布置，机械设备拼装，安全、技术交底等施工前的所有准备工作。
2.2埋设外钢套管
以人工挖孔桩为中心埋设Φ1400～1500mm外钢套管，埋设深度2～3m，钢护筒四周用土填实，防止在拔桩过程中偏离中心或坍塌，便于FCEC清障机第二重钢套管准确对中就位。
2.3FCEC清障机定位或全回转套管CD机就位
根据放出的桩位中心铺设路基板，FCEC清障机定位，拉十字线使内钢套管中心与放出的中心点吻合。
2.4钢套管快速旋转切割沉入
FCEC专用清障机驱动内Φ1460mm钢套管快速旋转切割切削钻进沉入，旋转沉入过程中增加高压气及水的喷射量，使钢套管内桩周的土体尽量液化，保证桩身的完整性。
将桩与四周土体实施分离，减小桩侧摩阻力。
由于钢套管底端镶嵌锯齿状的钛合金刀头，在旋转驱动装置的驱动下，360度快速旋转沉入，即使桩身周边存在其他障碍物，也能一并切割穿透，直至沉入到预定深度。
2.5拔桩
清障机钢套管沉入一定深度，桩与四周土体实施分离后，便可以使用吊机将旧桩拔出清除。
拔桩前通过专用设备将钢丝绳送到桩身底下部，与桩身锁扣牢固后即可用吊车将旧桩吊起。
起拔时速度不宜过快。
拔出的旧桩应查看其桩身是否完整，一般情况下，由于在钢套管内对旧桩进行处理，只要旧桩斜率不大，均能够一次性对旧桩进行完整清除。
（2）第二重（内）钢套管在桩周快速切割切削，沉入深度超出原桩长
（1）埋设第一重（外）钢套管后，FCEC清障机定位
（3）专用设备将钢丝绳锁扣在桩底下部，由于从底下部受力吊拔旧桩，
如原旧桩发生断裂等均能容易清除
（4）若原旧桩桩长较长，起拔到一定高度后，可以将其截断分段拔除
图5.5FCEC拔桩施工流程示意图
2.6桩孔回填
旧桩拔除后，采取3～5%水泥掺量的水泥土回填施工方法。
为防止后续施工出现塌孔，拔桩后的桩孔必须进行填充加固，桩孔填充是一个要求很高的关键施工环节。
回填材料采用水泥搅拌土。
1、材料选择
回填的土方选用不得有大于5cm以上的块体，不得有建筑垃圾等掺合物，水泥采用32.5以上的普通硅酸盐水泥。
2、水泥土的搅拌
水泥掺量控制在3～5%左右，即每立方土中加入80kg水泥，强度控制在0.3～0.5mPa左右。
搅拌时采用挖机翻拌，要求搅拌均匀，不得出现水泥块堆结现象，水泥土搅拌后必须在水泥初凝前使用，本工程施工要求水泥土随拌随用。
3、水泥土的回填
水泥与土搅拌后的水泥土回填采用挖机一斗一斗灌入孔内，由于水泥土填入孔内是松土，回填过程中通过土体的自然冲击力使土体密实，边回填边拔除钢套管，当填筑至上部后拔出钢套管移除拔桩机械，因上部土体冲击力较小，可用挖机或重锤击实，经过多处拔桩回填结果表明，该施工方法回填的土体密实度较好，在后继人工挖孔桩施工及地下连续墙施工中无出现塌孔现象。
2.7清障机移位
拔桩完成，清障机走行或由吊车吊装到下一桩位位置，进入下一拔桩施工工序。
2.8退场
拔桩清障回填施工任务全部完成后，安排设备、人员有场。
清理场地，保持整洁。
5.2.5施工用电要求
本工程主要用电为FCEC清障机，单机用电量为150kw，因该设备为进口设备，电力为200V三相电，与国内的三相电380V的高流电无法使用，通常情况下使用专用发电机施工，施工采用工业电需安装变压装置才能使用，因此本施工用电需采用两路线供电，一路为FCEC清障机专用电路，进过变压器对FCEC供电；一路直接接入供施工中的其他设备使用，各路施工用电计算如下：
5.2.5.1FCEC专用设备用电量计算
（1）、用电量计算:
工地临时供电包括施工及照明用电两个方面，计算公式如下：
其中P──计算用电量（kW），即供电设备总需要容量；
Pc──全部施工动力用电设备额定用量之和；
Pa──室内照明设备额定用电量之和；
Pb──室外照明设备额定用电量之和；
K1──全部施工用电设备同时使用系数；
总数10台以内取0.75；10—30台取0.7；30台以上取0.6；
K2──室内照明设备同时使用系数，取0.8；
K3──室外照明设备同时使用系数，取1.0；
综合考虑施工用电约占总用电量90%，室内外照明电约占总用电量10%，则有
全部施工动力用电设备额定用量：
──────────────────────────────
序号额定功率（kW）距离电源（m）机具名称
1150.00100.00FCEC清障机
──────────────────────────────
本例计算中K1=0.75；
经过计算得到P=139.5kW。
（2）、变压器容量计算:
变压器容量计算公式如下：
其中P0──变压器容量（kVA）；
1.05──功率损失系数；
cos
──用电设备功率因素，一般建筑工地取0.75。
经过计算得到P0=1.4×139.5=195.3kVA。
5.2.5.2其他设备施工用电量计算
（1）、用电量计算:
工地临时供电包括施工及照明用电两个方面，计算公式如下：
其中P──计算用电量（kW），即供电设备总需要容量；
Pc──全部施工动力用电设备额定用量之和；
Pa──室内照明设备额定用电量之和；
Pb──室外照明设备额定用电量之和；
K1──全部施工用电设备同时使用系数；
总数10台以内取0.75；10—30台取0.7；30台以上取0.6；
K2──室内照明设备同时使用系数，取0.8；
K3──室外照明设备同时使用系数，取1.0；
综合考虑施工用电约占总用电量90%，室内外照明电约占总用电量10%，则有
全部施工动力用电设备额定用量：
──────────────────────────────
序号额定功率（kW）距离电源（m）机具名称
1120.00100.00电焊机
212.00100.00照明灯
36.00100.00泥浆泵
415.00100.00其他设备
──────────────────────────────
本例计算中K1=0.75；
经过计算得到P=142.29kW。
（2）、变压器容量计算:
变压器容量计算公式如下：
其中P0──变压器容量（kVA）；
1.05──功率损失系数；
cos
──用电设备功率因素，一般建筑工地取0.75。
经过计算得到P0=1.4×142.29=199.21kVA。
5.2.6施工风险及应急预案
1．人工挖孔桩垂直度较差
人工挖孔桩在施工过程中，或在施工后由于地质、水文、年限等原因造成桩位偏移，如桩身倾斜度过大或者在拔桩的过程中仍不可避免地发生桩体拔断的情况，可以使用清障机全液压全回转切割、切削钢砼等障碍物，通过抓斗对旧桩或残留桩体进行彻底清除，如下图。
图5.6清障机清除倾斜、残留旧桩示意图
2．原人工挖孔桩因桩身质量问题，存在局部破碎、断裂等情况
根据施工经验，拔桩清障过程中旧桩往往会出现桩身质量问题等因素造成局部破碎、断裂等情况，而且本工程旧桩长度为23～28m，无详细资料，根据开挖桩头桩身主筋6Φ12～14mm，所含钢筋笼长度不清楚，这种情况下，拔桩的难度和风险也更大。
因此，必须将钢丝绳通过专用设备送入桩下部，锁扣点设计在桩身下部，从底部进行吊拔，满足了桩下部无钢筋的起拔抗拉要求。
钢套管沉入桩底切割切削、分离减摩后，通过专用设备将钢丝绳送到桩身下部位置，从桩身底部受力进行起拔。
即使桩身存在局部破碎、断裂等情况也同样能够达到拔桩清障的目的。
如果在拔桩过程中，桩体还是不可避免地发生断裂，此时，可利用全回转套管机进行施工外，还可以利用FCEC清障机通过同步正逆向旋转切削对桩绞碎处理，绞碎的障碍物利用螺旋钻正转边旋转边提升从而彻底清除，以满足后继水泥搅拌桩及地连墙的施工要求，如下图所示：
5.3人工挖桩方案
人工挖除桩群，首先考虑人工作业时1米的桩径需挖约3米桩孔，方能满足作业面要求。
其次由于桩孔深，土方倒运量大，需大型机械配合施工。
再次人工挖孔深，地下水丰富，作业时需采取安全可靠的防护措施。
综上分析，需全方面考虑各方面因素后方可采用此方案。
六、安全保障措施
（1）落实安全生产责任制，实施责任管理，全程有安全环保部安全员盯控，及时排除防护现场危险源。
接受业主和监理工程师对安全工作的管理与指导。
（2）进行桩周土方开挖时，应注意土质变化及放坡稳定，必要时填筑道砟，保证挖机稳定，防止倾翻。
（3）建立、完善以项目经理为首的安全生产领导组织，有组织、有领导的开展管理活动，项目经理是施工项目安全的第一责任人。
（4）建立各级人员安全生产责任制度，明确各级人员的安全责任，抓制度落实，抓责任落实，定期检查安全责任落实情况，严格奖惩制度。
（5）实施全员承担安全生产责任，建立安全生产责任制，做到一环不漏，各职能部门，人员的安全责任做到横向到边，人人负责。
（6）一切从事生产管理与操作人员，依照其从事的生产内容分别通过企业及施工项目经理部的安全检查，取得安全操作认可证，持证上岗。
（7）适时开展普遍安全检查、专业安全检查和季节性安全检查。
安全检查以自检形成为主，上级监督检查为辅的原则，检查的重点以劳动条件，生产设备，现场管理，安全卫生设施及生产人员的行为为主，发现危及人的安全因素时，必须果断的消除。
（8）对现场挖桩过程中产生的危险部位，及时进行防护，防止发生意外。
针对目前现场还无条件全部封闭的情况，显眼位置悬挂危险告示牌，及时提醒入场外来人员。
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