冻结法在复杂工况下拔桩施工的应用

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摘要：在盾构施工过程中经常会遇到穿越钢筋混凝土灌注桩，不得已的做法是直接切削穿过，但是所穿桩体过多大的话，则需要在盾构穿越前将桩体拔除，通常的做法是使用拔桩机等设备施工，但是施工场地如位于地下，受施工场地空间所限则需要采取其他办法，本文通过天津某冻结法拔桩工程施工过程，提供一条可以借鉴的施工工艺，并总结其优点，并提出改进方法。

关键词：拔桩；冻结法；盾构穿越

中图分类号： U445.55+5 文献标识码： A 文章编号：

一、工程概况

盾构隧道左、右线在里程DK11+817～DK11+843范围内下穿地道，地道底板以下为格构桩，盾构左线隧道底部标高约-24.1828m，盾构右线隧道底部标高约-23.36m。

左线隧道穿越的3根格构桩

右线线隧道穿越的2根格构桩

该5根格构柱直径均为1m，格构柱结构为钢筋混凝土结构，灌注桩内钢筋为8根Φ20主筋，桩顶标高为-12.212m，桩尖标高为-27.212m，桩长15m；钢筋笼长度为12m，笼顶标高同桩顶标高，笼底标高为-24.212m；格构柱立柱为Φ400钢管，钢管底标高为-14.212m，钢管壁厚为6mm。

拔桩施工主要在⑤1粉质粘土⑥1粉质粘土、⑦2粉土、 ⑦ 4粉砂。其中 最大的风险就是桩底部的粉砂层。

由于地道限高为5米，实际净高6米，而且位于地下10米位置，拔桩设备难以进入地道进行作业，故格构柱钻孔桩的处理方案冻结破除法，即将格构柱钻孔桩周围的土体用人工冻结技术进行加固，然后从地道内人工将桩凿除。

二、施工方案

确定需处理的格构柱桩位后，在桩周围布置冻结管。每根钻孔柱周围布置三圈竖直冻结管。冻结圈直径：冻结体顶部三个冻结圈直径分别为1.2m、2.6m和4.2m；形成的冻结范围为分别以钻孔柱中心为圆心，顶部直径为4.2m；冻结深度为自地道底板底面（钻孔桩顶面）至隧道底部外皮下约3m范围。

1、冻结孔的布置原则

（1）各控制层位冻结壁厚度均满足设计要求。

（2）各控制层位冻结壁平均温度均满足设计要求。

（3）开挖后，上部冻结壁接近井帮，满足破桩连续快速、安全施工。

2、冻结孔布置圈径

φ1.2m/φ2.6m/φ4.2m；

3、每个桩冻结孔布置数量及开孔间距

冻结孔数量N =29个，开孔间距0.8m/1m；冻结孔管材：选用Φ108*8mm低碳钢无缝钢管；测温孔选Φ108×8m低碳无缝钢管。冻结管材及管箍质量必须符合GB8163—1999的标准要求。

冻结孔表土段偏斜率θ≤2.0‰，最大孔间距为1.036m，故冻结壁最大交圈半径分别为R =0.5m。冻土平均扩展速度：砂层取V=20.0mm/d。

预计冻结壁交圈时间为25天，达到试挖条件冻结时间为15天。冻结壁达到设计厚度积极冻结时间分别为40天。

冻结孔测温孔及泄压孔布置平面图

三、冻结施工

1、主要技术指标

(1) 冻结加固区有效厚度达到1m，平均温度达到-10℃。

(2) 设计最低盐水温度为-28～-30℃，并要求冻结7天达到-18℃，15天达到-24℃。

(3) 冻结孔采用φ108×8mm20号低碳无缝钢管，单孔盐水流量为5～8m3/h。

2、冻结需冷量

冻结管的散热系数取250kcal/m2•h，冷量损失系数取1.15，采用Q=πdHKmc，得冻结需冷量为：39.1万kcal/h。

冷冻机组选用YSKF2-20型3台，运行2台，备用1台，单机标准工况制冷量为47.1万大卡/小时。

4、效果监测和主要参数

（1）在设计的积极冻结期间内，盐水去路温度应稳定的保持在-28℃以下，积极冻结期运转时间应保证超过40天；

（2）设计要求各冻结孔组的回路温差不超过1.2℃，盐水循环系统去回路温差不超过2℃；

（3）盐水系统循环总流量在积极冻结期间达到设计值；

（4）冻结壁厚度达到设计要求，冻结壁有效冻土平均温度要达到－10℃及以下；

（5）防险门安装完毕，开关灵活可靠。

5、凿桩施工

破除地道底板结构混凝土500mm后，安装安全防护门，首先沿安全防护门框四周每隔500mm植一根直径25的钢筋，一端锚入混凝土结构层200mm深；另一段与安全防护门框焊牢，门框四周用双快水泥封牢。安全防护门框安装要平整、牢固，门扇开启灵活。发生险情时由当班专人命令将井下人员撤出后，由班长负责关闭安全防护门，然后进行注浆堵漏，开挖直径以桩中心向外直径为1.2m。破除过程中所遇主筋需全部割除。

安全井井座平面图

安全井井盖平面图井盖和井座剖面图

挖除桩体施工

四、结束语

本工程最大的难点在于钻孔施工过程中，没有预料到底层含水量太大，在打穿结构底板时承压水涌出，通常使用的压紧装置起不到效果，承压水喷出高度达到6米，压紧装置加长之后才成功的进行钻孔施工，在含水量如此大的地层，使用其他的拔桩方式很难处理涌出的水和砂。

改进后的压紧装置照片

采用冻结法拔桩施工，冻结施工的有点就是在地下施工空间不足地层含水量较大的条件下提供一个新的清除障碍物的可行方案。冷冻设计基本参照煤矿矿井施工冻结设计。从效果来看是成功的，完全达到预期效果。

参考文献：

[1]袁聚云.土工试验与原理[M].上海:同济大学出版社,2003.

[2]李昆,王长生,陈湘生.三轴试验中深部冻土固结问题[J].冰川冻土,1993,15(2):322-324.

作者简介：徐旭（1986—），男，安徽萧县人，中煤第五建设公司，助理工程师