《低碳多功能超深障碍桩高效清除成套设备及工艺》

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该项目属其他技术领域的地下工程综合技术。近年来,随着城市建设的快速发展,市政桥梁、轨道交通、越江隧道和旧城改造等建设工程存在大量地下障碍桩清理的问题,2006年以来中国年均拔桩超过2.5万根。浅部障碍桩可通过常规开挖、凿除等完全清除,但深层障碍桩则面临彻底清除、能耗效率、环境保护等因素,对施工设备和工艺提出了巨大的挑战。该项目系统研究了超深障碍桩高效清除关键技术,首次提出了“桩土分离、整桩拔除”的处置原则,研制了成套的施工装备,形成了系列高效、绿色的施工工艺和设计评估方法。主要创新点如下:针对现有障碍桩清除设备清障彻底性差、环境影响大、适用深度小、能耗高、效率低的问题,研制了桩底智能搜索装置、高压气雾快速喷射器、自适应切削钻进大直径钢套筒、履带吊动臂与外挂设备连接装置等系列装备,采用电力驱动替代柴油的低碳化作业,形成了一套具有自主知识产权的超深障碍桩高效清除设备,突破了传统设备及工艺的局限,为超60m深障碍桩拔除提供了设备保障。针对深度30m以上障碍桩清除难题,结合自主研制的施工新装备,系统研发了双重套管组合下沉、内部高压气雾减阻、全程实时智能监控等技术,形成了超深障碍桩整体拔除的成套施工工法体系,克服了传统工艺清障深度有限、环境影响大、施工周期长的不足,率先在建筑工程中实现了直径1200mm、深度65m钻孔灌注桩的整体拔除,施工期间周边土体变形从厘米级降为毫米级,相对传统工艺提高功效3倍以上。针对大直径越江盾构隧道穿越大倾角斜桩群的工程难题,研制了拔桩导杆调垂装置、球形万向轮组合装置等系列设备,扩充了施工装备的功能与适用范围,形成了复杂地质敏感环境下深层斜桩清障的施工新方法,填补了行业空白,实现了最大倾角30度、38m桩长的桩基的完整拔除。建立了基于CEL(耦合的欧拉-拉格朗日有限元)的拔桩施工分析模型,结合工程应用和现场试验,揭示了新型清障设备和工艺施工过程的环境影响机理,提出了周边土体受力变形的简化预测方法,形成了一种既有桩基综合处理利用的评估与设计体系。该项目研究成果申请专利15项(发明专利9项),授权8项(发明专利2项),发表论文7篇,形成工法1项、编制企业标准1部。经科技查新表明:研究成果总体达到国际先进水平。相应技术已成功应用于上海、天津、武汉、宁波、杭州、福州等地的数十项重大工程,包括上海市外滩通道改建工程(桩深65m、直径1200mm障碍桩的整桩拔除)、上海市龙耀路越江隧道拔桩工程(倾角30度、桩长38m障碍桩的整桩拔除)。十年来新增产值78578万元(近3年应用该技术成果共计新增产值32384万元,新增利润6547万元,新增税收1098万元)。

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