城市核心區域鉆孔灌注樁樁頭套管整體靜態破除研究

周志強，李 智，黃 仁，朱訓超，鄒廣庚

（中建五局土木工程有限公司，湖南 長沙 410004）

0 引言

在建筑工程、橋梁工程、城市軌道交通等工程項目建設中，鉆孔灌注樁技術應用廣泛，鉆孔灌注樁成孔護壁通常采用泥漿護壁，樁頭破除采用傳統的人工破除方法、小型機械破除法、環刀法、環鑿法等，施工過程中易產生環境污染，破除時產生的粉塵對作業人員健康影響較大，樁頭鋼筋易彎曲甚至折斷，質量得不到保證，聲測管、監測管等不易保護且容易造成堵塞。

為解決樁頭破除時粉塵對作業工人健康的影響及樁頭鋼筋易彎曲折斷等情況，在柳州市城市公共交通配套工程一期土建施工03標、南寧地鐵4號線和玉溪市玉江大道提升改造工程等項目中進行技術改進、工藝創新和現場實施，并完成施工技術總結和工法提煉工作，總結形成“城市核心區域鉆孔灌注樁樁頭套管整體靜態破除施工工法”，以達到減少破樁頭時粉塵對作業工人健康的危害，以及樁頭鋼筋易彎曲折斷等情況的目的。

1 工藝原理

1.1 靜力爆破工藝原理

人工造孔后，在靜力爆破劑的作用下使巖石脹裂、產生裂縫，再用鎬頭機解小、破除達到開挖目的。因此，靜爆產品直接影響爆破開挖效果。

無聲破碎劑是通過與水反應形成固相體積增大的結晶，結晶生長力對孔壁施加壓縮應力，當與壓縮應力成垂直方向的張拉應力超過脆性物體極限強度時，物體發生龜裂，隨著無聲破碎劑的膨脹壓力不斷增長，被破碎物體的裂縫不斷擴大，直到破碎。常規施工方法是將無聲破碎劑用水拌成漿體，填充在巖石鉆孔中，在常溫下可產生30MPa以上的膨脹壓力，經6～24h將混凝土構筑物或巖石破碎。因無聲破碎劑在施工時無震動、噪聲和有毒氣體，不屬于危險品，所以便于運輸、保管、使用，安全方便。

1.2 靜力爆破劑的破碎機理

1）靜力爆破劑進行破碎的機理與炸藥破碎機理不同，其主要依靠破碎劑在被破碎體內發生緩慢的化學反應和物理變化使晶粒變形、溫度升高、體積膨脹，逐漸增大對孔壁的靜膨脹壓力作用，使介質產生龜裂而解體，靜力膨脹破碎法也稱靜力迫裂和靜力破碎技術。

2）巖石或混凝土等脆性介質的抗拉強度遠小于其抗壓強度，巖石的抗拉強度為5～10MPa，混凝土的抗拉強度為20～60MPa。通常無聲破碎劑的膨脹壓力可達30～50MPa，當炮孔中的靜力爆破劑發揮作用時，炮孔周圍介質產生周向拉應力，當拉應力值超過介質抗拉強度時，炮孔之間便產生裂隙，隨著膨脹壓力的增加，裂隙逐步擴展成裂縫，繼而導致介質破壞。

3）靜力爆破劑是以特殊硅酸鹽、氧化鈣為主要原料，配合其他有機、無機添加劑而制成的粉狀物質。當氧化鈣變成氫氧化鈣時，其晶體由立方晶體轉變為復三方偏三角面體，這種晶體的轉化會引起晶體體積膨脹。根據測定，在自由膨脹前提下，反應后的體積可增長3～4倍，其表面積也增大近100倍，同時釋放出6.5×104J/mol的熱量。如果將其注入炮孔內，這種膨脹受到孔壁約束，壓力可上升到50MPa，在這種壓力作用下介質會產生徑向壓縮應力和切向拉伸應力。

2 施工特點

1）利用水平預埋PVC管解決樁頭破除過程需人工配合打孔及機械設備投入多的問題。

2）本工法施工過程中不需要危險性較大的機械設備，大大減少了機械對作業工人的傷害。

3）提供一種綠色環保高效的樁頭破除方法，以解決鉆孔灌注樁樁頭破除過程中對空氣污染、人員健康影響、樁頭鋼筋質量影響大及樁頭破除效率低的技術問題。

4）本工法無噪聲與揚塵污染。

5）本工法不需要使用切割機械、打孔機械及液壓劈裂機等設備，成本低。

3 施工工藝流程

套管整體靜態破除施工工藝流程如圖1所示。

4 施工操作要點

4.1 鋼筋籠加工

鋼筋籠加工需滿足設計要求，間隔2m設置1道加強筋，與主筋焊接牢固組成骨架。在鋼筋籠四周主筋上每隔2m設置1個φ14mm耳環用作定位墊塊，使保護層保持70mm厚，鋼筋籠外形尺寸要嚴格控制，按圖施工。樁身主筋接頭宜采用機械連接，螺旋箍筋與主筋采用點焊；在35d區段范圍內鋼筋接頭百分率不應大于50%。

圖1 套管整體靜態破除法流程

4.2 鋼筋籠樁頭鋼筋套入PVC管

鉆孔灌注樁鋼筋籠加工完成后，將事先加工好的直徑50mmPVC塑料管直接套入鋼筋籠外露的主筋、聲測管和監測管上，并通過膠布將其位置固定，保證PVC管不發生串動（見圖2），PVC塑料管使樁頭混凝土與主筋、聲測管和監測管不發生握裹，在樁頭破除時保護主筋、聲測管和監測管不被破壞。

圖2 預埋PVC套管

4.3 預埋破碎裝置（水平及豎向PVC管）

鉆孔灌注樁樁頭破碎裝置用于通過水平膨脹力將樁頭混凝土與樁身混凝土分離的破碎裝置，破碎裝置包括水平及豎向PVC管，如圖3所示。

1）水平PVC管布設在樁頭混凝土與樁身混凝土交界位置，通過產生水平膨脹力迫使樁頭混凝土與樁身混凝土分離。

2）豎向PVC管伸出至樁頭混凝土外并連通至水平破碎組件內腔，作為向水平破碎組件內腔注入破碎劑的連通管路。

3）預埋破碎裝置（水平和豎向PVC管） 在樁頂標高往上10cm位置預先埋設水平破碎組件即連通的多邊形φ50mmPVC管，且沿主筋方向引出2條連通管路（PVC管）至地面以上20cm；水平破碎組件（水平PVC管）通過鋼筋進行加固，連通管路（豎向PVC管）與主筋固定在一起，伸出樁頭的PVC管采用封口蓋及膠布進行密封，防止泥漿及混凝土進入PVC管內（見圖4）。

圖3 破碎裝置預埋

4.4 鋼筋籠吊裝及混凝土灌注

1）鋼筋籠驗收合格之后進行吊裝 起吊前做好各項準備工作，指揮25t履帶式起重機轉移到起吊位置，在鋼筋籠上安裝鋼絲繩和卡環，掛上25t履帶式起重機主吊鉤及副吊鉤。指揮吊機吊籠入孔、定位，吊機旋轉應平穩，在鋼筋籠上拉牽引繩。下放時若遇到鋼筋籠卡孔情況，要吊出檢查孔位情況后再吊放，不得強行入孔。

圖4 水平及豎向PVC管安裝

2）監理驗收合格后進行混凝土灌注工作 灌注采用導管法，導管下放至距孔底30cm處，導管直徑25cm，導管接頭連接處須加密封圈并上緊絲扣。灌注混凝土接近頂標高時，應嚴格控制最后一次灌注量，混凝土灌注高度應保證混凝土浮漿清除后符合設計樁頂標高，一般是實際樁頂標高比設計標高高出0.5～1.0m。

4.5 樁頭開挖及注入破碎劑

樁基施工完成達到設計強度后，采用挖掘機挖除樁基四周泥土，露出樁頭，然后按靜態破碎劑產品說明書要求比例，將破碎劑加水拌成流質狀后，通過連通管路（豎向PVC管）注入破碎劑，直到破碎劑從觀察管路溢出為止。

4.6 樁頭破除及吊離

1）等待破碎劑靜置反應 破碎劑注入完成后，待破碎劑充分反應后，通過破碎劑反應后產生的膨脹應力沿預埋在樁頂標高位置的PVC管作用，將樁頭混凝土與樁身混凝土分離，達到樁頭快速破除的效果。

2）樁頭混凝土吊離 樁頭混凝土與樁身混凝土分離后，采用汽車式起重機將樁頭混凝土塊整體吊離，完成樁頭破除，進行下一道工序施工。

5 施工注意事項

1）根據鉆孔灌注樁樁頭破除原理，為避免鋼筋籠樁頭鋼筋與混凝土黏結在一起，降低后期樁頭破除難度，同時保證鋼筋在破除過程中不被損壞，鋼筋籠制作成型后對樁頭部分鋼筋套入PVC套管，并對兩端進行密封，防止混凝土灌注過程中混凝土進行PVC套管內。

2）根據靜態爆破原理，提前在樁頂標高往上10cm處預埋水平矩形PVC套管，且通過2根豎向PVC套管連接引出樁頭，為成樁后樁頭破除提供破碎劑注入通道。

3）鋼筋籠樁頭部位的鋼筋通過上述步驟處理后，將鋼筋籠吊入孔中，灌注混凝土，待混凝土強度達到設計要求后，開挖樁邊土方露出樁頭及豎向PVC管，將調配好的靜態破碎劑從PVC管一端注入，直到另一端冒漿后停止，并對端頭進行封閉。

4）PVC套管內注入靜態破碎劑后，放置24h待破碎劑充分反應，通過破碎劑的膨脹作用將樁頭混凝土與樁身混凝土分離。

5）樁頭混凝土與樁身混凝土分離后采用汽車式起重機將樁頭混凝土塊吊出完成樁頭工作，進入下一道施工工序。

6 結語

隨著綠色施工及安全文明施工愈發引起人們的重視，城市施工中揚塵和噪聲治理愈發重要，本文所介紹的一種“城市核心區域鉆孔灌注樁樁頭套管整體靜態破除工法”，在傳統風鎬破除的基礎上進行改良，很好地規避了這些風險。