鉆孔灌注樁免剝離免環(huán)切截樁頭新工藝

劉克亮

中鐵市政環(huán)境建設(shè)有限公司 上海 200331

1 傳統(tǒng)混凝土樁頭破除方法

混凝土灌注樁在工程上被大量應(yīng)用。為了保證樁頭質(zhì)量，灌注樁施工時都會超灌，待樁頭挖出后再將超灌樁頭截除。目前，應(yīng)用較廣的破除樁頭方法有人工破除、機(jī)械破除、化學(xué)藥劑破除等[1-2]，其優(yōu)缺點對比如表1所示。

表1 各種截樁頭方法的優(yōu)缺點對比

2 研究背景

本工程拆除內(nèi)容為建筑裝飾層拆除、砌塊隔墻拆除、機(jī)電管線及設(shè)備拆除、大量結(jié)構(gòu)改造拆除等，含合同內(nèi)拆除內(nèi)容及大量后期改造的額外拆除內(nèi)容，拆除體量巨大。

原計劃采用1臺SC200/200施工升降機(jī)用于建筑垃圾的垂直運(yùn)輸，但由于施工場地限制及施工材料運(yùn)輸問題，施工升降機(jī)完全不能承擔(dān)建筑垃圾的樓層清運(yùn)，造成樓層內(nèi)垃圾大量堆積，后續(xù)施工難以展開。

從表1中對比可以看出，目前常用的破除方法存在施工效率低、破除后樁頭質(zhì)量差、施工成本高、職業(yè)健康危害大等缺點。

3 免剝離免環(huán)切截樁頭新工藝的原理

免剝離免環(huán)切截樁頭施工工藝的原理為：將事先加工好的套管直接套入鋼筋籠端部的主筋和聲測管外端表面并固定，將樁頭部位的混凝土與主筋、聲測管有效隔離，隔斷混凝土與鋼筋、聲測管間的握裹力及摩擦力；將復(fù)合脫松套箍在樁頂處主筋外圍，形成裂縫誘發(fā)槽；采用水鉆在復(fù)合脫松套形成的裂縫誘發(fā)槽內(nèi)鉆孔，用液壓劈裂槍插入孔洞內(nèi)截斷樁頭混凝土；最后利用起吊設(shè)備將樁頭吊出。工藝原理如圖1所示。

4 鋼筋隔離材料的選擇

為降低免剝離免環(huán)切截樁頭施工工藝的施工成本，通過選取不同規(guī)格、不同類型的鋼筋隔離材料進(jìn)行試驗對比分析，確定經(jīng)濟(jì)合理的隔離材料。

圖1 免剝離免環(huán)切截樁頭工藝原理

試驗選取了PVC（聚氯乙烯）管材、PE（聚乙烯）管材、PPR（三型聚丙烯）管材、聚氨酯保溫管、海綿等不同規(guī)格、不同型號的材料進(jìn)行分析。

1）將隔離材料分別包裹在φ25 mm鋼筋外側(cè)，每種材料包裹2根鋼筋，將包裹上套管及其他材料的鋼筋放入φ315 mm×4.5 mm的 PVC-U（硬聚氯乙烯）排水管內(nèi)，并在管內(nèi)灌注C30混凝土，完成單筋拉拔試件（圖2）。

圖2 拉拔試件

2）待試件混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，采用錨桿綜合參數(shù)測定儀進(jìn)行鋼筋拉拔檢測并記錄拉拔力數(shù)據(jù)。

3）通過試驗結(jié)果分析，所有硬質(zhì)管道均可作為鋼筋的隔離套管使用，結(jié)合材料價格，本著經(jīng)濟(jì)合理的原則，選用PVC管作為鋼筋外包套管最佳。

5 工藝原理的理論研究

通過有限元建模分析，模擬分析液壓劈裂槍截斷樁頭的過程，確定不同樁徑樁頭截斷所需的液壓劈裂槍數(shù)量及孔洞布置參數(shù)。

5.1 參數(shù)設(shè)置

采用MIDAS FEA軟件的三維實體單元開展線彈性靜力分析。混凝土材料取C30，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為2.01 MPa。孔洞深25 cm，孔直徑50 mm。邊界條件設(shè)置為樁底面固支，約束三向線位移和三向角位移。假定槍頭張力滿載最大為6 000 kN，以壓力形式均勻作用在孔四周表面上，作用力為26.4 MPa。

5.2 分析結(jié)論

對樁徑100 cm的模型進(jìn)行詳細(xì)計算，對比三孔加載的發(fā)展過程。計算結(jié)果為：經(jīng)過一次加載后，孔洞周圍發(fā)生破碎，破碎呈圍繞孔洞的環(huán)狀帶，如圖3所示（圖中方格網(wǎng)是為了方便度量破碎范圍，一小格的長度表示50 mm）。橫向裂開寬度100～200 mm，沿孔開裂深度300～400 mm。

圖3 D-1000-3-42超過抗拉強(qiáng)度的范圍

根據(jù)以上模型，孔洞周圍失效混凝土的直徑按150 mm 估算加載后的開裂情況如圖4所示。

圖4 D-1000-3-150超過抗拉強(qiáng)度的范圍

可見，此時模型的橫斷面內(nèi)，有超過80%的混凝土已經(jīng)破壞，估計三孔加載下，可以使得樁在孔洞所在橫截面發(fā)生斷裂。通過建模分析，采用直徑50 mm劈裂槍頭，在孔深250 mm的條件下，可通過3把劈裂槍頭進(jìn)行樁頭破除作業(yè)。

6 施工應(yīng)用

6.1 工程概況

免剝離免環(huán)切截樁頭施工工藝已成功應(yīng)用于武漢市軌道交通5號線第一標(biāo)段工程中。該工程位于武漢市洪山區(qū)，包含4站5區(qū)間，線路總長7.7 km，全部為高架車站及高架區(qū)間。區(qū)間為現(xiàn)澆箱梁，橋梁承臺基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁。其中DN1 000 mm鉆孔樁444根、DN1 200 mm鉆孔樁938根、DN1 500 mm鉆孔樁72根、DN2 200 mm鉆孔樁16根、附屬工程基礎(chǔ)鉆孔樁476根。

6.2 操作過程

1）鋼筋籠加工完畢后，將加工好的PVC管直接套入鋼筋籠位于樁頂以上部分的主筋上，套管底部使用扎絲穿入PVC管上的小孔綁扎在鋼筋上，將套管固定。在設(shè)計樁頂位置處的主筋外側(cè)，纏繞一圈φ50 mm軟橡膠管，橡膠管底部與樁頂位置平齊，橡膠管內(nèi)穿12#鐵絲，在對接接頭處系緊捆牢，接頭處用膠帶裹緊密封，形成復(fù)合脫松套。每隔50 cm使用20#鐵絲將套管與主筋捆扎一道，確保套管不會上浮或者被擠偏（圖5）。

圖5 鋼筋籠安裝套管和復(fù)合脫松套

2）在樁頭被挖出后，將復(fù)合脫松套外表面混凝土鑿 除，剪斷接頭處鐵絲，拽出復(fù)合脫松套，使樁身形成一條環(huán)狀凹槽，此為裂縫誘發(fā)槽。

3）采用手持式水鉆配直徑50 mm鉆頭在凹槽內(nèi)鉆出3個25 cm深度孔洞，孔洞間夾角控制在90°～120°之間。

4）采用3把液壓劈裂槍插入孔洞后，同步運(yùn)行將樁頭劈裂，并將樁頭吊出。

6.3 操作要點

1）主筋套管（PVC管）的加工長度＝樁頭主筋長度＋3 cm。

2）夾布橡膠管纏繞在主筋外圍，捆綁位置控制范圍為樁頭標(biāo)高以上10 cm內(nèi)。

3）根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)計算鋼筋籠吊筋長度，嚴(yán)格控制鋼筋籠頂面標(biāo)高。

4）灌注混凝土?xí)r采用有效措施控制鋼筋籠不上浮。

5）PVC套管及復(fù)合脫松套橡膠管需要提前截斷和加工，PVC管無破損或扭曲。套管安裝后必須與主筋固定牢固。兩端嚴(yán)密封堵，確保不會進(jìn)漿。

6）復(fù)合脫松套安裝時與主筋捆綁牢固，在接頭處嚴(yán)密封堵，確保管內(nèi)不會進(jìn)漿。

7）鋼筋籠安裝完套管及復(fù)合脫松套后，移動轉(zhuǎn)運(yùn)時，做好套管等的保護(hù)工作，防止損壞套管。

8）灌樁過程中，防止導(dǎo)管碰撞樁頭鋼筋籠，不得破壞鋼筋套管及脫松套。

9）復(fù)合脫松套拆除后，找到鋼筋籠主筋位置后再使用水鉆鉆孔，防止水鉆鉆到鋼筋。

10）水鉆鉆孔時，孔洞控制在一個水平面上，確保樁頭截面平整，液壓劈裂槍作業(yè)時，確保3把液壓劈裂槍同時工作，防止截斷面不平整。

11）起重設(shè)備的起重能力要與所吊樁頭質(zhì)量匹配，當(dāng)起重設(shè)備起重能力較小時，可將樁頭截斷為多節(jié)或者破裂成小塊后分別吊裝。

7 應(yīng)用效果分析

免剝離免環(huán)切截樁頭施工工藝具有比較明顯的技術(shù)優(yōu)勢：

1）職業(yè)健康危害小。采用該工藝施工基本無粉塵，噪聲小，不會對操作人員的身體產(chǎn)生危害，有效地降低了職業(yè)健康安全風(fēng)險。

2）施工工效高。根據(jù)現(xiàn)場實測，2名工人在1 h左右就可以完成1個樁頭的截除施工。1 d可以完成6～8根樁基的截樁頭工作。該工藝的工效是傳統(tǒng)環(huán)切＋剝離施工工藝的6～8倍。

3）樁頭質(zhì)量高。應(yīng)用該工藝截樁頭，樁身截斷面平整，不需要二次修整，且樁頭鋼筋保護(hù)良好，不會被彎曲或者污染。

4）節(jié)能環(huán)保成效突出。該工藝在截樁頭施工中主要用到的機(jī)具均為小型機(jī)具，同時因為工效高、施工時間短，較傳統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)、風(fēng)鎬破除施工節(jié)能效果突出。同時，該工藝施工時不產(chǎn)生粉塵、無強(qiáng)噪聲，不產(chǎn)生大量碎裂混凝土塊等建筑垃圾，環(huán)保效益突出。

8 結(jié)語

免剝離免環(huán)切截樁頭施工工藝避開了以往截樁頭施工中使用機(jī)械鑿除大量混凝土的方法，應(yīng)用市場上常見的PVC 管、液壓劈裂機(jī)等材料機(jī)具，能夠簡單快速地完成截樁頭施工。

該工藝在應(yīng)用上兼具操作簡單、便于推行、職業(yè)健康安全危害小、截樁頭質(zhì)量高、施工工效高、經(jīng)濟(jì)性好、節(jié)能環(huán)保成效突出等特點，符合綠色施工發(fā)展的需求，極具推廣應(yīng)用前景[3-6]。