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(shí)都會(huì)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(diǎn)對(duì)比如表1所示。

表1 各種截樁頭方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)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(jì)劃采用1臺(tái)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(chǎng)地限制及施工材料運(yùn)輸問(wèn)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(kāi)。

從表1中對(duì)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(diǎn)。

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(cè)管外端表面并固定，將樁頭部位的混凝土與主筋、聲測(cè)管有效隔離，隔斷混凝土與鋼筋、聲測(cè)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?cái)鄻额^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(guò)選取不同規(guī)格、不同類型的鋼筋隔離材料進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)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(yàn)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(hào)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(jì)強(qiáng)度后，采用錨桿綜合參數(shù)測(cè)定儀進(jìn)行鋼筋拉拔檢測(cè)并記錄拉拔力數(shù)據(jù)。

3）通過(guò)試驗(yàn)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(jià)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(guò)有限元建模分析，模擬分析液壓劈裂槍截?cái)鄻额^的過(guò)程，確定不同樁徑樁頭截?cái)嗨璧囊簤号褬寯?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(shí)體單元開(kāi)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?？锥瓷?5 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(duì)樁徑100 cm的模型進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，對(duì)比三孔加載的發(fā)展過(guò)程。計(jì)算結(jié)果為：經(jīng)過(guò)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(zhǎng)度表示50 mm）。橫向裂開(kāi)寬度100～200 mm，沿孔開(kāi)裂深度300～400 mm。

圖3 D-1000-3-42超過(guò)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(kāi)裂情況如圖4所示。

圖4 D-1000-3-150超過(guò)抗拉強(qiáng)度的范圍

可見(jiàn)，此時(shí)模型的橫斷面內(nèi)，有超過(guò)80%的混凝土已經(jīng)破壞，估計(jì)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(guò)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(guò)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(hào)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(zhǎng)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(tái)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(guò)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(jì)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(duì)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(huì)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(gè)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(diǎn)

1）主筋套管（PVC管）的加工長(zhǎng)度＝樁頭主筋長(zhǎng)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(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算鋼筋籠吊筋長(zhǎng)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?cái)嗪图庸ぃ琍VC管無(wú)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(huì)進(jìn)漿。

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

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

8）灌樁過(guò)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(shí)，孔洞控制在一個(gè)水平面上，確保樁頭截面平整，液壓劈裂槍作業(yè)時(shí)，確保3把液壓劈裂槍同時(shí)工作，防止截?cái)嗝娌黄秸?/p>

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(shí)，可將樁頭截?cái)酁槎喙?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(shì)：

1）職業(yè)健康危害小。采用該工藝施工基本無(wú)粉塵，噪聲小，不會(huì)對(duì)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(xiǎn)。

2）施工工效高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，2名工人在1 h左右就可以完成1個(gè)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?cái)嗝嫫秸?，不需要二次修整，且樁頭鋼筋保護(hù)良好，不會(huì)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(shí)因?yàn)楣ばЦ?、施工時(shí)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(shí)，該工藝施工時(shí)不產(chǎn)生粉塵、無(wú)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(yǔ)

免剝離免環(huán)切截樁頭施工工藝避開(kāi)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(chǎng)上常見(jiàn)的PVC 管、液壓劈裂機(jī)等材料機(jī)具，能夠簡(jiǎn)單快速地完成截樁頭施工。

該工藝在應(yīng)用上兼具操作簡(jiǎn)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(diǎn)，符合綠色施工發(fā)展的需求，極具推廣應(yīng)用前景[3-6]。