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技术文章 |
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| 2016-3-21 点击次数：[939] |
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1· 工程概况
京沪高速铁路三标荆河特大桥位于山东省滕州市境内，桥梁全长11. 445km，孔跨布置20m × 24m双线简支箱梁、328m × 32m 双线简支箱梁、2-( 32 +48 + 32) m 双线连续箱梁。全桥墩台基础设计全部为钻孔灌注桩基础，桩径1. 0m 的1 422 根，桩总长44 272. 77m; 桩径1. 25m 的1 538 根，桩总长83 527. 39m; 桩径1. 50m 的108 根，桩总长14 325. 16m。
2 ·钻孔灌注桩特点
钻孔灌注桩可以穿越各种复杂地质结构的地层，不但可作为常规条件下的土木工程基础，还可作为特殊困难条件下的土木工程基础。钻孔灌注桩单桩由于具有承载力大、质量可靠、施工设备简单、施工工艺成熟、安全性好等特点，已被广泛应用于各类土木工程。钻孔灌注桩在水下混凝土灌注过程中，桩顶是较厚的浮浆和泥浆沉淀物。钻孔桩水下混凝土灌注，必须超灌到设计桩长以外的一定高度。利用水下混凝土灌注把桩顶的浮浆和泥浆沉淀物顶升到设计桩长以外的一定高度。在后续施工时清除超灌的混凝土、浮浆和泥浆沉淀物，确保清除后的桩顶混凝土强度符合设计要求。
3 ·钻孔灌注桩常规桩头处理方法
人工风镐破除桩头是利用小型空气压缩机配置风镐，将桩上部多余的混凝土全部破除。或将桩头钢筋笼外围的混凝土破除，将桩体内部的钢筋与桩体混凝土剥离，然后在桩体周围垂直钻孔打入钢楔子进行膨胀劈裂分离。
液压破碎锤破除桩头是在挖掘机上配置液压破碎锤，将钻孔桩桩头上部多余的混凝土全部破除。
静态破裂剂破除桩头是利用破裂剂水化反应产生巨大的膨胀力将桩头混凝土破碎。混凝土液压劈裂机破除桩头是在被分裂的桩头周围垂直钻一定数量特定直径和深度的孔，将劈裂机的劈裂枪插入孔中，将被分裂的桩头混凝土在几秒钟之内裂开，从而达到桩头混凝土的破碎。
4· 桩头破除的难度
桩头处理是破碎破除超灌的混凝土而保留钢筋，然而桩头破除处理是一个施工难题。一直以来采用人工风镐破除或挖掘机液压破碎锤等方法处理，耗费了大量的人力物力、施工速度慢，而且对桩体有一定的损伤、存在质量隐患。
要将超灌部分的钢筋混凝土全部破碎清除，或者将桩体周围的混凝土破除外露钢筋，将钢筋与混凝土剥离，然后将桩体混凝土周围垂直钻孔打入钢楔子进行膨胀劈裂分离。人工用风镐破除混凝土劳动强度大，施工速度慢、效率低，挖掘机液压破碎锤破除桩头效率虽然高，但液压破碎锤在破除桩头时，产生振动荷载对桩体的扰动大，施工过程中噪声大、粉尘大。施工作业往往会将钢筋扳倒，导致钢筋扭曲损伤。静态破裂剂、液压膨胀劈裂破除桩头钻孔工作量大、费工费时、施工进度慢。在施工技术规范中对不同类型的灌注桩混凝土的超灌高度作了具体规定。
实际施工中由于种种原因，经常出现灌注桩的混凝土超灌高度比规范规定的高度还要高的情况。特别是大直径的钻孔桩的桩头破除处理，以及水下混凝土灌注测锤探测难以准确判断混凝土面，或由于测锤进入水下混凝土发生误测，造成桩头高度严重超灌的桩头破除。尤其是高铁、客专桥梁钻孔灌注桩，一般采用高性能水下混凝土，桩头破碎破除难度更大。
5· 钢筋隔离技术
钢筋隔离是在钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构中，混凝土浇筑或灌注前，采用特定材料预先安装在钢筋和预应力钢筋特定部位，使钢筋或预应力钢筋与混凝土隔离，通过钢筋隔离层避免混凝土直接与钢筋和预应力钢筋握裹，使钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力钢筋失效，从而达到钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构特殊的设计目的。
钢筋隔离技术应用在钻孔灌注桩桩头处理，是在桩头竖向钢筋、钢筋笼的吊筋和声测管上预先安装橡塑发泡管、硬质塑料管，将桩头竖向钢筋、钢筋笼的吊筋和声测管与混凝土进行隔离，极大地降低了钢筋混凝土结构的抗拉强度。利用混凝土抗压强度高、抗拉强度低的特性，在后续工序施工时对经过钢筋隔离的桩头钢筋混凝土进行处理。
6· 钢筋隔离技术处理桩头
在钻孔桩水下混凝土灌注前，将桩头竖向钢筋、钢筋笼吊筋和声测管与混凝土进行隔离( 见图1) ，避免了混凝土直接与钢筋笼主筋握裹。桩头破除处理无须将超灌的混凝土全部破碎清除，或者将桩体周围的混凝土破除进行钢筋与混凝土的剥离。利用混凝土抗压强度高、抗拉强度低的特性，以及楔块膨胀劈裂原理将桩头进行整体分离，从而达到桩头破除处理的目的。
7· 桩头钢筋隔离材料
桩头竖向钢筋、钢筋笼吊筋和声测管的隔离材料经过反复试用比选，采用橡塑发泡管和硬质聚氯乙烯管。橡塑发泡管主要特点是密闭式发泡结构，具有很高的弹性和良好的绕性及韧性，施工安装简易方便、富柔软性、按不同形状包绕黏合。硬质聚氯乙烯管具有较高的抗冲击和抗挤压性能。弹性较好的橡塑发泡管保证了隔离系统密封严密性。在橡塑发泡管上安装硬质聚氯乙烯管是为了防止混凝土在凝固收缩过程中，橡塑发泡管受到混凝土凝固收缩挤压变形，造成橡塑发泡管与钢筋“握紧抱死”失效。橡塑发泡管、硬质聚氯乙烯管材料价格低廉、施工成本低。
8· 桩头钢筋隔离前提条件
桩头钢筋笼竖向钢筋呈垂直状态、不设弯钩。钢筋笼的箍筋、螺旋箍筋位置不能超过截除桩头区域，待后续工序完成后再根据设计要求设置钢筋笼顶部的喇叭口、弯钩、箍筋及螺旋箍筋。桩头钢筋笼竖向钢筋的隔离是在钻孔桩水下混凝土灌注前进行的。
9 ·桩头钢筋隔离
钢筋笼加工制作时，在桩头竖向钢筋上逐根安装橡塑发泡管和硬质聚氯乙烯管。在桩头竖向钢筋、声测管安装直径相匹配的橡塑发泡管，然后再在橡塑发泡管上安装直径相匹配的硬质聚氯乙烯管，橡塑发泡管和硬质聚氯乙烯管长度与桩头竖向钢筋长度相同。并将安装的橡塑发泡管和硬质聚氯乙烯管固定牢固，防止橡塑发泡管和硬质聚氯乙烯管松动滑脱而失效。并将橡塑发泡管和硬质聚氯乙烯管两端头的缝隙进行密封处理。防止水泥浆进入橡塑发泡管和硬质聚氯乙烯管两端头的缝隙中。
10 ·超声波检测管的隔离
钻孔灌注桩成孔后，在钢筋笼吊装入孔时，要对超声波检测管进行隔离处理。在超声波检测管上安装橡塑发泡管和硬质聚氯乙烯管。橡塑发泡管和硬质聚氯乙烯管长度与超声波检测管长度相同。
11 ·钢筋笼吊筋隔离
钻孔灌注桩成孔后，在钢筋笼吊装入孔时，也要对钢筋笼的吊筋进行隔离处理。在钢筋笼吊筋上安装橡塑发泡管和硬质聚氯乙烯管。橡塑发泡管和硬质聚氯乙烯管长度与钢筋笼吊筋长度相同。
12 桩头膨胀劈裂分离
钻孔灌注桩完成施工后，进行墩台钻孔灌注桩桩头处理。在墩台基坑开挖后，先清理干净钻孔桩上的泥土，测量并标记出钻孔桩设计高程位置。在钻孔桩设计高程位置用风枪沿桩体外周等间距钻孔，桩头钢筋隔离后的钻孔桩桩头处理可采用人工膨胀劈裂或液压膨胀劈裂机2 种方法进行桩头整体膨胀劈裂分离，人工用膨胀劈裂分离，劳动强度大、效率低，不需要购置专业设备。液压膨胀劈裂机进行桩头整体膨胀劈裂分离，需要购置专业设备，劳动强度低、效率高，设备维护费用高。
钻孔桩桩头钢筋隔离施工工艺流程为: 钢筋笼加工制作→桩头钢筋、声测管安装橡塑发泡管→桩头钢筋、声测管安装硬质聚氯乙烯管→钻孔灌注桩钢筋笼入孔→钢筋笼吊筋安装橡塑发泡管→钢筋笼吊筋安装硬质聚氯乙烯管→钻孔灌注桩水下混凝土灌注→基坑开挖、钻孔桩泥土清理、桩顶测量标记→桩体周围水平钻膨胀劈裂孔→液压膨胀劈裂机分离桩头，人工膨胀劈裂分离桩头→桩头整体起吊分离。
12. 1 人工膨胀劈裂处理桩头
在设计桩顶位置用风枪沿桩体外围等间距垂直钻孔，孔深为1 /5 桩径、孔距25 ～ 30cm。在每个孔中插入钢楔，用大锤逐个锤击钢楔，桩体外围等间距的钢楔在大锤的锤击下产生巨大的膨胀劈裂力。由于桩头钢筋与混凝土预先进行了隔离，混凝土的抗拉强度很低，孔内的钢楔产生巨大的膨胀劈裂力，使桩体混凝土在巨大的膨胀劈裂力作用下拉裂分离，桩头多余部分的混凝土与设计桩体整体分离。
12. 2 液压膨胀劈裂机处理桩头
在设计桩顶位置沿桩体外围等间距垂直钻特定直径和深度的孔，将膨胀劈裂枪插入孔中，膨胀劈裂枪的前端外面有2 片相对固定在枪体上的反向楔块，中间楔块固定在活塞杆上可以向前伸出和向后收缩。中间楔块在液压力的作用下向前移动并驱动2 块楔块向两边扩张。将混凝土结构从内部进行破坏，几秒钟内就会产生裂缝。选取6 ～ 8 支劈裂枪，孔深为1 /5 桩径。孔内劈裂枪的楔块产生巨大的膨胀劈裂力，桩头多余部分的混凝土在巨大的膨胀劈裂力作用下，与设计桩体拉裂整体分离。
13 ·桩头整体起吊分离
桩头经过人工或液压膨胀劈裂机整体分离后，可以采用起重机进行桩头整体起吊分离，起吊的吊环可以在钻孔桩灌注水下混凝土时预埋钢筋吊环。也可以在桩头水平对称钻孔4 个，孔深30 ～ 40cm，在孔中插入直径25 ～ 30mm 的钢筋，作为桩头起吊钢丝绳的吊点。在钢筋吊环或起吊点上套上钢丝绳，膨胀劈裂整体分离后的桩头便可以与桩体分离。将钻孔桩的劈裂面进行修整处理，即可进行下一步工序施工作业。
14 ·常规桩头处理与钢筋隔离桩头处理方法对比
人工风镐破除桩头、液压破碎锤破除桩头、静态破裂剂破除桩头、混凝土液压劈裂机破除桩头的常规桩头处理是将桩头多余的混凝土全部破除或将桩头钢筋笼外围的混凝土破除。施工噪声大、粉尘大、费工费时、钻孔工作量大、调配药液和装药费工时，静态破裂剂膨胀时间长、施工进度慢。
采用钢筋隔离桩头处理只是在钻孔桩水下混凝土灌注前，将桩头竖向钢筋、钢筋笼吊筋和声测管与混凝土进行隔离，避免了混凝土直接与钢筋笼主筋握裹。
桩头处理无须将桩上部多余的混凝土全部破除或将桩头钢筋笼外围的混凝土破除，只需在桩的周围钻少数几个孔，进行桩头的整体膨胀劈裂分离，施工速度快、效率高，安全环保。
15· 工效分析
对于传统处理桩头与钢筋隔离处理桩头2 种方法，进行工效与经济效益两方面分析对比，常规桩头处理一般使用W-2. 6 /5 活塞式空气压缩机配置风镐。轴功率≤15kW，公称容积流量2. 6m3 /min，额定排气压力0. 5MPa，如表1 所示。
16· 结语
京沪高铁桥梁钻孔灌注桩桩头处理施工利用钢筋隔离技术对竖向钢筋、钢筋笼吊筋和声测管预先安装橡塑发泡管、硬质聚氯乙烯管，与钻孔灌注桩混凝土进行有效隔离。采用人工或液压膨胀劈裂机对桩头进行整体膨胀劈裂分离，具有施工速度快、效率高、质量好、安全环保、施工成本低等特点，确保了施工安全、质量优质、进度高效，取得了良好的经济效益、工期效益和社会效益。京沪高铁桥梁钻孔灌注桩桩头钢筋隔离技术进行桩头处理具有极高的推广应用价值。 |
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