一种简易桩头破除辅助施工方法与流程

本发明涉及一种简易桩头破除辅助施工方法，属土建施工技术领域。

背景技术：

随着交通运输行业基础设施建设的迅猛发展，城市化进程的不断加速，桥梁基础桩基施工、承台封底、高层及超高层建筑等基础中桩基、地下连续墙的施工等，都需要灌注水下混凝土。而水下混凝土灌注后均需要对桩头进行凿除处理。但目前桩头凿除施工大多采用常规的机械破碎方法，如风镐、液压镐和破碎锤等，是通过外力冲击作用来破碎物体结构，由于混凝土的强度较高，加之还有钢筋的存在，实际上，桩头破除施工非常困难，劳动强度大、效率低。

导管法灌注水下混凝土是通过导管等装置进行混凝土浇筑的作业。开始时，依靠灌入的混凝土压力推动隔水塞将管内的水或泥浆排挤出去，接着由于导管底部管内压力大于管外压力，使浇注的混凝土从管底向上推进，混凝土顶面与水接触部分可能质地松散，需要在最后清除。水下混凝土已被广泛应用于地下连续墙、灌柱、沉井和沉箱的水下封底等。由于水下混凝土在全部浇灌过程中，最先灌注的混凝土始终与水或泥浆接触，因此，最上部的部分混凝土强度较差，为了保证整体桩身混凝土质量，灌注混凝土需要超灌0.5～2.0m，成型好后开挖周边土方，破除多余的混凝土，通常称为“破除桩头”

但破除桩头存在一系列技术问题需要解决，如：桩头凿除过程中混凝土应有足够的孔洞，供风镐等机具插入；桩头凿除过程中混凝土应有一定的破裂面（点）；桩头凿除过程中混凝土与钢筋能顺利的脱落；桩头凿除过程中不需要钢筋绝对顺直或平行；水下混凝土灌注过程中钢筋笼不产生上浮；破除桩头的方法应适用于不同深度、不同类型、不同形状的水下混凝土桩头破除；且针对现有施工机具，不要求特别机具设备，而且施工时间不受限制。

技术实现要素：

本发明的目的是，针对水下混凝土桩头破除过程中效率低、劳动强度大、凿除难度大等系列问题，提出一种简易桩头破除辅助施工方法，对现有施工工艺进行改进。

实现本发明的技术方案是，一种简易桩头破除辅助施工方法包括分次控制混凝土初凝时间、对桩头钢筋进行包裹处理减小钢筋与混凝土剥离的难度；在现有桩头混凝土桩头中加插若干临时锥形管头，并对这些管头作特别处理。

一种简易桩头破除辅助施工方法的具体步骤如下：

（1）分次控制水下混凝土初凝时间

初灌混凝土与后续灌注的水下混凝土按不同初凝时间进行配制。根据水下混凝土灌注原理，同一根桩的混凝土若灌注时间超过3小时，则对其初凝时间分次控制。

① 初灌混凝土数量量计算：

考虑混凝土在导管口有一定活动范围，以及顿管等施工需要，计算范围算至导管底以下1.0～1.5m，按1.5m考虑，满足导管首次埋置深度(≥1.0m)和填充导管底部的需要，所需混凝土数量可参考下式计算：

V≥D²π/4(H₁+H₂+1.5)K+d²π/4h₁

即V≥=D²π/4(H₁+H₂+1.5)K+d²π/4 [H-（H₁+H₂）]r_w/r_c

式中：V——灌注首批混凝土所需数量(m³)；D——桩孔直径(m)；H₁——桩孔底至导管底端间距，取0.5m；K-充盈系数，取1.10 ～1.30；H₂——导管初次埋置深度(m)；d——导管内径(m)；h₁——桩孔内混凝土达到埋置深度H₂时，导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m)，即H₁=/；——混凝土拌和物的重度(取24kN／m³)；——井孔内水或泥浆的重度(取12kN／m³)；——井孔内水或泥浆的深度(m)。

②初灌混凝土初凝时间确定：

初灌混凝土除部分落入导管口下部外，当导管被混凝土埋入后，所灌混凝土将被向上挤压推送，意即该层混凝土将始终与水或泥浆接触，也就是今后作为桩头需要凿除的部分，该部分混凝土的初凝时间要求大于该桩混凝土的全部灌注时间，且考虑可能出现的停工情况；使混凝土在整个灌注过程中有较好的流动性。

水下混凝土的灌注时间取决于灌注速度，而灌注速度与施工机具设备情况、混凝土供应情况及桩长相关，故初灌混凝土初凝时间确定为桩的全部灌注时间外加1～2h。

③ 后续混凝土初凝时间确定：

若同一根桩的总灌注时间小于3小时（含运输时间），为施工方便，水下混凝土的初凝时间可按同一时间确定；若大于3小时，则后续混凝土的初凝时间也按小于3小时配制，这有利于混凝土的整体质量，也有利于解决钢筋笼上浮等施工问题。

（2）对桩头钢筋进行包裹处理

对桩头钢筋进行包裹处理，是对钢筋进行PE防护管或绑扎塑料膜防护；处理方法为，安装钢筋笼前，将事先加工好的防护套或PE防护管直接套入钢筋笼外露承台的主筋和声测管外端表面，将钢筋笼伸入承台的主筋和声测管全部包裹、密封，防护套或PE防护管主要作用是使桩头混凝土和主筋不发生握裹；防护套或PE防护管只设置在桩头部分，其上部和下部采用胶带固定，并用22^#铅丝将缠绕在钢筋上，使其不因灌注混凝土而滑移。

PE防护管直接可采用市场上销售的管径宜比主筋大2～3mmPE管即可，保证在灌注中不被混凝土挤破失效。由于控制了初灌混凝土的初凝时间，所加PE防护管不会对混凝土的上浮产生阻力。

（3）桩头插入PVC空管

为减小桩中心部位混凝土的凿除难度，当水下混凝土达到设计标高后，立即插入一定数量带锥头的PVC空管，目的是为后期混凝土凿除时方便机具的插入，PVC空管的构造如图2所示，管长较桩头长约10cm，以方便操作，但插入深度不可超过桩顶设计标高，一端做成尖形便于插入，顶部用管盖盖住，一是保证内腔干净，二是增加相应强度，当插入困难时可辅以木锤打入。

若桩顶低于路面，无法用人工逐根插入，则可用一管架系统，将PVC空管安装定位在管架后用机械一次性打入或压入。由于控制了初灌混凝土的初凝时间，PVC空管的插入将会较为容易。所述管架系统由管架和若干PVC锥形空管组成，PVC锥形空管插入管架的圆孔中固定，管架的作用是临时固定多根PVC锥形空管，以便在人工无法直接单根操作时整体一次插入或挤入；管架外形可据结构形状确定，若为桩基则管架外形可用圆形，如图5所示。

本发明方法提出，对初灌混凝土的初凝时间进行控制，而对后期灌注的水下混凝土不考虑施工时间引起的初凝时间问题，而且适当控制后续混凝土的初凝时间对解决钢筋笼的上浮问题反而有一定的好处，是对施工原理的创新。

本发明方法由于控制了初灌混凝土的初凝时间，所加PE防护管不会对混凝土的上浮产生阻力，插入PVC空管相对容易，保护层切开及桩头凿除可适当提前，降低了破除难度。

本发明的有益效果是，本发明在不改变现有施工条件与要求的条件下，只需在钢筋笼绑扎完成后对桩头部分钢筋进行适当隔离处理，水下混凝土灌注完成后，插入一定数量的特制PVC空管，即可达到目的。本发明方法操作方便，配套设备少，施工人员容易接受，并很快可以熟练地操作。

本发明解决了长期以来水下混凝土桩头破除困难的难题，极大地提高了桩头破除的效率，降低了施工成本。随着现场施工桩基施工数量的日益增加，人工成本的加大，桩头破除难题的解决将为国家基本建设创造出巨大的经济效益。

本发明方法适用于一切需要进行水下混凝土施工的桩头处理。

附图说明

图1为本发明方法实施步骤的流程框图；图2为PVC空管结构示意图；

图3为PVC空管安装在管架上构成的方形管架系统结构示意图；

图4为图3的右视图；图5圆形管架系统结构示意图；

图中，1是PVC空管；2是管架。

具体实施方式

本发明具体实施方式如图1流程框图所示。

本实施例一种简易桩头破除辅助施工方法的具体步骤如下：

（1）控制后期混凝土初凝时间

当水下混凝土正常灌注后，其初凝时间与桩长或灌注时间关系不大，因为导管口下部混凝土可以提前凝固，对整体灌注质量尤其是钢筋笼的稳定有积极作用，但考虑施工过程中有可能需要进行顿管等处理，初凝时间宜为2～3h。

（2）确定初灌混凝土初凝时间

根据导管法原理，初灌的水下混凝土正好与后期正常灌注的水下混凝土相反，需要确保在整体灌注过程中均不凝固，因为此层混凝土需要始终与水或泥浆接触，始终向上浮动并穿越全部钢筋笼体，如有凝固，便会造成钢筋笼上浮甚至引起施工困难。该层混凝土通常认为是初灌的混凝土。

初灌混凝土除部分落入导管口下部外，当导管被混凝土埋入后，所灌混凝土将被向上挤压推送，意即该层混凝土将始终与水或泥浆接触，也就是今后作为桩头需要凿除的部分，因此，该部分混凝土的初凝时间要求大于该桩混凝土的全部灌注时间，且考虑可能出现的停工情况，使混凝土在整个灌注过程中有较好的流动性。

若同一工程的总灌注时间小于3小时，为施工方便，初灌混凝土的初凝时间可与后续混凝土相同；若同一工程的总灌注时间大于3小时，则初灌混凝土的初凝时间为总灌注时间另加1～2h。

（3）计算混凝土的初灌量：

考虑混凝土在导管口有一定活动范围，以及顿管等施工需要，计算范围算至导管底以下1.0～1.5m，按1.5m考虑，满足导管首次埋置深度(≥1.0m)和填充导管底部的需要，所需混凝土数量可参考下式计算：

V≥D²π/4(H₁+H₂+1.5)K+d²π/4h₁

即V≥=D²π/4(H₁+H₂+1.5)K+d²π/4 [H-（H₁+H₂）]r_w/r_c

式中：V——灌注首批混凝土所需数量(m³)；D——桩孔直径(m)；H₁——桩孔底至导管底端间距，取0.5m；K-充盈系数，取1.10 ～1.30；H₂——导管初次埋置深度(m)；d——导管内径(m)；h₁——桩孔内混凝土达到埋置深度H₂时，导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m)，即H₁=/；——混凝土拌和物的重度(取24kN／m³)；——井孔内水或泥浆的重度(取12kN／m³)；——井孔内水或泥浆的深度(m)。

（4）对桩头钢筋进行处理

对钢筋进行PE防护管或绑扎塑料膜防护，减小钢筋与混凝土剥离的难度。方法是安装钢筋笼前，将事先加工好的防护套或PE防护管直接套入钢筋笼桩头部分的主筋和声测管外端表面，将其全部包裹、密封。防护套或PE防护管主要作用是使桩头混凝土和主筋不发生握裹。其上部和下部采用胶带固定，并用22^#铅丝将缠绕在钢筋上，保证其不发生串动。PE防护管直接采用市场上销售的比主筋直径大2～3mm的PE防护管即可，方便安装，并保证在灌注中不被混凝土挤坡失效。由于控制了初灌混凝土的初凝时间，所加PE防护管不会对混凝土的上浮产生阻力。

（5）桩头插入PVC空管

为减小桩中心部位混凝土的凿除难度，当水下混凝土达到设计标高后，立即插入一定数量带锥头的PVC空管，目的是为后期桩头混凝土凿除时方便机具的插入，PVC空管的构造如图2所示，管长较桩头长约10cm，供操作用，但插入深度不可超过桩顶设计标高，一端做成尖形便于插入，顶部用管盖盖住，一是保证内腔干净，二是增加相应强度，当插入困难时可辅以木锤打入。

若桩顶低于路面，无法用人工逐根插入，则可用一管架系统，将PVC空管安装定位在管架后用机械一次性打入或压入（图3、图4）。由于控制了初灌混凝土的初凝时间，PVC空管的插入将会较为容易。所述管架系统由管架2和若干PVC锥形空管1组成，PVC锥形空管1插入管架2的圆孔中固定。管架形状可据桩头形状确定。例如灌注桩钢筋笼为圆形，管架便可用直径小于钢筋笼内径的圆形，如图5所示。

本实施例由于控制了初灌混凝土的初凝时间，所加PE防护管不会对混凝土的上浮产生阻力，插入PVC空管相对容易，保护层切开及桩头凿除可适当提前，降低了破除难度。