灌注桩破除桩头的方法和质量控制

2013-08-22王以盛余波高洋洋王涛

山西建筑 2013年13期

王以盛余波高洋洋王涛

(陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西靖边 718500)

0 引言

钻孔灌注桩水下灌注混凝土时，超灌高度宜为0.8 m～1.0 m，凿除浮浆后必须保证暴露的桩头混凝土强度等级达到设计等级［1］。桩顶超灌部分或酥松混凝土的凿除，俗称破桩头，是灌注桩施工的最后一道工序，也是保证桩基工程质量的关键工序。

某能源化工项目地处毛乌素沙漠的南缘，重要建(构)筑物的基础大多为泥浆护壁钻孔灌注桩，施工单位普遍使用风镐结合人工破桩头的方法。初期由于一些施工单位不够重视，管理松懈，工序混乱，出现了较多的质量问题，所有这些问题都直接影响到桩与承台连接的可靠性，降低了桩基的极限承载能力。为此，我们在后续破桩头施工中改进了措施，明确了质量要求，经过实践取得了满意的效果。

1 桩头质量的重要性

混凝土灌注桩是由桩头、桩身和桩端三部分组成，三位一体，缺一不可，否则作用于承台的上部结构荷载就不能通过灌注桩传递给地基，建(构)筑物也难以牢固存在。桩头质量的重要性分析如下:

1)文献［2］要求桩身混凝土强度应满足桩的承载力要求，以实现荷载的可靠传递。而桩头直接承受上部荷载且作用效应最大，因此保证桩头混凝土质量尤为重要。

2)桩基工程承受由承台传递上部结构的竖向力和水平力，桩顶应嵌入承台以满足荷载传递及基桩和承台共同工作的需要。震害调查也表明，某些情况下承台与桩可能脱离，这对上部结构安全极为不利。根据传统习惯，桩顶嵌入承台50 mm～100 mm且桩纵筋锚入承台一定长度时，可形成介于铰接和刚接之间的联系方式，既可以传递剪力，也可传递一部分弯矩。大量的群桩的水平承载力试验表明，这种连接方式有利于降低桩顶固端弯矩，提高群桩的水平承载力。如桩顶嵌入承台深度过大，会降低承台的有效高度，而不利于抗弯、抗剪和抗冲切。因此，文献［1］～［3］对承台和桩的连接构造做了规定、说明。

3)在进行动、静载质量检验时，首先接受考验的也是桩头。就桩头所处的位置和所承担的任务而言，保证和提高桩头质量，是施工管理者责无旁贷的责任和义务。也只有切实地控制好破桩头的施工质量，才能使灌注桩成为优质灌注桩。

2 钢筋笼的安装高程的控制

为了减少破除桩头时剥离钢筋和焊接接长的工作量，钢筋笼安装时应注意控制好顶部高程符合设计要求。施工时通过焊接吊环和在护筒顶部穿横梁来防止钢筋笼下窜和上浮，吊环的长度根据护筒顶面高程和桩头设计高程确定。钢筋笼安装时，顶面高程测量一定要准确。

3 灌注桩桩头高程的控制

灌注桩浇筑混凝土时，一定要控制好桩顶部高程。超灌高度过高，不仅浪费了混凝土，而且增加了破桩头的工作量，从而增大成本和延误工期;灌注高度过低，破桩头的工作量相对减少，但桩头混凝土质量难以保证，有可能造成接桩的后果，这样也会增加成本和延误工期。

混凝土灌注桩的高程一般采用吊锤测量的方法进行控制。这种方法主要是依靠人对混凝土和泥浆不同的感觉来准确判断混凝土灌注顶面，以此确定混凝土灌注高度，进而控制混凝土灌注高程和桩头高程。

4 基坑开挖的注意事项

基坑开挖过早，混凝土强度较低，开挖时容易扰动桩身混凝土，桩基质量难以保证;开挖过晚，混凝土强度过高，混凝土凿除费劲，无形中增加了破桩头的工作强度。一般情况下，灌注桩混凝土达到设计强度的70%(需7 d左右)时就可以开挖基坑。基坑开挖时应注意以下几点:

1)开挖之前应完成灌注桩承载力动测或静载实验;

2)基坑开挖尺寸要便于破桩头时凿窝眼和水平打入短钢钎，并预留承台支模的工作空间;

3)挖掘机不得碰撞桩身，并做好边坡防护和基坑顶部的安全防护措施及排水措施，保证施工安全;

4)当设计高程低于地下水位线时，需要进行基坑降水;

5)基坑开挖应和破桩头作业配合分段进行，以满足吊车作业半径要求，减少二次倒运。

5 破桩头的方法与步骤

整个破桩头的工艺过程为:测定标高→切割桩混凝土保护层→打开缺口→剥出钢筋→加深缺口→加钻顶断桩头→吊离无效桩体→清理作业(桩头凿平、钢筋调整和清洗桩头)。

破桩头的方法和要求如下:

第一步，用水准仪测定桩顶标高，并做好标记，每根桩的四周至少应设四个标志点。

第二步，在设计要求的桩顶标高位置设定一道沿圆周方向的切割线，用切割机沿切割线切割，切割深度以钢筋保护层厚度而定，略小于保护层厚度，绝不能切割到桩基钢筋。设定切割线的目的是为了在下一步施工即人工凿除关键施工区域(切割线以上15 cm～20 cm的带状区域)混凝土的施工中，防止破坏有效桩体(即切割线以下桩体)。

第三步，人工凿除关键施工区域的混凝土，形成缺口，露出钢筋，凿除深度为钢筋的保护层厚度，凿除时不得损伤钢筋。

第四步，风镐剥离其余无效桩体钢筋保护层，露出钢筋。所有露出的钢筋均向外侧微弯，以便后续施工。

第五步，风镐成水平或稍向上倾斜钻进关键施工区域内的中上部的混凝土，也就是设计要求桩顶上方10 cm左右处的混凝土。不断加深该处缺口。之所以在要求桩顶上方10 cm左右处加深缺口，是为风镐钻进时预留可能损伤空间，保护有效桩体。

第六步，在缺口深度达到10 cm～15 cm时(桩身直径以0.6 m计，更大的桩径按实际情况确定缺口深度)，风镐加钻顶断，位置在桩顶线以上10 cm，钻头水平或稍微向上。该步骤是整个破桩过程的关键，大约需要20 min～30 min。加钻顶断的原理在于:混凝土属于脆性材料，脆性材料的特性就在于在外力作用下，仅产生很小的变形即破坏断裂，并且断口表面平齐。在风镐钻头顶进过程中产生的竖直向上的作用力足以使上方的无效桩体断裂，且断头平齐。

第七步，吊车吊离已被顶断的无效桩体。如基坑宽度超出吊车作业半径，需要挖掘机或装载机配合倒运时，应有专人指挥，制定具体措施，避免损坏混凝土桩头和外露钢筋。

第八步，人工凿除关键施工区域的其余混凝土，修整桩头外露钢筋，使桩头标高和外露钢筋符合设计要求和规范规定。清除桩头浮渣和侧面泥土，并冲洗干净。

破桩头作业区域划分、完工后的效果见图1。

图1 破桩头作业区域划分示意图

6 桩头的质量验收

桩头是桩基工程竣工验收时的唯一可见实物(其他均为隐蔽工程)，它在一定程度上代表着桩基施工质量的全部。依据文献［1］［4］，灌注桩桩头质量验收的内容主要包括:1)桩头位置偏差;2)桩顶标高;3)钢筋笼安装深度(高程);4)桩头直径;5)桩头混凝土的强度;6)承载力;7)桩身完整性检验。

破桩头质量通过验收的标准:6)，7)项符合文献［5］的规定，5)项通过目测法或实验法(回弹或钻芯取样)判定合格，1)～4)项符合文献［4］的规定。桩头质量验收过程中，对存在质量问题应制定相应施工技术处理方案，并按文献［4］和方案要求进行二次验收。桩基工程验收合格后，整理资料进行中间交接，以便进行下道工序施工。