雅万高速铁路桥梁桩基液压破除桩头的原理和质量控制
2020-12-30陈政彬
陈政彬
雅加达至万隆高速铁路是中国高铁走国门的首条海外EPC(工程总承包)高铁项目,位于爪哇岛西部,连接印度尼西亚首都雅加达和西爪哇省省会万隆,远期作为雅加达至泗水高速铁路的一部分。工程由隧道、桥梁、路基、四电组成,线路全长142.3km,桥梁长度83.8km,占比58.88%,DK655 特大桥为桥梁工程的一部分。中国电建水电七局使用液压破桩机进行桥梁桩基桩头破除,为后续桥梁桩基桩头破除作业收集各项数据,总结质量过程控制要点,并积累实际施工经验,为推广雅万高铁桥梁桩基工程机械化快速施工提供技术依据。
一、工程概况及项目背景
1.工程概况
雅万高速铁路是中国高铁走出国门EPC(工程总承包)首条高铁项目,工程为“一带一路”标志性工程,线路全长142.3km,工程主要由隧道、桥梁、路基、四电等组成。
DK655 特大桥是雅万高铁桥梁工程中一座特大桥,全长2818m,桩基共计799 根,其中1.5m 桩径桩基32根,1.25m 桩径桩基32 根,1.0m 桩径桩基32 根,桩基长度在39-69m,因地质条件本工程桩基均采用水下灌注,钻孔灌注桩水下灌注混凝土时,超灌高度宜为0.5 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 。桩顶超灌部分或松散混凝土的凿除,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。
桥梁桩基成孔大多为护筒结合护壁,桩头破除目前普遍使用人工破桩头的方法,人工配置空压机和风镐直接进行破除,在钢筋剥离过程中可能会将下部桩身外侧保护层混凝土破坏,由于破除标高不好控制,导致桩头深入承台长度不足出现了一些的质量问题,也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。
2.项目背景
液压破桩机有作业面积大、破桩速度快、机械操作灵活等特点。鉴于印度尼西亚共和国缺乏使用液压破桩机进行桥梁桩基桩头破除的生产经验,中国电建水电七局雅万高铁DK655 特大桥使用液压破桩机进行桥梁桩基桩头破除试验性生产,为后续液压破桩机在桥梁桩基桩头破除作业收集各项试验数据,总结质量过程控制要点,并积累实际施工经验,为推广雅万高铁桥梁桩基桩头破除采用液压破桩机机械化快速施工提供技术依据。
二、桩基液压破除法施工技术原理和质量控制
1.液压破除法施工技术原理
DK655 特大桥桩基桩头液压破除法主要是在桩基钻孔结束后制作钢筋笼时,将加工好的PE 套管直接套入钢筋笼外露承台的主筋和声测管外端表面,套管底端设在切割线2cm 的位置处,下部采用塑料胶带固定,胶带深入桩体2-3cm,上端同此做法。为了保证PE 管的整体位置准确,在桩头内采用28#铅丝将包裹在钢筋上的套管以间距30cm 绑扎固定,并将其位置固定保证不发生串动,PE 管使桩头混凝土和主筋不发生握裹。PE 套管公称直径根据桩基主筋的数量和规格选定,PE套管的参数详见表1。在基坑开挖支护完成后,根据测量放样数据在桩顶高程以上10cm 处采用二次环切工艺,使得桩头伸入承台10cm满足要求,环切采用手推式砂轮机,环切深度3-5cm。第一次环切位置即桩头以上10cm 处,第二次环切在桩头以上20-25cm 处,环切完成后采用小型电镐将二次环切中间位置桩头混凝土沿环切线高程横向开槽破除。将环切区域开槽清除后再采用液压破桩机对超灌桩头自上而下进行破除,桩头采用分节段破除,分节高度一般25-30cm,将破除的混凝土移动至基坑外侧并运输至指定位置。破除后桩头切面平整,工作效率快,标准化程度高。
表1 PE套管参数表
2.质量控制
待桥梁桩基混凝土强度达到75%后,测量放样及开挖承台基坑,在承台开挖过程中,对外露桩头的主筋不能损伤或弯曲,否则对破除桩头不利,必须保护好。若基坑需支护的即采取支护措施,对基坑进行加固处理,确保基坑的稳定性和操作人员的安全。开挖过程严格控制标高,严禁处理超挖和欠挖情况,避免影响桩基的受力。
环切前可用醒目的红色对环切线进行标识,避免环切桩头伸入承台10cm 位置不足,环切深度根据钢筋保护层厚度确定,因DK655 特大桥主筋保护层为7.5cm,因此选用环切3-5cm,既能避免环切伤害桩基主筋又能保护桩体混凝土不被破坏,环切后横向开槽人工剥除隔离区,再次确保桩头混凝土整体完整性。
液压破桩机采用L 型号,分节高度选择25-30cm,便于一次性将破除的桩头吊离至指定区域,且不会因液压油缸伸出量过多对主筋的几乎无损伤。
采用液压破桩机破除后桩头,桩头钢筋无弯曲、损伤、断裂等情况,能使桩基与承台较好的锚固链接。破除后桩头外露顶面平顺、美观整齐无缺棱掉块、混凝土无裂纹、桩头完整。
3.工作面选择
在施工现场选择液压破桩机对桥梁桩基桩头进行破除时因需要使用吊车,因此不仅需要施工便道还需要吊车作业平台及液压设备放置平台,此平台可以结合后续施工场地建设。
4.液压破桩机破桩速度
DK655 特大桥全桥桩基混凝土强度均为C40,因承台大小桩基数量也不相同,列举一个承台8 根桩基超管均为60-80cm。一台液压破桩机配合1 名液压破桩机操作手和3 名作业工人,以全桥799 根桩基破除综合分析。破除一根桩基需要27-35min,一个承台8 根桩基大约需要280min(取大值后约4h40min)即可完成整个承台桩基的破除作业。
与普通人工破桩头相比,液压破桩机的破桩质量保证和施工时间上优势明显。
5.其他方面
液压破桩机采用吊车配合,设备易组织到位;破桩人员投入无需太多,可以形成流水作业;破桩过程无较大噪音和扬尘,环保能较好地控制;整体工期节约1/4,避免因破桩影响后续施工进度。
三、结语
在本次DK655 特大桥桥梁桩基桩头破桩过程中,液压破桩机施工充分发挥空气粉尘污染小、液压顶破除桩头高效、工艺操作简单、质量能很好控制。不过,采用液压破桩机破除桩头施工目前也存在一定劣势,主要为:(1)一次性投入大,后期维护和折旧费用高;(2)配件采购时间周期长,对工期影响大。
随着人工破除桩头劳动力成本不断上升及各级管理单位对人身安全、施工环境、工程工期的高度重视,液压破桩机在施工桥梁桩基桩头破除施工中逐渐受追捧。对于成本控制,可以通过提高生产规模、机械使用率及操作手技术水平以减少质量缺陷等手段来降低成本。