灌注桩桩头预埋管绳锯切割绿色拆除技术

2022-09-06李虎

建筑施工 2022年5期

李虎

中铁十六局集团第一工程有限公司北京 101399

钢筋混凝土灌注桩是在土质地基上的常见基础[1-3]。为了保证桩身质量，通常都会超灌。而待混凝土硬化后，需要拆除超灌的桩头[4-6]。经过多年的生产实践，工程界发展出了多种钢筋混凝土灌注桩桩头拆除技术。在吸收建筑物绿色拆除的理念[7-11]和相关绿色拆除技术[12-15]，并总结已有钢筋混凝土灌注桩桩头拆除技术优缺点的基础上，发明一种新的钢筋混凝土灌注桩桩头预埋管和绳锯切割绿色拆除技术。本文介绍该技术的详细特征和首次应用试验情况。

1 已有钢筋混凝土灌注桩桩头拆除技术

常见的桩头拆除工艺有人工破除法、机械冲击破碎法、液压破桩机（也称液压破桩锤）破碎法。人工破除法和机械冲击破碎法因其存在不同的缺点，基本被市场淘汰。

2012年，在法国国际工程机械展览会上出现的液压破桩机（也称液压破桩锤）近年来被引入国内[16]，该技术具有施工效率高的优点，已经得到较大面积的应用。但该技术也有一些缺点：如噪声较大，不能处理尺寸不规整（如桩身局部突出）的桩头，对纵筋密布、尺寸较大的桩头破碎效率下降；四周强大压力也会对混凝土和钢筋造成一定损伤，特别是对钢筋与混凝土的锚固力产生不利影响；为保护桩身混凝土不受破坏，要留较长的保护段，该保护段需人工或机械凿毛或修平处理，这增加了费用和时间，削弱了该技术的优势。

2017年，牛新利[17]提出一种新型工法，该工法首次提出利用主筋内外各设置2层竹胶板，实现隔离主筋与混凝土的做法。但因其消耗材料较多，且密封较难，不能完全做到隔离混凝土与主筋的接触。2018年，马佳等[18]提出一种新工法。该工法是将事先加工好的脱松套直接套入钢筋笼外露承台、系梁外端的主筋和声测管表面，使桩头混凝土和主筋不发生握裹，再用双刀环切法切割混凝土保护层，然后用风镐垂直桩身方向钻孔后，插入分离楔子实现桩头与桩身完全分离，最后吊离上部桩头。该工艺避免了繁重的混凝土剥离工作，保证了主筋少受损伤、桩基完整性。但该方法需要风镐钻孔，噪声较大，仍有粉尘污染；且钻孔劈裂工作劳动强度较大，效率较低；同时裂口也不平齐，需要留较长保护段（10 cm以上）。

为了克服这些缺点，2020年，刘克亮[19]提出一种新工法，该工法在吸收套管和复合脱松套做法的基础上，改用液压劈裂枪插入孔洞内截断桩头混凝土。该方法减少了粉尘，提高了劈裂效率，降低了劈裂劳动强度，但需要钻机、液压劈裂机和吊车这3种机械，对设备要求较高。同时，裂口不平齐的缺点依然存在，后期处理工作仍较大。这些缺点增加了成本。另外，上述2种工法在声测管外套上套管，对声测检测结果也有影响。为了克服这些的缺点，在借鉴上述技术的优点并吸收绿色拆除的理念和技术手段（如绳锯切割工艺[10]）的基础上，开发了一种新的桩头绿色拆除技术。

2 钢筋混凝土灌注桩桩头预埋管和绳锯切割绿色拆除技术

本技术的主要特征为：为了避免包裹钢筋的混凝土的剥离和破碎工作，借鉴了文献[18]和[19]在纵筋上设置套管并在切割平面的桩身表面设置一圈腰管的做法；通过布置穿绳管和使用绳锯切割桩身横截面混凝土和其中的声测管，并在吊装管中插入圆钢后系上钢丝绳，用吊车（或其他机械）吊装桩头切除部分，实现了免钻孔拆除[20]。本技术关键创新是：在桩身浇筑时巧妙预埋4种管道：腰管、穿绳管、套管和吊装管；引入绳锯施工工艺。

2.1 灌注桩桩头预埋管布置方式和预埋施工

为了实现免剥离（或少剥离）、免钻孔、高质量、绿色安全的桩头拆除，在钢筋混凝土灌注桩下放钢筋笼前就计算好切割平面位置，并在相应位置的钢筋笼上预埋好腰管、穿绳管、套管、吊装管和声测管（图1）。几种预埋管的布置方式如下所述。

图1 桩头钢筋笼和预埋管结构

1）腰管和穿绳管布置在桩顶设计标高以上2～5 cm区域的同一水平面内，该平面即为切割平面。切割平面以上部分即为桩头的切除部分。腰管紧贴纵筋外侧，围成一个完整的圈。穿绳管中间部分紧贴纵筋内侧（对于圆形截面桩，穿绳管围成300°左右的圆弧），两端伸至腰管内侧，两端与最近纵筋直线距离大于3 cm。腰管用一根PVC塑料管或橡胶管的两端对接而成，对接处缠绕胶带宽度大于5 cm；穿绳管和套管采用PVC塑料管预埋形成。腰管直径等于或大于桩身混凝土保护层厚度；穿绳管内径为15～25 mm；套管内径大于纵筋直径4～20 mm。

2）桩头切除部分的上半部分在同一水平面内预埋有多根吊装管，该水平面与切除部分顶部的距离大于切除部分总高度的1/4，吊装管与桩身表面交点均匀分布在圆周上，其纵轴指向所在水平面的圆心。吊装管外端与混凝土保护层平齐或伸出混凝土保护层表面1～2 cm。

3）桩头的纵筋在切割平面以上部分套有套管。桩头中沿纵向还均匀布置有多根声测管，声测管在切割平面处向桩心弯曲，在纵筋和声测管之间留出间隙供穿绳管穿过，声测管在其他高度紧贴纵筋或箍筋。

预埋管施工要点如下所述：

1）为了防止水泥浆进入管道中，穿绳管、套管、吊装管两端需堵塞。

2）腰管和穿绳管均用绑扎铁丝绑扎在纵筋上，所有与纵筋接触处均绑扎；每根套管上端管壁钻孔，穿过铁丝后绑扎在该根套管套住的纵筋上端。力求腰管和穿绳管的中心线在同一平面上。

3）声测管应布置在腰管大半圆圈上，保证在绳锯切割时完全能切断。

2.2 绳锯切割工艺

在拆除钢筋混凝土灌注桩桩头时，切割发生在切割平面，如图2所示，并采用以下步骤施工。

图2 绳锯切割面平面示意

1）找到腰管，破坏包裹腰管的混凝土保护层，解除缠绕胶带和绑扎铁丝后取出腰管。

2）清理穿绳管两端堵塞物，并从穿绳管两端开口穿过绳锯锯条。

3）开动绳锯沿切割平面切割混凝土和声测管，切割至边界线为止；切割时，采用水管对准穿绳管的一端开口，输入润滑用水至切割面的绳锯锯条上，随着切割深度增大，逐步加大水压和水量。

4）解开套管上端铁丝，破除切割平面上穿绳管外侧的混凝土；沿切割平面剪开穿绳管。

5）用扁头钢钎插入切割平面的切割面，撬起钢钎使保留混凝土沿切割平面断开。

6）打开吊装管外端木塞，插入长度大于吊装管深度10～15 cm的圆钢，并在圆钢与吊装管之间的间隙中插入楔形木条固定，在圆钢上系上钢丝绳，用吊车吊装桩头切除部分，及时用木塞封堵工程桩上被切割的声测管。

上述步骤3）还可以为：开动绳锯沿切割平面切割混凝土和声测管，切割至边界线为止；切割初期润滑用水采用水管对准穿绳管的一端开口，输入到切割平面的切割面上；切割深度大于5 cm后，在穿绳管中点处剪除长2 cm的管道，改从该处插入水管，将润滑用水输入到切割面的锯条上，随着切割深度增大，逐步深插水管以接近绳锯锯条或加大水压和水量。

2.3 技术特点和优势

相对于人工、机械和文献[2-3]提供的桩头拆除技术，本技术有以下特点和优势：

1）本技术通过设置预埋管和首次将绳锯工艺引入桩头拆除中，在实现免剥离（或少剥离）和对桩身无损拆除的同时，达成了免钻孔和精确切割，降低了劳动强度，减少了人工修平和凿毛工作量少。

2）施工噪声小，粉尘少，安全性高，基本实现了绿色拆除。

3）预埋管的布置基本不影响利用声测管对桩身质量的检测。

4）该技术的应用不受桩身几何形状、尺寸大小和是否规整的影响。用于矩形或其他形状时，穿绳管只需在转角处设置弧形倒角即可，具体布置方式可借鉴文献[21]。

5）适用于能在桩头开展绳锯切割和吊装作业的场合。

3 技术应用试验

3.1 试验场地、材料、机械和操作

该技术已于2021年10月初在甘肃安临公路AL4合同段开展了首次应用试验。试验位于工地搅拌站附近。灌注桩直径1.2 m，纵筋采用12根φ28 mm螺纹钢，混凝土强度等级为C35（从浇筑到切割时间间隔7 d），混凝土保护层厚35 mm。预埋腰管采用橡胶管，外径40 mm；穿绳管采用内径25 mm的橡胶管，其围成大半圆圈外有10根纵筋。穿绳管开口处抵住腰管内侧，接触点在2根纵筋之间。纵筋套管采用公称外径为40 mm的PVC塑料管。布置3根吊装管，采用公称外径为25 mm的PVC塑料管。因为采用绳锯切割，桩头长度不影响切割效果，本试验切割平面以上的混凝土只浇筑0.3 m。套管下端用石膏和胶带堵塞，吊装管两端胶带堵塞。

切割机采用功率22 kW、电压380 V的交流电电动切割机。使用用金刚石串珠橡胶锯条（φ11.5 mm）。采用φ20 mm水管插入穿绳管一端，为绳锯锯条降温润滑。按照上文介绍的施工工序，先剥离包裹腰管的混凝土，解除腰管，接着从穿绳管穿过绳锯锯条。从开机切割到锯条切割至距离其包围的2根纵筋5 cm左右，耗时32 min。切割后，用挖掘机铲斗撞击切下的桩头，使其在切割平面完全断开；吊装孔插入圆钢，套上绳索后用挖掘机吊装起切下的桩头。

3.2 试验效果分析

从试验结果看，试验基本取得了成功。整个过程噪声小、粉尘少，工人劳动强度低（只需要破除腰管外混凝土保护层），纵筋和混凝土无损伤，切割速度快（本试验首次施工，工人操作不熟练，耗时较多。将来熟练后，一根桩头切割时间可以降低到15 min左右）；切口混凝土表面平整，后期只需要使用凿毛机简单处理即可浇筑混凝土。

与人工破桩头工艺比较，本技术人工劳动强度低，总体耗时缩短60%以上，成本也降低50%以上。与上文马佳等[18]、刘克亮[19]提出的工法比较，劳动强度与施工噪声也有降低，总耗时和成本相当。与液压破桩机工艺比较，成本和耗时不占优势，但本技术能适应截面不规则的桩头，且对桩身破坏很小，施工更绿色环保。另外，本发明切割下来的混凝土整体性好，可以作为混凝土块，用于砌筑低矮挡土墙等对材料强度要求不高的场合。

试验发现由于桩头混凝土浇筑时使用铁皮模具变形比较大，引起混凝土保护层厚度不均匀，局部混凝土保护厚度较大，导致剥离包裹腰管比较费力。尽管实际工程中灌注桩混凝土时要在桩头使用套管，但套管直径通常比桩身直径大很多。这也会造成混凝土保护层厚度超过腰管直径。因为，在实际工程中使用本技术时，应考虑使用高效破除混凝土保护层的方法（如电钻、小型液压锤、风镐和电锯）。另外，试验也发现为了控制绳锯锯条在腰管开口处运动轨迹，应该在腰管开口附近设置锯条导向轮，以防止绳锯锯条对腰管开口处附近纵筋的破坏。