灌注樁樁頭預(yù)埋管繩鋸切割綠色拆除技術(shù)

李 虎

中鐵十六局集團第一工程有限公司 北京 101399

鋼筋混凝土灌注樁是在土質(zhì)地基上的常見基礎(chǔ)[1-3]。為了保證樁身質(zhì)量，通常都會超灌。而待混凝土硬化后，需要拆除超灌的樁頭[4-6]。經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐，工程界發(fā)展出了多種鋼筋混凝土灌注樁樁頭拆除技術(shù)。在吸收建筑物綠色拆除的理念[7-11]和相關(guān)綠色拆除技術(shù)[12-15]，并總結(jié)已有鋼筋混凝土灌注樁樁頭拆除技術(shù)優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，發(fā)明一種新的鋼筋混凝土灌注樁樁頭預(yù)埋管和繩鋸切割綠色拆除技術(shù)。本文介紹該技術(shù)的詳細特征和首次應(yīng)用試驗情況。

1 已有鋼筋混凝土灌注樁樁頭拆除技術(shù)

常見的樁頭拆除工藝有人工破除法、機械沖擊破碎法、液壓破樁機（也稱液壓破樁錘）破碎法。人工破除法和機械沖擊破碎法因其存在不同的缺點，基本被市場淘汰。

2012年，在法國國際工程機械展覽會上出現(xiàn)的液壓破樁機（也稱液壓破樁錘）近年來被引入國內(nèi)[16]，該技術(shù)具有施工效率高的優(yōu)點，已經(jīng)得到較大面積的應(yīng)用。但該技術(shù)也有一些缺點：如噪聲較大，不能處理尺寸不規(guī)整（如樁身局部突出）的樁頭，對縱筋密布、尺寸較大的樁頭破碎效率下降；四周強大壓力也會對混凝土和鋼筋造成一定損傷，特別是對鋼筋與混凝土的錨固力產(chǎn)生不利影響；為保護樁身混凝土不受破壞，要留較長的保護段，該保護段需人工或機械鑿毛或修平處理，這增加了費用和時間，削弱了該技術(shù)的優(yōu)勢。

2017年，牛新利[17]提出一種新型工法，該工法首次提出利用主筋內(nèi)外各設(shè)置2層竹膠板，實現(xiàn)隔離主筋與混凝土的做法。但因其消耗材料較多，且密封較難，不能完全做到隔離混凝土與主筋的接觸。2018年，馬佳等[18]提出一種新工法。該工法是將事先加工好的脫松套直接套入鋼筋籠外露承臺、系梁外端的主筋和聲測管表面，使樁頭混凝土和主筋不發(fā)生握裹，再用雙刀環(huán)切法切割混凝土保護層，然后用風鎬垂直樁身方向鉆孔后，插入分離楔子實現(xiàn)樁頭與樁身完全分離，最后吊離上部樁頭。該工藝避免了繁重的混凝土剝離工作，保證了主筋少受損傷、樁基完整性。但該方法需要風鎬鉆孔，噪聲較大，仍有粉塵污染；且鉆孔劈裂工作勞動強度較大，效率較低；同時裂口也不平齊，需要留較長保護段（10 cm以上）。

為了克服這些缺點，2020年，劉克亮[19]提出一種新工法，該工法在吸收套管和復(fù)合脫松套做法的基礎(chǔ)上，改用液壓劈裂槍插入孔洞內(nèi)截斷樁頭混凝土。該方法減少了粉塵，提高了劈裂效率，降低了劈裂勞動強度，但需要鉆機、液壓劈裂機和吊車這3種機械，對設(shè)備要求較高。同時，裂口不平齊的缺點依然存在，后期處理工作仍較大。這些缺點增加了成本。另外，上述2種工法在聲測管外套上套管，對聲測檢測結(jié)果也有影響。為了克服這些的缺點，在借鑒上述技術(shù)的優(yōu)點并吸收綠色拆除的理念和技術(shù)手段（如繩鋸切割工藝[10]）的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種新的樁頭綠色拆除技術(shù)。

2 鋼筋混凝土灌注樁樁頭預(yù)埋管和繩鋸切割綠色拆除技術(shù)

本技術(shù)的主要特征為：為了避免包裹鋼筋的混凝土的剝離和破碎工作，借鑒了文獻[18]和[19]在縱筋上設(shè)置套管并在切割平面的樁身表面設(shè)置一圈腰管的做法；通過布置穿繩管和使用繩鋸切割樁身橫截面混凝土和其中的聲測管，并在吊裝管中插入圓鋼后系上鋼絲繩，用吊車（或其他機械）吊裝樁頭切除部分，實現(xiàn)了免鉆孔拆除[20]。本技術(shù)關(guān)鍵創(chuàng)新是：在樁身澆筑時巧妙預(yù)埋4種管道：腰管、穿繩管、套管和吊裝管；引入繩鋸施工工藝。

2.1 灌注樁樁頭預(yù)埋管布置方式和預(yù)埋施工

為了實現(xiàn)免剝離（或少剝離）、免鉆孔、高質(zhì)量、綠色安全的樁頭拆除，在鋼筋混凝土灌注樁下放鋼筋籠前就計算好切割平面位置，并在相應(yīng)位置的鋼筋籠上預(yù)埋好腰管、穿繩管、套管、吊裝管和聲測管（圖1）。幾種預(yù)埋管的布置方式如下所述。

圖1 樁頭鋼筋籠和預(yù)埋管結(jié)構(gòu)

1）腰管和穿繩管布置在樁頂設(shè)計標高以上2～5 cm區(qū)域的同一水平面內(nèi)，該平面即為切割平面。切割平面以上部分即為樁頭的切除部分。腰管緊貼縱筋外側(cè)，圍成一個完整的圈。穿繩管中間部分緊貼縱筋內(nèi)側(cè)（對于圓形截面樁，穿繩管圍成300°左右的圓?。瑑啥松熘裂軆?nèi)側(cè)，兩端與最近縱筋直線距離大于3 cm。腰管用一根PVC塑料管或橡膠管的兩端對接而成，對接處纏繞膠帶寬度大于5 cm；穿繩管和套管采用PVC塑料管預(yù)埋形成。腰管直徑等于或大于樁身混凝土保護層厚度；穿繩管內(nèi)徑為15～25 mm；套管內(nèi)徑大于縱筋直徑4～20 mm。

2）樁頭切除部分的上半部分在同一水平面內(nèi)預(yù)埋有多根吊裝管，該水平面與切除部分頂部的距離大于切除部分總高度的1/4，吊裝管與樁身表面交點均勻分布在圓周上，其縱軸指向所在水平面的圓心。吊裝管外端與混凝土保護層平齊或伸出混凝土保護層表面1～2 cm。

3）樁頭的縱筋在切割平面以上部分套有套管。樁頭中沿縱向還均勻布置有多根聲測管，聲測管在切割平面處向樁心彎曲，在縱筋和聲測管之間留出間隙供穿繩管穿過，聲測管在其他高度緊貼縱筋或箍筋。

預(yù)埋管施工要點如下所述：

1）為了防止水泥漿進入管道中，穿繩管、套管、吊裝管兩端需堵塞。

2）腰管和穿繩管均用綁扎鐵絲綁扎在縱筋上，所有與縱筋接觸處均綁扎；每根套管上端管壁鉆孔，穿過鐵絲后綁扎在該根套管套住的縱筋上端。力求腰管和穿繩管的中心線在同一平面上。

3）聲測管應(yīng)布置在腰管大半圓圈上，保證在繩鋸切割時完全能切斷。

2.2 繩鋸切割工藝

在拆除鋼筋混凝土灌注樁樁頭時，切割發(fā)生在切割平面，如圖2所示，并采用以下步驟施工。

圖2 繩鋸切割面平面示意

1）找到腰管，破壞包裹腰管的混凝土保護層，解除纏繞膠帶和綁扎鐵絲后取出腰管。

2）清理穿繩管兩端堵塞物，并從穿繩管兩端開口穿過繩鋸鋸條。

3）開動繩鋸沿切割平面切割混凝土和聲測管，切割至邊界線為止；切割時，采用水管對準穿繩管的一端開口，輸入潤滑用水至切割面的繩鋸鋸條上，隨著切割深度增大，逐步加大水壓和水量。

4）解開套管上端鐵絲，破除切割平面上穿繩管外側(cè)的混凝土；沿切割平面剪開穿繩管。

5）用扁頭鋼釬插入切割平面的切割面，撬起鋼釬使保留混凝土沿切割平面斷開。

6）打開吊裝管外端木塞，插入長度大于吊裝管深度10～15 cm的圓鋼，并在圓鋼與吊裝管之間的間隙中插入楔形木條固定，在圓鋼上系上鋼絲繩，用吊車吊裝樁頭切除部分，及時用木塞封堵工程樁上被切割的聲測管。

上述步驟3）還可以為：開動繩鋸沿切割平面切割混凝土和聲測管，切割至邊界線為止；切割初期潤滑用水采用水管對準穿繩管的一端開口，輸入到切割平面的切割面上；切割深度大于5 cm后，在穿繩管中點處剪除長2 cm的管道，改從該處插入水管，將潤滑用水輸入到切割面的鋸條上，隨著切割深度增大，逐步深插水管以接近繩鋸鋸條或加大水壓和水量。

2.3 技術(shù)特點和優(yōu)勢

相對于人工、機械和文獻[2-3]提供的樁頭拆除技術(shù)，本技術(shù)有以下特點和優(yōu)勢：

1）本技術(shù)通過設(shè)置預(yù)埋管和首次將繩鋸工藝引入樁頭拆除中，在實現(xiàn)免剝離（或少剝離）和對樁身無損拆除的同時，達成了免鉆孔和精確切割，降低了勞動強度，減少了人工修平和鑿毛工作量少。

2）施工噪聲小，粉塵少，安全性高，基本實現(xiàn)了綠色拆除。

3）預(yù)埋管的布置基本不影響利用聲測管對樁身質(zhì)量的檢測。

4）該技術(shù)的應(yīng)用不受樁身幾何形狀、尺寸大小和是否規(guī)整的影響。用于矩形或其他形狀時，穿繩管只需在轉(zhuǎn)角處設(shè)置弧形倒角即可，具體布置方式可借鑒文獻[21]。

5）適用于能在樁頭開展繩鋸切割和吊裝作業(yè)的場合。

3 技術(shù)應(yīng)用試驗

3.1 試驗場地、材料、機械和操作

該技術(shù)已于2021年10月初在甘肅安臨公路AL4合同段開展了首次應(yīng)用試驗。試驗位于工地攪拌站附近。灌注樁直徑1.2 m，縱筋采用12根φ28 mm螺紋鋼，混凝土強度等級為C35（從澆筑到切割時間間隔7 d），混凝土保護層厚35 mm。預(yù)埋腰管采用橡膠管，外徑40 mm；穿繩管采用內(nèi)徑25 mm的橡膠管，其圍成大半圓圈外有10根縱筋。穿繩管開口處抵住腰管內(nèi)側(cè)，接觸點在2根縱筋之間?？v筋套管采用公稱外徑為40 mm的PVC塑料管。布置3根吊裝管，采用公稱外徑為25 mm的PVC塑料管。因為采用繩鋸切割，樁頭長度不影響切割效果，本試驗切割平面以上的混凝土只澆筑0.3 m。套管下端用石膏和膠帶堵塞，吊裝管兩端膠帶堵塞。

切割機采用功率22 kW、電壓380 V的交流電電動切割機。使用用金剛石串珠橡膠鋸條（φ11.5 mm）。采用φ20 mm水管插入穿繩管一端，為繩鋸鋸條降溫潤滑。按照上文介紹的施工工序，先剝離包裹腰管的混凝土，解除腰管，接著從穿繩管穿過繩鋸鋸條。從開機切割到鋸條切割至距離其包圍的2根縱筋5 cm左右，耗時32 min。切割后，用挖掘機鏟斗撞擊切下的樁頭，使其在切割平面完全斷開；吊裝孔插入圓鋼，套上繩索后用挖掘機吊裝起切下的樁頭。

3.2 試驗效果分析

從試驗結(jié)果看，試驗基本取得了成功。整個過程噪聲小、粉塵少，工人勞動強度低（只需要破除腰管外混凝土保護層），縱筋和混凝土無損傷，切割速度快（本試驗首次施工，工人操作不熟練，耗時較多。將來熟練后，一根樁頭切割時間可以降低到15 min左右）；切口混凝土表面平整，后期只需要使用鑿毛機簡單處理即可澆筑混凝土。

與人工破樁頭工藝比較，本技術(shù)人工勞動強度低，總體耗時縮短60%以上，成本也降低50%以上。與上文馬佳等[18]、劉克亮[19]提出的工法比較，勞動強度與施工噪聲也有降低，總耗時和成本相當。與液壓破樁機工藝比較，成本和耗時不占優(yōu)勢，但本技術(shù)能適應(yīng)截面不規(guī)則的樁頭，且對樁身破壞很小，施工更綠色環(huán)保。另外，本發(fā)明切割下來的混凝土整體性好，可以作為混凝土塊，用于砌筑低矮擋土墻等對材料強度要求不高的場合。

試驗發(fā)現(xiàn)由于樁頭混凝土澆筑時使用鐵皮模具變形比較大，引起混凝土保護層厚度不均勻，局部混凝土保護厚度較大，導(dǎo)致剝離包裹腰管比較費力。盡管實際工程中灌注樁混凝土?xí)r要在樁頭使用套管，但套管直徑通常比樁身直徑大很多。這也會造成混凝土保護層厚度超過腰管直徑。因為，在實際工程中使用本技術(shù)時，應(yīng)考慮使用高效破除混凝土保護層的方法（如電鉆、小型液壓錘、風鎬和電鋸）。另外，試驗也發(fā)現(xiàn)為了控制繩鋸鋸條在腰管開口處運動軌跡，應(yīng)該在腰管開口附近設(shè)置鋸條導(dǎo)向輪，以防止繩鋸鋸條對腰管開口處附近縱筋的破壞。

4 結(jié)語

通過改進前人的工藝，開發(fā)了一種切割精度高、切口平整、人工修平和鑿毛工作量少、勞動強度低、低噪聲、少粉塵、操作對樁身混凝土和鋼筋無損傷的新的拆除樁頭混凝土綠色施工技術(shù)。通過試驗，驗證了其可用性和先進性。該技術(shù)具有廣泛推廣應(yīng)用的前景。