桩头静态破除施工工法
完成单位：江西省现代路桥工程总公司
中交第二公路工程局有限公司
主要完成人：张钊陈干刘卫华江铭飞曹波
1.前言
近年来我国桥梁事业迅猛发展，新建桥梁跨径越来越大、结构越来越复杂，群桩基础施工也越来越普遍。桩头破除是承台基础施工的必不可少的一道工序，目前普遍的做法是采用人工凿除，尤其是当前群桩基础设计间距小，桩径大，混凝土标号高，机械作业较为困难，人的劳动强度大，同时工序耗时较长。因此寻求一种简单易用、工期节省同时经济性高的桩头破除方法将促进桥梁基础施工技术进步。
本工法结合了鄂东长江公路大桥，清江大桥以及九江长江公路大桥群桩基础桩头破除方法经验，具有一定的先进性，对特大桥、大桥群桩基础桩头破除施工具有一定的指导意义和借鉴意义。
2.工法特点
2.1操作简单，使用方便，使用时只需按配比要求用水搅拌后灌入钻孔中即可。
2.2工效高，速度快，一般装药后半个小时左右即可出现裂缝，扩张力可达30~50MPa。相对于人工凿除，能够节约工期。
2.3破碎过程中无震动、无飞石、无噪声、无毒、无污染。
2.4采用的高效无声破碎剂无毒、无害，易管理，可按普通货物托运、储存、保管，操作安全。
2.5静态桩头破除能够节约人力，减少劳动强度及现场灰尘，环保效果好。
3.适用范围
适用于桩径φ≥2m的大规模群桩基础桩头破除。
4.工艺原理
人工造孔后，利用高效无声破碎剂在被破碎体内发生缓慢的化学反应和物理变化使介质产生龟裂而解体，再用风镐解小、破除达到桩头破除目的。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
施工准备→桩头清理→设计布孔→钻孔→破碎剂填充灌注→破碎剂反应→风镐破除→清理→进入下一个循环破除施工。
5.2操作要点
5.2.1施工准备
1、陆地群桩桩基桩头破除施工：按照要求基坑开挖至设计位置。
2、水中群桩桩基桩头破除施工：钢套箱安装到位后进行封底混凝土浇筑抽水至基坑成形或采用钢板桩围堰后基坑开挖至设计位置。
5.2.2桩头清理
清理桩头杂物、积水。
5.2.3设计布孔
布孔：根据高效无声破碎剂的效果在桩头顶和桩头破除断面均匀布置孔眼，竖向孔眼深度从桩顶直到设计桩头顶20cm，横向孔眼深度为半个桩径。
竖向钻孔方向应尽可能做到与临空面（自由面）平行，以达到 剥离钢筋骨架的目的。
图5.2.3-1承台桩头破除孔眼分布图
孔距与排距的大小与开采对象的硬度和强度有直接关系。孔距与排距布置可以参考下表：
表5.2.3-1孔距与排距布置参考表
5.2.4钻孔
采用风镐进行钻孔，钻孔参数如下：
孔径：38-50毫米（孔径越大，产生的膨胀压力越大，开裂时间越短，但孔径超过50mm易发生冲孔）；
孔距：15-30厘米（孔距越小，开裂时间越短。根据孔径和物体的不同材质，约为孔径的5-8倍。）
孔深：一般为50cm以上，孔深太浅易发生冲孔，但不超过5米为宜，桩头超过5m可进行二次爆破。装药前请将孔内的粉尘或积水清理干净；
排距：工程破碎一般为0.15-0.27m。
钻孔后吹洗干净孔内余水和余渣，保持孔口旁干净，无土石渣。
5.2.5破碎剂填充灌注
5.2.5.1破碎剂配比
1、药剂用量：
混凝土强度较高，破碎剂用量约为15-20千克/立方米。如直径2.8m，高度4m桩头（体积约24.6m3），需要-千克破碎剂。
2、水配比量：约为破碎剂重量的30%，如10千克破碎剂配3千克水。
5.2.5.2药剂搅拌
使用前，将粉末状药剂与水混合在一起充分搅拌。
一般情况下，水的温度应该与气候温度一致。如果气候温度低于0℃，在混合前对水进行加热至15℃-20℃。
搅拌注意事项：
1、操作时应将药剂慢慢倒入已经配兑好的水中，而不是将水慢慢倒入药剂中。
2、在倒入时应不停地搅拌，直至药剂与水的混合物变成流质糊状或胶泥状。
3、倒入和搅拌的速度要快，从药剂加入水中至灌入钻孔结束的时间应控制在5-10分钟以内，否则易冲孔。
5.2.5.3灌注
对于垂直孔，直接将混合物倒入孔中，使混合物体填充密实。
对于水平孔和斜孔，采用 灌入混合物至孔中的方式。灌注完成后用旧麻袋塞住孔口。
灌注注意事项：
1、灌装过程中，已经开始发生化学反应的药剂（表现开始冒气和温度快速上升）不允许装入孔内。
2、从药剂加入拌合水到灌装结束，整个过程的时间不能超过五分钟。
5.2.6破碎剂反应
药剂反应的快慢与温度有直接的关系，温度越高，反应时间越快，反之则慢。
实际操作中，可通过控制拌和水、药剂和开采对象的温度控制反应时间。
操作前，进行数次试验，优选出 反应时间。
破碎大直径桩头时，考虑到灌孔数量较多，一般控制在1-2h。
5.2.7风镐破除
破碎剂工作后，采用风镐对产生裂缝的桩头进行剥离打散。
5.2.8清理
对桩头钢筋进行清理，完成桩头破除工序。
6.设备与材料
表6-1主要设备与材料情况表
7.质量控制
7.1对进场材料必须进行检验，确保其符合JC-92《无声破碎剂》强制性行业标准，不合格产品不得使用；
7.2根据调查情况，编写实施性施工方案，按方案中的设计孔位布置图进行测量放线，严格控制孔深、角度等技术参数。
7.3孔距与排距的大小与混凝土强度及布筋有直接关系，硬度越大、混凝土强度越高、布筋密钢筋粗时，孔距与捧距越小，反之则大。
7.4禁止边打孔边装药，打孔要一次完成，装药要一次完成。禁止打孔完成后立即装药，应用高压风将孔清洗完成后，待孔壁温度降到常温度后方可装药。
7.5灌装过程中，已经开始发生化学反应的药剂不允许装入孔内。
7.6药剂反应时间控制药剂反应时间一般控制在30~60分钟。
7.7在靠近桩头处采用人工小心慢速凿除，保证桩头顶平整，标高满足要求。凿除过程中注意保护好桩头钢筋。
8.安全措施
8.1施工前进行安全技术交底，施工过程中无关人员不得进入施工现场。
8.2破碎施工过程中必须配戴防护眼镜（防尘防冲击型PVC护目镜）。
8.3在药剂灌入钻孔到混凝土开裂前，不可将面部直接近距离面对已装药的钻孔。药剂灌装完成后，盖上麻袋或棕垫，远离装灌点。观察裂隙发展情况时应更加小心。
8.4严禁擅自在本产品中加入其他任何化学物品。
8.5刚钻完孔和刚冲孔的钻孔，孔壁温度较高，应确定温度正常符合要求并清洗干净后才能继续装药。
8.6各种机械操作人员和车辆、驾驶员，必须取得操作合格证，不准操作与操作证不相符的机械设备；不准将机械设备交给无操作合格证的人员操作，对机械人员要建立档案，专人管理。
8.7操作人员必须按照机械设备说明书规定，严格执行工作前的检查制度和工作中注意观察及工作后的检查保养制度。
8.8施工作业搭设的扶梯、工作台、护栏、安全网等，必须牢固可靠，并经验收合格后方可使用。
9.环保措施
9.1合理布置施工场地，施工场地建立良好的排水系统。
9.2现场垃圾运至指定地点集中处理，禁止随地乱扔。
9.3各种机械废油用封闭容器收集集中处理。
9.4施工便道、施工现场,加强洒水,控制扬尘,以免污染环境。
9.5未使用的破碎剂应妥善保管好，废弃的破碎剂埋置处理，以免污染环境。
10.效益分析
九江长江公路大桥主墩桩基共计28根，桩径2.8m，桩头高度平均4.5m。
静态破除费用：其中包含人工费、手持式风钻台班费、风镐台班费、修钎设备台班费、静爆剂及钻头费用。
1.布孔、钻孔：
单根桩布孔总孔数：(2.8m÷0.2m+1)×(2.8m÷0.2m+1)=(孔)
单根桩钻孔进尺米数：(孔)×4.2(m/孔)=(m)
总进尺米数：(m)×28(根)=m
人工费（含风钻台班、修钎费用）采用元/天计算。桩施工人数10人，施工工期5天。
费用：元/天×10×5×28=元。
工期：5天
2.拌制、装药、静爆胀裂
根据静爆剂使用时，“当孔径为38~50mm时，每米孔可装2±0.2kg高效破碎剂”，破碎剂消耗量指标为：2kg
破碎剂费用：kg×2元/kg=元。
3.风镐解小、破碎、翻渣、清面、修断面
由于静爆使得岩石胀裂，但未破碎，石渣仍紧密，因此还必须使用风镐配3m3移动式油动空压机进行解小、破碎，再进行人工修整钢筋等。
人工费（含小机械）采用元/天计算。实际施工人数10人，施工工期15天。
费用：元/天×10×15=00元。
总费用：元。
总工期：5+15=20天。
破桩头初，项目采用人工风镐破除，效率低下，统计如下：
人工费（含小机械）采用元/天计算。单根桩破除施工人数5人，破碎单根桩施工工期10天，实际总共施工人数30人工，总期：60天（计算过程中未考虑人的劳动强度，考虑劳动强度后，工期将更长，费用也将相应加大）。
总费用：×30人×60=元。
总工期：60天。
综上：相较于人工破碎，桩头静态破除直接费用差距为-元，但是工期节 0天，其产生的经济费用远远超过直接费用，同时带来的社会效应无可估量。
11.应用实例
1、九江长江公路大桥
九江长江公路大桥主塔座落于长江大堤（永安大堤）迎水面二阶护坡平台上，距离大堤仅18m，为国内首座建于长江防洪大堤上的主塔。基础承台采用两个边长为22.5m×22.5m×8m分离式承台。承台埋深6m，每个承台下设14根直径2.8m，桩长80.4m桩基。桩基混凝土标号为C30，桩头高度平均为4.5m。采用静态破除法进行桩头混凝土破碎施工，效果良好，工期节约近40天，经济性相较于凿除作业有明显提升。
2、鄂东长江公路大桥
鄂东长江公路大桥A合同段主5＃墩共设33根覆盖层内直径为2.8m、基岩内直径为2.5m的钻孔灌注桩，桩顶标高+7m，桩底标高-64m，桩长为71m，入岩深度38～44m，均按照摩擦桩设计。套箱封底后，采用静态破除法进行桩头混凝土破碎施工，效果良好，工期节约近二个月，经济性相较于凿除作业有明显提升。
3、清江大桥
清江大桥是一座主跨m的独塔PC斜拉桥，其跨径布置为（40m+40m+70m）+m，桥梁全长.4m。主桥桩基共有24根嵌岩灌注桩，深度为55m。桥位处于恩施山区，岩溶强烈发育。桩基采用冲击成孔，泥浆正循环工艺，承台采用帷幕止水，基坑开挖后采用静态破除法进行桩头混凝土破碎施工，效果良好，工期节约近一个月，经济性相较于凿除作业有明显提升。