樁頭靜態破除施工工法
完成單位：江西省現代路橋工程總公司
中交第二公路工程局有限公司
主要完成人：張釗 陳幹 劉衛華 江銘飛 曹波
1.前言
近年來我國橋梁事業迅猛發展，新建橋梁跨徑越來越大、結構越來越複雜，群樁基礎施工也越來越普遍。樁頭破除是承臺基礎施工的必不可少的一道工序，目前普遍的做法是採用人工鑿除，尤其是當前群樁基礎設計間距小，樁徑大，混凝土標號高，機械作業較為困難，人的勞動強度大，同時工序耗時較長。因此尋求一種簡單易用、工期節省同時經濟性高的樁頭破除方法將促進橋梁基礎施工技術進步。
本工法結合了鄂東長江公路大橋，清江大橋以及九江長江公路大橋群樁基礎樁頭破除方法經驗，具有一定的先進性，對特大橋、大橋群樁基礎樁頭破除施工具有一定的指導意義和借鑑意義。
2.工法特點
2.1操作簡單，使用方便，使用時只需按配比要求用水攪拌後灌入鑽孔中即可。
2.2工效高，速度快，一般裝藥後半個小時左右即可出現裂縫，擴張力可達30~50MPa。相對於人工鑿除，能夠節約工期。
2.3破碎過程中無震動、無飛石、無噪聲、無毒、無汙染。
2.4採用的高效無聲破碎劑無毒、無害，易管理，可按普通貨物託運、儲存、保管，操作安全。
2.5靜態樁頭破除能夠節約人力，減少勞動強度及現場灰塵，環保效果好。
3.適用範圍
適用於樁徑φ≥2m的大規模群樁基礎樁頭破除。
4.工藝原理
人工造孔後，利用高效無聲破碎劑在被破碎體內發生緩慢的化學反應和物理變化使介質產生龜裂而解體，再用風鎬解小、破除達到樁頭破除目的。
5.施工工藝流程及操作要點
5.1 施工工藝流程
施工準備→樁頭清理→設計布孔→鑽孔→破碎劑填充灌注→破碎劑反應→風鎬破除→清理→進入下一個循環破除施工。
5.2操作要點
5.2.1施工準備
1、陸地群樁樁基樁頭破除施工：按照要求基坑開挖至設計位置。
2、水中群樁樁基樁頭破除施工：鋼套箱安裝到位後進行封底混凝土澆築抽水至基坑成形或採用鋼板樁圍堰後基坑開挖至設計位置。
5.2.2樁頭清理
清理樁頭雜物、積水。
5.2.3設計布孔
布孔：根據高效無聲破碎劑的效果在樁頭頂和樁頭破除斷面均勻布置孔眼，豎向孔眼深度從樁頂直到設計樁頭頂20cm，橫向孔眼深度為半個樁徑。
豎向鑽孔方向應儘可能做到與臨空面（自由面）平行，以達到最大剝離鋼筋骨架的目的。
圖5.2.3-1 承臺樁頭破除孔眼分布圖
孔距與排距的大小與開採對象的硬度和強度有直接關係。孔距與排距布置可以參考下表：
表5.2.3-1 孔距與排距布置參考表
5.2.4鑽孔
採用風鎬進行鑽孔，鑽孔參數如下：
孔徑：38-50毫米（孔徑越大，產生的膨脹壓力越大，開裂時間越短，但孔徑超過50mm易發生衝孔）；
孔距：15-30釐米（孔距越小，開裂時間越短。根據孔徑和物體的不同材質，約為孔徑的5-8倍。）
孔深：一般為50cm以上，孔深太淺易發生衝孔，但不超過5米為宜，樁頭超過5m可進行二次爆破。裝藥前請將孔內的粉塵或積水清理乾淨；
排距：工程破碎一般為0.15-0.27m。
鑽孔後吹洗乾淨孔內餘水和餘渣，保持孔口旁乾淨，無土石渣。
5.2.5破碎劑填充灌注
5.2.5.1破碎劑配比
1、藥劑用量：
混凝土強度較高，破碎劑用量約為15-20千克/立方米。如直徑2.8m，高度4m樁頭（體積約24.6m3），需要369-492千克破碎劑。
2、水配比量：約為破碎劑重量的30%，如10千克破碎劑配3千克水。
5.2.5.2藥劑攪拌
使用前，將粉末狀藥劑與水混合在一起充分攪拌。
一般情況下，水的溫度應該與氣候溫度一致。如果氣候溫度低於0℃，在混合前對水進行加熱至15℃-20℃。
攪拌注意事項：
1、操作時應將藥劑慢慢倒入已經配兌好的水中，而不是將水慢慢倒入藥劑中。
2、在倒入時應不停地攪拌，直至藥劑與水的混合物變成流質糊狀或膠泥狀。
3、倒入和攪拌的速度要快，從藥劑加入水中至灌入鑽孔結束的時間應控制在5-10分鐘以內，否則易衝孔。
5.2.5.3灌注
對於垂直孔，直接將混合物倒入孔中，使混合物體填充密實。
對於水平孔和斜孔，採用鋼管灌入混合物至孔中的方式。灌注完成後用舊麻袋塞住孔口。
灌注注意事項：
1、灌裝過程中，已經開始發生化學反應的藥劑（表現開始冒氣和溫度快速上升）不允許裝入孔內。
2、從藥劑加入拌合水到灌裝結束，整個過程的時間不能超過五分鐘。
5.2.6破碎劑反應
藥劑反應的快慢與溫度有直接的關係，溫度越高，反應時間越快，反之則慢。
實際操作中，可通過控制拌和水、藥劑和開採對象的溫度控制反應時間。
操作前，進行數次試驗，優選出最佳反應時間。
破碎大直徑樁頭時，考慮到灌孔數量較多，一般控制在1-2h。
5.2.7風鎬破除
破碎劑工作後，採用風鎬對產生裂縫的樁頭進行剝離打散。
5.2.8清理
對樁頭鋼筋進行清理，完成樁頭破除工序。
6.設備與材料
表6-1 主要設備與材料情況表
7.質量控制
7.1對進場材料必須進行檢驗，確保其符合JC 506-92《無聲破碎劑》強制性行業標準，不合格產品不得使用；
7.2根據調查情況，編寫實施性施工方案，按方案中的設計孔位布置圖進行測量放線，嚴格控制孔深、角度等技術參數。
7.3孔距與排距的大小與混凝土強度及布筋有直接關係，硬度越大、混凝土強度越高、布筋密鋼筋粗時，孔距與捧距越小，反之則大。
7.4禁止邊打孔邊裝藥，打孔要一次完成，裝藥要一次完成。禁止打孔完成後立即裝藥，應用高壓風將孔清洗完成後，待孔壁溫度降到常溫度後方可裝藥。
7.5灌裝過程中，已經開始發生化學反應的藥劑不允許裝入孔內。
7.6藥劑反應時間控制藥劑反應時間一般控制在30~60分鐘。
7.7在靠近樁頭處採用人工小心慢速鑿除，保證樁頭頂平整，標高滿足要求。鑿除過程中注意保護好樁頭鋼筋。
8.安全措施
8.1施工前進行安全技術交底，施工過程中無關人員不得進入施工現場。
8.2破碎施工過程中必須配戴防護眼鏡（防塵防衝擊型PVC護目鏡）。
8.3在藥劑灌入鑽孔到混凝土開裂前，不可將面部直接近距離面對已裝藥的鑽孔。藥劑灌裝完成後，蓋上麻袋或棕墊，遠離裝灌點。觀察裂隙發展情況時應更加小心。
8.4嚴禁擅自在本產品中加入其他任何化學物品。
8.5剛鑽完孔和剛衝孔的鑽孔，孔壁溫度較高，應確定溫度正常符合要求並清洗乾淨後才能繼續裝藥。
8.6各種機械操作人員和車輛、駕駛員，必須取得操作合格證，不準操作與操作證不相符的機械設備；不準將機械設備交給無操作合格證的人員操作，對機械人員要建立檔案，專人管理。
8.7操作人員必須按照機械設備說明書規定，嚴格執行工作前的檢查制度和工作中注意觀察及工作後的檢查保養制度。
8.8施工作業搭設的扶梯、工作檯、護欄、安全網等，必須牢固可靠，並經驗收合格後方可使用。
9.環保措施
9.1合理布置施工場地，施工場地建立良好的排水系統。
9.2現場垃圾運至指定地點集中處理，禁止隨地亂扔。
9.3各種機械廢油用封閉容器收集集中處理。
9.4施工便道、施工現場,加強灑水,控制揚塵,以免汙染環境。
9.5未使用的破碎劑應妥善保管好，廢棄的破碎劑埋置處理，以免汙染環境。
10.效益分析
九江長江公路大橋主墩樁基共計28根，樁徑2.8m，樁頭高度平均4.5m。
靜態破除費用：其中包含人工費、手持式風鑽臺班費、風鎬臺班費、修釺設備臺班費、靜爆劑及鑽頭費用。
1. 布孔、鑽孔：
單根樁布孔總孔數：(2.8m÷0.2m+1)×(2.8m÷0.2m+1)=225(孔)
單根樁鑽孔進尺米數：225(孔)×4.2(m/孔)=945(m)
總進尺米數：945(m) ×28(根)=26460m
人工費（含風鑽臺班、修釺費用）採用150元/天計算。樁施工人數10人，施工工期5天。
費用：150元/天×10×5×28=210000元。
工期：5天
2. 拌制、裝藥、靜爆脹裂
根據靜爆劑使用時，「當孔徑為38~50 mm時，每米孔可裝2±0.2 kg高效破碎劑」，破碎劑消耗量指標為：2kg
破碎劑費用：52920kg×2元/kg=105840元。
3. 風鎬解小、破碎、翻渣、清面、修斷面
由於靜爆使得巖石脹裂，但未破碎，石渣仍緊密，因此還必須使用風鎬配3m3移動式油動空壓機進行解小、破碎，再進行人工修整鋼筋等。
人工費（含小機械）採用150元/天計算。實際施工人數10人，施工工期15天。
費用：150元/天×10×15=22500元。
總費用：338340元。
總工期：5+15=20天。
破樁頭初，項目採用人工風鎬破除，效率低下，統計如下：
人工費（含小機械）採用150元/天計算。單根樁破除施工人數5人，破碎單根樁施工工期10天，實際總共施工人數30人工，總期：60天（計算過程中未考慮人的勞動強度，考慮勞動強度後，工期將更長，費用也將相應加大）。
總費用：150×30人×60=270000元。
總工期：60天。
綜上：相較於人工破碎，樁頭靜態破除直接費用差距為-68340元，但是工期節約40天，其產生的經濟費用遠遠超過直接費用，同時帶來的社會效應無可估量。
11.應用實例
1、九江長江公路大橋
九江長江公路大橋主塔座落於長江大堤（永安大堤）迎水面二階護坡平臺上，距離大堤僅18m，為國內首座建於長江防洪大堤上的主塔。基礎承臺採用兩個邊長為22.5m×22.5m×8m分離式承臺。承臺埋深6m，每個承臺下設14根直徑2.8m，樁長80.4m樁基。樁基混凝土標號為C30，樁頭高度平均為4.5m。採用靜態破除法進行樁頭混凝土破碎施工，效果良好，工期節約近40天，經濟性相較於鑿除作業有明顯提升。
2、鄂東長江公路大橋
鄂東長江公路大橋A合同段主5＃墩共設33根覆蓋層內直徑為2.8m、基巖內直徑為2.5m的鑽孔灌注樁，樁頂標高+7m，樁底標高-64m，樁長為71m，入巖深度38～44m，均按照摩擦樁設計。 套箱封底後，採用靜態破除法進行樁頭混凝土破碎施工，效果良好，工期節約近二個月，經濟性相較於鑿除作業有明顯提升。
3、清江大橋
清江大橋是一座主跨220m的獨塔PC斜拉橋，其跨徑布置為（40m+40m+70m）+220m，橋梁全長380.4m。主橋樁基共有24根嵌巖灌注樁，深度為55m。橋位處於恩施山區，巖溶強烈發育。樁基採用衝擊成孔，泥漿正循環工藝，承臺採用帷幕止水，基坑開挖後採用靜態破除法進行樁頭混凝土破碎施工，效果良好，工期節約近一個月，經濟性相較於鑿除作業有明顯提升。