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钻孔灌注桩桩头软截施工工法.doc

钻孔灌注桩桩头“软截”施工工法

深圳中铁二局工程有限公司

田亚洲 吴建福 蒙 凯 胡力绳 曹 浪

随着我国基础建设工程的快速发展GB／T 36214.3-2018 塑料 体积排除色谱法测定聚合物的平均分子量和分子量分布 第3部分：低温法，钻孔灌注桩作为一种基础形式以其适应性强、适用范围广、承载力高、成本适中、施工简便等特点在路桥及高层建筑基础工程中取得了广泛应用。

在灌注桩施工过程中，通常把凿除“保证桩头质量而超高0.5～1.0m灌注部分”混凝土”的工作称为“破桩头”或“凿桩头”。“破桩头”是钻孔灌注桩施工的最后一道关键工序，对桩基础承载能力以及与后续混凝土结构有效的“嵌入”衔接起到重要的作用，是钻孔灌注桩施工不可或缺的组成部分。传统的破桩头施工方法需要专业的施工人员；作业工序多、耗时长、功效低、噪音大且粉尘多；“找”钢筋、钢筋剥离工作量大而易使钢筋损伤；破除的废弃桩头不易清出工作面且难以运输。在南方雨季施工因耗时长受天气影响特别大，基坑大量积水导致破桩头工作出现多次反复，使得桩检等后续工作计划得不到有效执行，在群桩基础施工中表现尤为突出。

深圳中铁二局工程有限公司承建的广佛江快速通道江门段（三江至南门大桥）工程二标段为原S270省道改造工程，标段内包括四座大桥、四座小桥、两座人行天桥，桩基共计724根，桩径1m～1.6m。为了解决桩头难破问题，项目部通过技术攻关，采用自主研发的稀释装置及工艺对桩头进行“软截”。截止目前已顺利完成左幅362根桩基桩头破除，提高了效率，减少了环境污染，取得了良好的经济、社会效益。

本工法利用灌注混凝土既有的设备（钻机、泥浆泵）、人员，增加自主研制的软截喷头作为关键设备，就地取材使用泥浆作为消耗材料进行桩头软截破除，不需要额外增加其他人员、专业设备和材料。经过“软截”施工后，原超灌部分桩头土、混凝土分界明显，传统工艺难以寻找的钢筋直接暴露在上段土中，剥离钢筋的工作大大减少，方便进行桩头破除及后续施工。经过现场试验后，软截操作影响深度可控，下部桩身强度有保证，剩余桩头长度可控，方便进行流程化施工与管理。

采用本工法进行灌注桩桩头软截，仅需1名冲孔钻机操作员与3名普通工人，使用自主研发的稀释装置，利用灌注桩施工现场的泥浆泵、泥浆池等进行施工，不需要专业技术型操作人员与额外的设备。本工法施工耗时短、步骤少、操作简便，且不影响其他的成桩步骤。经过“软截”技术处理后的剩余桩头，在桩头破除时无需对钢筋进行弯折，进一步简化了桩头破除的施工流程。

本工法通过特制喷头，使用桩基施工过程中产生的泥浆对未初凝的混凝土进行软截破除，避免了异形“蘑菇头”桩头的产生无需使用吊车等额外的大型设备，施工时间短，破除效果好。相较于传统的施工方法，使用本工法可以减少剩余超灌桩头破除的时间，提高群桩基础整体的施工速度，且与成桩过程的其他施工步骤互不影响，功效高。

采用本工法进行桩头“软截”施工，将破桩头的时间延伸到混凝土灌注结束后，避免了在过高桩头破除时可能存在的风险，如上部混凝土块掉落时砸伤工人等。同时，通过对采用本工法施工的桩基进行钻芯取样并进行承载能力试验，验证了“软截”施工后桩基的质量，施工安全质量可靠。

采用本工法进行桩头“软截”，降低了剩余桩头的高度，缩短了桩头破除的施工时间，减少桩头破除过程中产生的扬尘、噪声和混凝土废块等，降低了施工对周围居民居住环境的影响，实现了绿色施工，提高了环保效率。

本工法适用于路桥、房建及市政工程中灌注桩桩头破除，能适应各种复杂环境，特别是大基坑群桩基础施工中具有明显优势。稍加改进可在地下连续墙顶标高、大型沉井封底标高控制等运用。

本工法的工艺原理：通过泥浆泵提供的冲力打乱桩头待截部分混凝土的结构，并通过一定量带有速度的泥浆携带出其中的水泥、砂及大部分碎石，使待截部分桩头形成几乎没有强度的土质桩头。

在灌注桩超灌部分中设置分界面，为高于灌注桩设计标高的30cm，避免分界面上方喷射水流对桩身设计标高面下混凝土强度造成影响；在灌注桩浇筑后，混凝土初凝前，将设计配套喷管与泥浆管道连接后，根据超灌高度与初设分界面高度，在喷头杆相应位置粘贴有色胶带一圈以控制喷头下探深度位置；将喷头及泥浆管道由冲孔钻机吊起，在3名“软截”操作员的控制下，将喷头平稳的下放至灌注桩分界面；通过泥浆泵动力的推动，由特意设计的喷头内管控制泥浆的方向与液面状态，将泥浆喷射到超灌桩头分界面上，并将分界面上部的混凝土大致均分为3层然后上提喷头，分界面及各层分隔面处各停留4分钟、8分钟、8分钟；通过喷头上部把手旋转喷头，使得分界面及其余2处混凝土层分隔面处的混凝土受到均匀的冲切；喷头完全提出混凝土桩后，以PVC管探入灌注桩中，确定灌注桩超灌部分分界面上混凝土被“稀释”深度达到设计深度。

灌注桩桩头软截系统由钻机（提供提升动力）、特制喷头、泥浆管道和一台泥浆泵组成，是基于“稀释”原理建立的一套对灌注桩超灌部分进行创新性“破除”方法，是施工自动化、一体化的技巧性破桩方法。

各类喷头设计方案比选如下：

A型喷头结构简单、制作方便、耐磨损能力强，经过现场试验，确定其可以对灌注桩超灌混凝土桩头进行柔性切除，对分界面下混凝土影响小。但是由于其管体部分较短且管体上部无把手，喷头转动困难，施工时形成的泥浆面小，只适合对桩径较小的灌注桩桩头进行处理。

B型喷头通过水平支管将软截水面的半径扩大，4道水平支管与1道竖向支管将泥浆出口分散，能够对软截分界面进行更加精确的控制，可以实现对桩径较大的灌注桩超灌桩头的软截。B型喷头整体材料方便采取，端头的铁桶能够很好的固定住水平支管，防止支管在工作中发生变形等。然而由于B型喷头端部较大，喷头下探困难、下探时间长，端部支管喷出的泥浆柱容易对分界面下的混凝土造成影响，成桩质量不好控制。

C型喷头是由B型喷头改进而来，其泥浆管道设计与B型喷头相同，但喷头端部的铁桶由C25混凝土填充，使喷头在下探时能够快速的达到原定的分界面上。

C型喷头继承了B型喷头结构坚固、冲切水面宽的优势，端部铁桶中浇注的混凝土增加了喷头的整体质量，使得喷头更易下探到分界面上，缩短了喷头下探的时间，减少了对分界面下部混凝土质量的影响。但是端头浇注的混凝土也增加了软截施工时旋转喷头的难度，易使得分界面不平整，过重的喷头增加了尾部弯头处断裂的概率，缩短了喷头使用的寿命。

D型喷头结构简单、端头坚固耐用，整体质量轻，方便搬运和在软截施工时进行旋转。端头水平方向的4道支管半径更长，对分界面外围的冲洗控制更加精确，中间主管无冲洗管道出口，降低了泥浆液对冲洗分界面下混凝土的影响。但是，软截施工过程中，桩心部分混凝土无法完全的截断。下探和旋转过程中，喷头仅由上部两道把手进行控制，使用时容易损坏。由于喷头中部为光滑的不锈钢管，下探过程中，操作人员难以着力，易造成软截冲洗时间过长。

E型喷头是对B、D型喷头的改良和升级，通过设置竖向支撑管和水平环管减少喷头下放摩阻力和重量，通过设置水平切割导流板将竖向的高速股状泥浆导流扩散为横向高速切割面。4道水平支管与1道竖向支管共5处泥浆出口共同形成整体“软截”动力系统，水平切割导流板负责分界面的切割有效保护下部桩头混凝土质量，4道水平支管通过高速泥浆打乱桩头上部混凝土的结构组分，并携带出原混凝土中的水泥、砂及碎石，使其形成几乎没有强度的土质桩头。端头上部间隔两米的环形钢管与外部的竖向钢管除了可以固定端部的水平支管，还可以作为喷头下探过程中的着力点，缩短下探过程的时间。喷头尾部的圆环形把手便于旋转，喷头支管出口的十字丝阻止了石子骨料等进入，防止堵管。

经过上述方案比选，E型喷头内部泥浆管道设置更加合理、施工更加便捷，结构简单、取材方便，能够处理桩径较大的灌注桩超灌桩头，软截分界面更加均匀平整，能够适用于本工程桩径1m～1.6m的灌注桩桩头软截施工。

4.2.2 泥浆泵功率选择

通过现场试验和施工经验总结，采用22kw的泥浆泵能够完成灌注桩的超灌混凝土桩头软截，且会对分界面下部的混凝土质量的影响在30cm之内，不会对设计标高下的混凝土桩头成桩质量造成影响，与E型喷头配合后完成的桩头软截面较为平整。故本项目采用的泥浆泵机为22kw的三相异步电动机。

5.施工工艺流程及操作要点

桩头软截技术施工内容主要为“施工准备”、“软截系统装接”、“喷头下探”、“匀速旋转喷头”、“检查截桩深度”等。

5.2.1.1 “软截”装置检查

为确保软截施工顺利和安全，在施工前对软截系统各部分进行检查和测试，检测内容为：

（1）检查泥浆泵与泥浆浓度

“软截”施工所用的泥浆为灌注桩施工过程所产生的泥浆，储存在灌注桩旁边的泥浆池内，由于施工环境露天，泥浆浓度难以长久保持。若泥浆浓度过高，软截施工时易对分界面下的混凝土质量造成影响；若泥浆浓度过低，软截施工时难以将分界面

上部混凝土内的粗骨料带出，分层软截时容易堵管、喷头上提困难且会造成上部混凝土质量下降，软截效果差、剩余桩头高。为使软截泥浆达到理想浓度，需要用运浆车抽走浓度较低的泥浆池上部泥浆和向泥浆浓度过高的泥浆池注水。在调节泥浆浓度后，泥浆池内的泥浆液面高度发生变化，为保证在桩头软截施工时泥浆泵运行良好，需调整泥浆泵在泥浆池里的高度，同时还要调整泥浆泵的位置，防止泥浆泵处砂石淤积造成泥浆泵损坏。

（2）检查泥浆输送管道

泥浆管道是泥浆泵将泥浆从泥浆池输送到“软截”喷头的中间管道，本项目采用内径120的黑色橡胶管作为泥浆管道，使用情况良好。但灌注桩施工环境复杂郑登快速通道第七标段大桥盖梁施工方案，泥浆池中的泥浆含有一定量的粗骨料石子会无法避免的进入泥浆管道中，造成管道破损，进而导致泥浆液在施工时喷射出来，污染施工环境。为使“软截”施工顺利进行，在施工前对泥浆管道进行视检，并在连同喷头前开启泥浆泵，检查泥浆泵运行过程中是否有泥浆泄漏。

（3）检查“软截”喷头

本项目采用特制的E型喷头进行“软截”施工，喷头采用不锈钢管焊制，喷头尾部90度弯折处安装起吊环进行起吊，泥浆中的粗骨料等常易堵塞喷头支管，管道弯折处易出现裂缝等。

在进行“软截”施工前，要对喷头内外及其弯折处进行检查，确定喷头内部管道连通、没有堵塞物，弯折处无过度磨损，喷口处未变形或变形较小，喷头各处无裂口，确保在“软截”过程中泥浆流通顺畅并尽量延长喷头使用时间。

桥梁混凝土施工技术交底记录5.2.1.2 施工平台准备

“软截”施工在灌注桩浇灌完成后尚未凝结前，在灌注桩的护筒上以4道工字钢搭建临时的井字形施工操作平台。