多种破桩方法的综合应用技术

□中建一局集团第三建筑有限公司 卢程 邓委

 

【摘要】随着建筑技术的高速发展，建筑物超高层、软土地基多采用桩筏基础，钻孔灌注桩、人工挖孔桩的应用非常普遍。桩头破除是桩基施工的最后一环，是土方开挖后期与承台基础施工相衔接的关键性工作，也是施工组织中容易被忽视的问题，如果处理不好，将给成桩的桩垂直度和桩身质量带来重大影响。同时由于桩的位置不同、超灌长度不同、重要性不同，利用多种破桩（整体吊装、破碎锤和人工剔凿）施工技术，保证施工进度及节约成本，不对成桩产生不利影响，是施工组织中需要注意的一环。

本文以徐州苏宁广场项目实际桩头破除措施及相应效果为依据，探讨采用多种桩头破除方法的综合应用，具有施工方便、质量保证、节约成本和节省工期的成效。

　　一、工程概况

徐州苏宁广场项目位于徐州市鼓楼区，彭城广场南侧。工程建筑面积480289m²，其中地下120050m²,地上358545m²，由A、B、C、D、E五栋塔楼及裙房组成，A塔楼最大高度266m，框筒结构，桩筏基础，基底面积40338m²。

A塔楼采用人工挖孔桩，B、C、D、E塔楼及下裙房采用钻孔灌注桩。工程桩数量963根（不含立柱桩43根、试验桩22根），设计桩长10-25米，空桩段14-18米。均为嵌岩桩，入中风化岩层5.2、1.2米，其它如表1、表2所示：

表1 钻孔灌注桩桩径及桩尺寸参数

部位	砼强度等级	桩径尺寸｛mm)	桩数（试桩)	桩长/空桩段长(m）	嵌岩深度（m）
B塔楼	C45	1200、1400	97（3）	11-34/15.95-16.45	1.2、1.4、5.6
C塔楼	C45	1300	77（2）	9-27/15.95-16.45	1.3
D塔楼	C45	1300	81（2）	9-29/15.95-16.45	1.3
E塔楼	C45	1300、1400	72（1）	9-32/15.95-16.45	1.3、5.6
裙房	C40、C45	1200、1300	636（14）	9-22/15.45-16.45	1.2、1.3、5.2

　　注：截桩长度（设计超灌1100mm）：裙房底板区域：截桩长度1～1.5m的约370根,大于1.5m的266根；B-E塔楼区域：截桩长度1～1.5m的约138根,大于1.5m的189根，最大截桩长度7.5m（不含试桩）。

 

表2 人工挖孔桩参数

部位	砼强度等级	桩尺寸	桩数	桩长/空桩段长(m）	嵌岩深度（m）
核心筒区	C45	2400	18	11-30/16.95-17.95	2.3
外框筒区	C45	2700	18	11-25/16.95-17.95	2.7

截桩长度（设计超灌500mm）：截桩长度0.5～1m为15根， 1～1.5m为19根，2根桩截桩2.4m

依据南京南大岩土工程技术有限公司对场地范围内勘察得到的水文地质报告，得知场区地层分为松散层和基岩，松散层由填土、粉土、粉砂和粉质粘土组成，基岩分为灰岩、粉砂岩及泥质粉砂岩、泥岩。松散层：①-1杂填土：①-2冲填土：②-1粉土：②-2粉砂：③粉质粘土：基岩（持力层为④-2）：④-1A 强风化灰岩：④-1B强风化泥质粉砂岩、泥岩：④-1C强风化粉砂岩：④-2A中风化灰岩：④-2B中风化泥质粉砂岩、泥岩：④-2C中风化粉砂岩。

根据地勘报告及实际土方开挖情况看，本场区土质情况较好，一次开挖超深及不均衡开挖的土压力对桩的影响较小，因前期中建五局已进行施工，且根据最后的定位复测，桩位最大偏差不大于50mm。

　　二、桩头多种破除技术的策划

1、考虑A区塔楼桩为大直径人工挖孔桩，为保证桩头钢筋不受损伤，桩头混凝土平整，结合分包队伍成熟的类似工程经验，确定采用整体吊装法对A区塔楼桩桩头（18根直径2.4m、18根直径2.7m桩，超灌0.5-1.5m，预留一步土进行人工挖孔）进行破除。由于桩基为中建五局独立分包，需做好协调工作，在桩身钢筋笼吊放前，开始确定用泡沫棉对桩头钢筋进行包缠，并在吊放到孔口时进行二次检查，保证后期桩头破除的顺利进行。

2、考虑土方挖运的工期非常紧张，桩超灌部分较长，最长达7.5米，且数量众多，超灌高度大于1.5m的桩达455根已近桩总量的一半，主楼群桩和裙房桩承台间距小（最小净距2米），直接影响最后两～三步土的挖运，经与设计沟通，结合基底上2-4米土质是粉质粘土，较密实，经试验统计相关数据后，确定基底上1-1.5米桩头有限制采用破碎锤进行施工。

       

图1                                    图2

3、规范桩头破除人工剔凿施工工艺，采用“一剔、二剥、三弯、四顶、五清”的规范施工工艺，范围为基础底桩顶标高以上1.5米全部采用人工剔凿破除工艺，重点是各主楼区的桩头剔凿的施工过程监控，全程录像，专人负责，保证钢筋不伤、混凝土平实。

　　三、桩头多种破除技术的实际综合应用

　　（一）破碎锤机械破除

　　1、破碎锤机械破除的试验方法

因部分桩浇筑高度大大超过设计高度，实施工作中，每层土方开挖完成后，对此范围内的桩头采用破碎锤予以破除。因内支撑梁的影响，本工程采用了PC120小型破碎锤，从两侧对桩身进行破碎施工，经过试验，此1.5米以上高度范围内桩身可以采取限制性破除。

图3 破碎锤破除现场

通过此方法，大大提高了桩头破除的速度，因为与土方开挖协调配合进行，也方便了土方开挖机械的使用。

　　2、试验效果

为保证桩头破除的实际效果，拟选截桩措施不影响桩身质量，对现场已有的部分试桩进行破除，并进行检测，为后续施工提供实际操作效果保障。

表3 破桩试验

试验方法	试验次数	检测方法	试验结果
桩头高出地面＜0.5m，破碎锤破碎	5	1、超声波检测，沿管身竖向每隔20cm检测一次数值（根据波形进行判断） 2、小应变检测 3、垂直度检测 4、平面定位偏移检测	此范围内桩身表面出现局部裂缝现象，钢筋破坏较严重
桩头高出地面约1m，破碎锤破碎	5		土层下0.2m以下未受桩头破碎影响，0.2m以上桩身质量出现波动
桩头出地面1.5~2.5m，破碎锤破碎	5		桩位、桩身垂直度和质量所受影响可忽略不计，试验桩的位移最大不超过10mm，试验桩身质量均与之前的检测结果一致，达到I级桩要求
采用风镐破碎	5		满足质量要求

　　3、施工作业时的相关要求：

避免野蛮施工，两侧对称进行或从桩头向下沿斜向进行，并专人每天定期检查桩身，测量放线及时对桩位进行复测。

　　（二）人工破除

1、人工凿除样板段的规范施工方法

样板段试验方法：F楼选定两根距离较远桩，一根不做要求，一根按规范法施工截桩头，计时并比较破除后的桩头质量。工效：规范施工法慢10%，质量：规范施工法钢筋顺直方向一致、桩头截除面水平微凸，混凝土坚实。

图4 风镐拆除现场

2、人工凿除施工工艺

放线控制截桩标高→人工剔凿剥离带→剥离钢筋→弯曲钢筋→环向分离混凝土（结合必要的分块）→剔凿清理剔凿，保证混凝土平整坚实。

规范人工破除的操作流程，严格遵照“一剔、二剥、三弯、四顶、五清”施工工艺要求。

一剔：在桩顶设计标高位置以上设置10～15cm的剔凿（切割）线，人工凿开环向缺口，深度至钢筋面（如桩面平滑可结合切割机切割，但不得伤及钢筋），便于后续的风镐作业剥离钢筋。

二剥：用风镐沿钢筋的走向剥离缺口上侧钢筋外保护层，使钢筋与混凝土安全脱离。

三弯：用长钢管套入桩头钢筋至底，将钢筋向外侧掰至微弯，便于施工。

四顶：沿桩环向钻孔，间距300为宜，至桩身混凝土出现环向裂缝至最后断开，钻头水平或稍向上，位置保证不小于在桩顶设计标高以上10～15cm。

五清：将桩头破除混凝土提出，然后用人工凿除并清顶，保证混凝土平整坚实，桩头微凸。

3、施工注意事项

在承台开挖至设计标高后，人工剔凿环向口必须到位，然后用风镐先凿出钢筋笼的主筋和声测管，然后进行桩头分离，再分块或采用大型机械将桩头吊起。

（三）整体截断吊装

整体截断吊装工艺是从欧洲引入的截桩技术。由于此技术简单，劳动强度小，工效高，效果好，在国内逐渐得到推广。预先在桩施工时，用泡沫棉（也有用复合脱松套或硬质塑料管代替）包缠桩头截除段钢筋，然后在截桩标高部位用电锤沿钻洞打眼，接着人工将钢楔（或楔形材料）打入桩身，待混凝土裂缝发展闭合后（多方向形成通缝），桩身自打钎部位上下自然断开（由于桩头钢筋与混凝土已预先隔离开来，混凝土抗拉强度低，分离容易），形成平整截面，然后可将断开的桩身直接用塔吊吊运出基坑（塔吊臂端吊重须大于2吨）。

1、桩头整体破除法施工方法

桩头整体破除法主要是在钻孔结束后安装钢筋笼前，将事先加工好的复合脱松套或PE管直接套入钢筋笼外露承台的主筋和声测管外端表面，将钢筋笼伸入承台的主筋和声测管全部包裹、密封。复合脱松套或PE管主要作用是使桩头混凝土和主筋不发生握裹。

复合脱松套或PE管主要设置在桩头部分，为了保证桩头的分离，复合脱松套底端设在切割线下75mm的位置处，下部采用胶带固定，胶带深入桩体5～10cm，上端同此做法。为了保证复合脱松套或PE管的整体位置准确，在桩头内用22#铅丝将缠绕在钢筋上的胶带绑扎固定，保证其不发生串动，将其位置固定。

复合脱松套选取硬塑料材质，保证在灌注中不被混凝土挤扁失效。管径宜选取比主筋直径大2～5mm，确保钢筋与复合脱模套分离。PE管直接采用市场上销售的直径合适的PE管即可。

破桩头采用复合破桩头法施工。在开挖承台前，预先放出开挖边线，并标识桩头所处位置，避免开挖过程中桩头被损坏。承台开挖完成后，在桩顶高程以上10cm处采用气动凿岩机垂直桩身方向钻孔，钻孔深度只需要达到桩径的1/5即可，然后将分离楔子插入钻孔中，并采用外力进行敲击，直至钻孔处桩头与桩身面产生分离，再吊出上部桩头。

2、施工中的注意事项

（1）桩头钢筋密封

在进行复合脱松套或PE管（两端塞入泡沫棉）安装时，必须将外露承台的钢筋和声测管全部密封，且完全固定，保证其不发生串动，确保桩头钢筋与混凝土的分离。

（2）桩头分裂

1）总是保持绝对的水平的钻孔，分裂的作用力会沿着钻孔的角度延伸。

2）钻孔桩的顶部应该处于桩顶高程以上10cm处的分裂位置，而不是其底部或者中心。如果是底部处于分裂位置，很有可能还有50mm的桩头需要手提钻来处理。

3）钻孔深度只需达到桩直径的1/5即可。

4）分裂楔子必须已合适的角度插入，唯一运动的部分是中心楔子，其作用力使得外部的楔子互相反向的分开、上下分开。如果分裂楔子被旋转90度，它就会向两边分开，就会把桩体纵向从头到脚分开。

5）插入分裂楔子后在工作前倒退大约50mm，这样可以确保中心舌部有空间向前移动，从而使得外部楔子分开，而不会在钻孔末端碰到混凝土阻力。如果确实碰到混凝土，中心舌部会弯曲。

6）在进行破桩头钻孔时，要做到认真、仔细，避免钢筋或声测管被损坏。

（3）桩头起吊

1）采用分段、分块，在吊起桩头前，必须确保桩头与桩身完全分离。

2）在吊起桩头时，要确保钢丝绳等起吊机具不脱掉，避免安全事故的发生。

　　四、桩头多种破除技术实际综合应用的成果

　　（一）桩头破除方案比选

目前施工中最常用的桩头破除方式为人工风镐破除，此方式较为传统，需要的劳动力较多，工效较慢。本文探索在实际施工应用多种截桩技术，以能够满足大型及超大型项目的桩头破除的需要，达到提高工期进度、降低综合成本之效。

但因设计及规范要求，截桩的施工最终将以不影响桩身为目标。本文论述的多种破除工艺有其相应的适用范围，应提前筹划截桩施工工艺，避免打乱仗，快速、经济、高效地施工，以满足工程进度节点要求。

本工程的基坑面积较大，工程桩数量较多，采用单一的人工破除极为耗费时间，影响进度，故需要对桩头的多种破除施工工艺进行多种慎重的选择，表4是桩头多种破除方案的比选表。

 

表4 桩头破除方案选择

桩头类型	桩头长度	桩头破除方法
钻孔灌注桩	长度≤1.5m	人工破除（包括风镐破除）
	长度＞1.5m	1.5m以上采用破碎锤破除（需配合挖土分段破碎，且严禁开挖1.5m以内土方）
人工挖孔桩	长度≤0.5m	人工剔凿（包括风镐破碎）
	长度＞0.5m	0.5m以上采用整体截断吊装

根据本工程中桩头破除的工况，对常用的破碎锤破除、人工剔凿（包括风镐拆除）、整体吊装、静力破除的方法进行比较分析，详见表5。

表5 桩头破除方案比较分析

破除方法	优缺点	应用范围
破碎锤打击	优点：施工速度快，劳动力投入少，且先期F楼内支撑开始拆除，破碎锤已经进场，可穿插使用。 缺点：容易扰动桩体、影响桩质量；噪音大、粉尘较大。	B-E塔楼及裙房超455根（桩顶设计标高上1.5m范围内）
人工剔凿	优点：施工较简便，扰动小，桩头平整度较好。 缺点：劳动力需求大，施工速度较慢，噪音较大、粉尘量大。	B-E塔楼963根桩（全部桩顶设计标高1.5m范围内）
整体截断吊运	优点：此方法具有工艺简易、可控制性强、速度快、对桩体及桩体钢筋无损伤、节约成本、无污染等特点。 缺点：对大型吊装机械的依赖性强，位于塔吊范围内，塔吊为D800-42型。	A塔楼36根桩（桩顶设计标高上1-0.5m范围内）;2根2米采用预留钢筋以上人工截桩方式。
静爆破除	缺点：需专业队施工，技术较复杂、需报批。 优点：扰动小，桩头平整度较差，速度较快。	F楼局部15根桩头破除，且在1.5米以上截桩使用。

注：静爆破除由于公安审批原因，静爆破碎拆除仅小范围使用，专业分包施工组织也不能满足进度要求，且破除工艺从工期、质量、经济上无优势，故仅做尝试后放弃。

从上表各种桩头破除的优缺点，可以得知：原则上不宜采用破碎锤，除非有足够的措施保证对桩的扰动影响在允许范围之内；若需要保证施工进度，则以风镐拆除和破碎锤为优先选择；若施工工作面制约，人工剔凿和风镐拆除将作为第一选择；若只选用人工破碎，则进度慢，劳务投入大，工期较长，不利于工期节点的控制。

为满足本工程需剔凿的桩长较长、桩径较大、桩数量较多、工期较紧等要求，根据对各因素的考虑，采取多种破桩工艺综合使用的方法。

由于群桩的距离较近，若不及时破除桩头，桩会阻碍挖土机械进入，将使下一层土方开挖时无法使用挖土机械。为了保证土方开挖的顺利进行，完成预期工期目标，桩头破除速度至关重要。为此，在超过钻孔灌注桩桩头设计高度以上1.5m时，每层土方开挖前，可用破碎锤直接破碎超灌部分桩体，再开挖下一层土方，破除下一节桩体，直到桩头高度刚刚超过设计高度1.5m左右；此时可采用风镐破除，以避免对桩体产生扰动。

在大直径人工挖孔桩的选择上，由于设计对桩头钢筋及混凝土质量提出特殊要求，且由于预先进场，可提前准备，且桩体正好位于大型塔吊D80范围内，吊重不大于5吨的碎桩头可一次吊起，故选用整体截断吊运的方法，每次截断1m高。为保证桩头破除的顺利进行，在人工挖孔桩施工时，在超灌部分的钢筋上套上松脱套管或PE管，固定好位置，浇筑时保证混凝土不进入套管内，便于后期施工。

　　（二）桩头破除效果

　　1、桩头破除的质量检测成果

通过一系列的现场控制措施，截桩施工完成后，通过实际检验，桩头效果良好，标高误差在-30mm～50mm范围内，桩顶较为平整，钢筋未因截桩而受到较大损伤。桩检测结果：小应变检测100%，963根全部合格；声波检测10%，共抽103根桩，全部合格；22根静压桩最大沉降36mm，符合要求；桩基验收时，I类桩达到98.5%，满足设计要求。

　　2、桩头破除工艺的工效

各种破桩措施在工程应用中的效率受到很多因素的影响，包括工人的熟练程度、投入的机械设备条件、桩本身的质量、所需破除的长度等等。本工程中的桩头破除措施的施工时间统计如下：

表6 桩头破除工艺的时效参数

截桩方法	平均破除用时	平均劳动力需求	总投入劳动力
人工（风镐）破除	90min	2 人/桩	40人
破碎锤破除	20min	1 人/桩	20人
整体截断吊运	20min	1人/桩	10人

　　注：经济成本与完全用人工基本一致，单独计算，整体下降不到3%。

因为多种破除工艺的原因，本文中的整体截断吊装中预加松脱套管的工艺需要在工程桩施工时同时施工，否则，只能剔除保护层后断开钢筋，再截断吊运。破碎锤的使用，需要桩体长度过长，如此情况造成了材料浪费及成本增加，工程中要进行周密策划，避免这类事件的发生，同时也给截桩工作节约工程量。

　　五、结语

本工程通过试验和实际应用成果，得出破碎锤机械破桩法：应在除最后一步挖土阶段，土质条件较好，截桩段长、桩间距紧密、桩数量多的条件下，可以选用破碎锤机械破除，可满足长截桩段、快速截桩挖土的施工组织需求；整体吊装法工艺对塔吊（起重机）的依赖性较强，且需在桩基施工时进行配合施工，适于准备充分、机械充足或工期要求不紧张的高质量桩头破除要求的工况下应用；人工剔凿的桩头破除方法机动灵活，适应性强，但费时费工，专业分包队操作水平也不统一，随意性强，造成桩头破除质量较差，因此规范人工破除的施工工艺，既有利于破除桩头的质量控制，也有利于工效的提高：多种破桩技术的综合应用，既保证了桩头破除的效果，加快了施工进度，减少了成本投入，同时，充分利用现场已有的劳动力、材料、机械，能够充分调动整个现场的资源，实现资源合理配置。

多种桩头破除方法综合应用技术在徐州苏宁广场项目的成功实践，在工期、质量和成本控制方面取得了显著的成果，适合具有类似工况的项目使用。

参考文献：

[1] 中国建筑科学研究院.GB5007-2011建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2] 中国建筑科学研究院.GB50202-2002 建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3] 中国建筑科学研究院.GB50666-2011 混凝土结构工程施工规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4] 魏啟云.桩头破除技术在施工中的应用分析[J].建筑知识, 2011 年12 期

[5] 严建锋.桩头破除的绿色施工技术[J]. 施工技术, 2011年10期