浅谈先进破桩工艺在工程中的应用

(山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛 266100)

0 引言

桩基施工过程中，为了保证桩头的浇灌质量，桩顶位置一般要根据设计要求进行超灌，超灌高度为0.5m～1.0m，待灌注桩混凝土强度达到设计强度的80%以上时方可破除桩头。对地质环境复杂的大中型项目，桩基数量少则数百根，多则成千上万根。众所周知，桩基混凝土养护时间相对较长，需要28d的养护时间才能达到破桩强度，这对于工期相对紧张的项目来讲无疑是一段漫长的工序等待时间，为了弥补这段工序间隔时间，我们需要在后续施工工序中通过采取更高效率的先进工艺来进行追赶。此时，桩头破除方案的确定将变得十分重要，能否选择一种低成本、高效率的破桩施工工艺，高质量、快速地完成数量庞大的桩头破除工作，对合理缩短项目工期将起到非常关键的作用。

1 先进破桩工艺探究

目前，较为流行的破桩施工工艺主要有以下几种：空压机风镐破壁除芯法、液压破桩机破桩法等。

空压机风镐破壁除芯法，该种工艺是目前普遍采用的工艺，此工艺充分利用混凝土抗拉性能不足的特点，桩顶部多余浮渣挖除后，用风镐自上而下剥离桩头钢筋外保护层部分的混凝土，然后加钻顶断被钢筋包围的芯部混凝土，再使用挖掘机或吊车将芯部混凝土提出基坑。此种施工工艺相对人工逐层凿除工艺施工速度有所提高，空压机配合人工每天可完成0.9m³～1.3m³的混凝土破除量（约为4根直径0.8m桩的破桩量），在国内项目中使用较为广泛。

液压破桩机破桩法，液压破桩机采用多个液压油缸进行模块化组合，组成液压驱动系统，并由挖掘机或液压站（多为空压机）提供动力，主要靠油缸模块化组合形成的破碎机挤压桩身，从同一端面不同点同时挤压，切断桩头的工作原理，工作简单、高效、环保。该破桩工艺与前述两种工艺相比，首次投入成本较高，但对于桩基数量较大的项目则具有施工速度快、综合成本低的特点，该种工艺施工最多可实现每台破桩机每天破除30～50根桩基（直径800mm的桩型）的速度，另外，因其使用的是全液压驱动装置，该工艺还具有低噪音、静压施工、不影响桩身质量等特点，特别适合于桩基数量庞大的大中型项目或接近市区对噪音控制较高的施工项目。

2 液压破桩机的发展历史

自2012年“法国国际工程机械展览会”之后，液压破桩机被引入国内开始研发、生产、试验。

但液压破桩机在中国的发展历程并非一帆风顺，受液压破桩机本身工作原理的限制，其对桩基成型质量要求较高，桩顶部桩径偏差超过200mm时，常规国产设备将无法正常套入桩身进行工作。而基于国内施工的不规范的现状，严重的桩径不规整等则成为阻碍破桩机普及的重要障碍。

然而，自2014年起，国内某些甲方开始在破桩过程中逐渐禁止破碎锤的使用，加之劳动力的后续力量不足、人工工资日益增长等因素，液压破桩机的推广和普及正在得到逐步推进。

3 国外项目案例

其实，早在2012年之前，液压破桩机技术已经被逐步地运用于国外部分项目中，其中我公司沙特扎瓦尔燃气联合电厂项目是其中一个项目部。

沙特某项目燃气联合发电厂项目位于地中海海岸，地层中含一定厚度的淤泥层，地质环境复杂，地基承载力不能满足项目需求，需要进行打桩，经设计估算，需要设置600mm直径、长度18m的灌注桩约17000根。如此庞大数量的桩基施工量，对公司来讲尚属第一次，不仅打桩工作量大，破桩施工更是需要耗费相当多的人力和时间，如何保质保量、高效率地完成如此大的桩基工程量，无疑成为一大难题。我们的专业技术人员进行了初步测算，如果采用传统的空压机风镐破壁除芯工艺进行破桩，考虑工作面的因素，安排5名工人进行破桩，按照每人每天4根的速度进行计算，则需要2.3年的时间才能完成项目全部的破桩量，这完全无法满足项目总工期的要求。

液压破桩机主要由动力源和工作装置两部分组成，工作装置由多个相同型号的液压油缸组合成不同直径的破碎机，满足各种直径的桩型破桩头的要求，这种油缸的活塞采用合金钢加工而成，能满足各种标号的混凝土的破碎要求。动力源可采用固定的泵站或是其它可移动的工程机械设备，一般情况下，在厂房、住宅等建筑物桩基础施工中采用泵站的比较多，这种组合方式的设备总体投资比较小，但缺点是移动不方便，适合用于群桩类建筑物的桩头破除施工。在桥梁、电厂桥架或管线等距离较长的需要打桩的项目施工中往往采用移动方便的挖掘机作为动力源，将挖掘机的挖斗取下，在挖斗与大臂连接轴处悬挂破桩机的吊装链，将这两种设备机械组合在一起，然后再将挖掘机的任何一根油缸的液压油路通过平衡阀连接到破桩机的油缸油路上，用以驱动破桩机的油缸组工作。这种组合的破桩机移动方便，作业面比较广，适用于桩不集中、作业战线长的施工项目，但是投资相对比较大。

4 攻破技术难题

详细研究其工作原理的同时，对其特点和不足也进行了全面的探讨和分析。

液压破桩机工艺的优势：

（1）施工速度快，是传统工艺的数倍之多。（2）液压装置稳定性好，噪音小，对周围环境影响小。（3）拆装、操作简单，无需太多的技术要求。（4）振动小，对钢筋及下部桩身扰动小。

液压破桩机工艺的劣势：

（1）对桩的成型质量要求较高，桩头位置尺寸偏差过大，则会导致破桩机无法安装的问题。（2）部分桩头因混凝土与钢筋固结强度较高，常导致出现桩身剪断后无法提出弃渣的情况。

针对灌注桩成型质量差的问题，项目部组织专题会进行研究分析后，对项目的打桩工艺进行了优化，在打桩时，在桩基顶部位置加设与桩径相同直径的护筒，保证浇筑完成后桩头位置成型质量良好，实现了破桩机的无阻碍安装，成功解决该项技术难题。

针对钢筋与混凝土固结、脱离困难的问题，项目部采取如下措施进行解决，严格控制钢筋笼的加工质量，成桩后混凝土灌注钢筋笼顶部不得进行预弯，同时在桩头安装前，将桩头钢筋1m处安装直径稍大于钢筋的塑料套管，套管两端使用胶带进行封堵，阻止混凝土进入套管中。在破桩头过程中，这样就避免了混凝土的粘结，混凝土基本可以一次性破除，也减少了对钢筋的损伤。

5 工艺比对与分析

项目部使用两台破桩机（每台配置2名工人配合清基工作）进行破桩施工，仅用了215d就完成了全厂17000余根破桩工作，实现工期与传统破桩工艺相比缩短了近3倍，为项目总工期争取了时间，同时节约了大量的人工成本。

6 总结与推广

综上所述，我们不难发现，液压破桩机这项先进工艺具有很多进度、成本和质量方面的优势，值得我们去学习和推广。受“大国工匠”精神的影响，国内桩基施工质量正在不断地改善，成桩质量越来越好，尺寸偏差也越来越小；同时，随着国内破桩机生产工艺的不断改进和提高，相信在不久的将来，液压破桩机将越来越普遍地应用于国内基建项目中。