王成理 陈远荣 罗斯 刘波
湖南省第六工程有限公司 湖南长沙 410000
摘要：本文通过对郴州五岭新天地三期•锦马时代中心项目在基坑支护阶段施工过程中对试验桩采用冲孔打桩机进行凿除的施工工艺进行了总结以及科学的论证。为处理试验桩以及废旧桩提供了一种可参考的施工工艺技术。
关键词：试验桩；冲孔打桩机；施工工艺
0引言
试桩是为了大范围的沉桩作业提供第一手的施工参数资料，包括有效桩长、入岩深度、沉渣、贯入度、桩焊接、承载力。试桩一般有三种：设计试桩、施工前试桩和施工结束后试桩[1]。
本文中所提到的试桩是施工前试桩。通过试桩能更好的了解在郴州这样的复杂地质区进行旋挖钻孔灌注桩施工时所需的泥浆级配；水下混凝土级配；成孔、成桩（清孔、下钢筋笼、二次清孔、灌混凝土）以及合适的施工机具设备等施工工艺参数。
但对于处于基坑支护阶段的生产项目，由于甲方及设计院会对支护方案进行修改，往往会造成试桩在正式施工阶段时影响支护桩的施工。如果将试桩利用起来，则需要在现有的支护桩方案的基础上对试桩周围进行补桩，既需要设计院给出新的补桩方案又增加了施工的难度，所以本文结合现场的实际情况、工期要求以及工程经济指标就使用冲孔打桩机加磁力机凿除试桩的施工技术进行了研究。
1工程概况
五岭新天地三期•锦马时代中心是郴州锦欣置业有限公司打造的集商务办公、五星级酒店、时尚商业、娱乐中心和高档住宅为一体的城市地标综合体。由整体地下室及地上A、B、C共3座塔楼（均带有裙楼）构成。总建筑面积约28万平方米。其中基坑支护高度约18～19m，安全等级为一级，结构重要性系数1.1，为临时性基坑支护，设计使用年限2年。基坑边周长约300米，面积约11479平方米。沿基坑四周从平面上分成6段（见基坑支护平面示意图2.1）、沿深度方向以冠梁顶分界，基坑四周分段采取：冠梁以上土方放坡或加土钉墙或钢花管注浆喷锚支护、挂网喷浆护面；冠梁以下采取旋挖钻孔灌注咬合桩、预应力锚索拉锚或内支撑支护。
由于试桩的位置与现行的基坑支护方案所设的咬合桩太近，通过对其进行补桩调整后如图2.2所示，将原本的1.2m的素桩进行了位置的调整并且将1根大小为1.2m的素桩改成了0.8m，同时加了1根0.8m的钢桩。而锚索的孔径大小为172mm，由图2.3可知，素桩的作用更多的是起到止水帷幕的作用，而锚索也是锚固在素桩上。如果按补桩的方案进行施工，对于锚索的施工留下的空间并不多，使得施工难度加大，同时桩间咬合不够可能使得止水的效果也不好。因此需要从经济、进度及质量的角度出发，需对试桩进行拆除，采用最初的支护方案。需拆除的试桩共有3根，其直径均为1.2m，长度分别为20.8m、22m、23.6m。
工程施工地质主要为：人工填土①，第四系残坡积含砾粉质黏土②，第四系残坡积碎石土③，第四系残积残积黏土④，石炭系上中统强风化炭质页岩⑤，石炭系上中统中风化灰岩⑥，溶蚀破碎灰岩⑥-1，溶洞⑥-2，中风化灰岩⑥-3。
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图2.1 基坑支护平面示意图
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图2.2支护桩补桩示意图
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图2.3 CDE段支护方案
2施工设备选择及技术介绍
2.1设备选择
一般拆除试桩使用的是拔桩机进行拔桩，但通过技术人员对施工现场的详细勘察与研究，经过综合的考虑，最终选择使用CKL-200型号的冲孔打桩机对试桩进行拆除。其优点如下：
1、场地限制小。相较于拔桩机，冲孔打桩机对于场地要求的限制小，在承载力水平较低的场地也能进行是施工作业。并且设备轻便、方便搬运，操作也相对简单更便于管理。
2、经济效益好。拔桩机的进场费用高、拼装时间较长、工作难度高且需对场地进行加固处理以达到承载力要求，施工成本大。而冲孔打桩机相比较拔桩机来说进场成本低，所以进场容易，拼装、操作简单，总体产生的费用低。而且不会对进度产生影响。
3、便于控制与管理。由于基坑深度深，在使用拔桩机作业时需拔出一定长度后将桩截断再分段进行拔除，在拔桩的施工作业过程中时，对于截断和拔除的施工要求较高不易控制。而使用冲孔打桩机，通过冲孔打桩机的钻头由上至下的凿碎混凝土与钢筋，并每隔一段时间将电磁铁通电后放入冲击孔内，将小断钢筋吸附出，彻底清除泥浆循环带不出的钢筋达到完全拆除试桩的作用。该施工方法简单且易于控制与管理。
2.2技术介绍
本工程采用CKL-200型冲孔打桩机进行作业施工，所选用钻头为直径1.2m的铸铁洛阳锤，钻头高度1.5m，重量为4t。钻头下部自带耐磨块，也可自行在钻头的底部焊接大直径的钢筋以增加钻头的使用寿命。冲孔打桩机的工作原理是电动卷扬机通过传力装置驱动钢丝绳，通过上部定滑轮，带动冲孔打桩机的钻头作上下的重复性运动，在向下运动过程中松弛钢丝绳，依靠钻头本身的重量砸向试桩，砸碎混凝土和钢筋。在冲孔打桩机作业成孔过程中采用泥浆循环护壁，防止孔壁坍塌。同时通过泥浆循环将破碎的混凝土渣带入泥浆沉淀池。每隔一段时间将电磁铁通电后放入冲击孔内，将小断钢筋吸附出如图3.1，彻底清除泥浆循环带不出的钢筋达到完全拆除试桩的作用。对清理完的的试桩孔，回灌C20混凝土。
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a）电磁铁作业 b）电磁铁吸出的钢筋
图3.1电磁铁清理凿断钢筋
2.3施工质量控制要点
（1）冲孔打桩机安装必须做到对中、水平、稳固，天车中心、钻头中心和护筒中心必须保证“三点一线”。钻进时要经常检查桩机平整度、主绳垂直度，并及时校正。
（2）钻进时主动钢丝绳应有导正防斜装置，并且冲击频率不能过快以免塌孔。泥浆池中的泥浆要按配比调匀，使钻头在钻进的过程中能够在孔壁形成一定厚度的泥皮，保证孔壁稳定。
（3）一旦发现冲孔偏斜，应采取回填片石的办法，重新进行处理，纠正后方可继续冲击钻进。
（4）施工前必须对钢丝绳、冲击锤头进行检查，发现钢丝绳损坏应及时更换，防止锤头掉落至钻孔内，各项施工措施都采取到位防患于未然。
（5）一旦发现断绳或脱扣，应记下事故发生在孔内的具体位置，然后因地制宜地采取捞、钩、套等方法处理。
3关于冲孔打桩机的冲击力计算以及施工效率
根据冲孔打桩机钻头的实际撞击频率计算钻头对试桩所施加的冲击力。冲孔打桩机钻头在一定的冲程高度自然下落冲击试桩，在巨大的冲击能作用下钻头凿碎试桩混凝土以及凿断钢筋笼。每冲击一次，冲击钻头有效破碎时间为0.003s～0.005s，近似的将试桩对钻头的这一瞬时反作用力视为平均力。
将冲孔打桩机通过冲击作用凿除试桩的过程，可以视为重物自由落体的过程。在一定时间内，根据冲锤的冲击次数和掘进尺寸可估算孔底岩土体受到的冲击力大小，根据动能定理，将泥浆的浮力、摩擦阻力作为折减系数，再考虑冲孔打桩机钻头半径的影响、钻头质量的影响。提出了冲击力的计算公式：
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式中
δ——————为考虑泥浆的浮力、摩擦阻力的折减系数，取0.85；
n——————冲孔打桩机钻头冲击的频率（现场为3.62次）；
m——————冲孔打桩机钻头质量（t）；
a——————冲孔打桩机钻头下降时的加速度（m/s2）；
H——————冲孔打桩机钻头下降的高度（m）；
t——————冲孔打桩机钻头有效破碎时间为0.003s～0.005s；
R——————冲孔打桩机钻头外半径（m）；
r——————冲孔打桩机钻头内半径（m）；
现将冲孔打桩机钻头外半径R=0.755m内半径r=0.725m，冲孔打桩机钻头质量m=3.5t，钻头下降高度H=1.5m，加速度a=6m/s2代入公式，计算得出65.55MPa～109.25MPa。
试桩所采用的混凝土为水下C30混凝土，按照《混凝土结构设计规范》（GB50010-2011），冲孔打桩机的钻头，其冲击力远大于混凝土的自身设计强度。而且通过计算所得的结果也考虑了施工过程中因泥浆而产生的浮力及阻力对钻头的影响，所以完全能满足施工的要求，并且有较好的施工速率。由现场施工记录表来看，凿除试桩平均用时82小时，平均进尺速度约为0.254m/h。这是由于凿除的试桩是钢筋混凝土桩，其中钢筋笼的制作规格为：直径R=1500mm，主筋为32C28，加强箍筋C20@2000，螺旋箍筋C12@95。特别其主筋使用的是HRB400的钢筋，且数量多，不仅在凿进的过程比凿普通混凝土桩的难度大，并且冲孔打桩机在凿除的过程中，需工作一段时间后，使用电磁铁将凿断的钢筋尽数吸出，所以会对进尺速度造成影响。如果只对素混凝土桩进行凿除，其进尺速度会有大幅度的提高。
4经济性对比
冲孔打桩机相对于选用旋挖机或者全回旋套管钻机的单价费用成本低。使用旋挖机对试验桩进行凿除，对施工场地有要求，会影响现场的施工布置，并且每米成本在2千元到3千元，进场费用高；全回旋钻机进行拔桩时，每米费用2万元左右，并且进场费用高，工作难度大，对施工场地要求高需对基底等进行加固处理等。而冲孔打桩机每米成本在1千元到2千元之间，相比较拔桩机与旋挖机等进场容易，对于作业场地要求低且工作操作简单，总体产生的费用低。
5总结
（1）本施工技术在地基基础、深基坑支护等试桩或废旧桩拆除施工中，从施工的工作效率、经济成本等方面考虑是一个较好的工艺选择。
（2）本施工技术在各种复杂地质条件的地层中均适用，工艺的适用性较广泛。
（3）本施工技术对施工环境条件要求不高，在实际操作过程中主要需注意施工噪音及泥浆的及时处理。
（4）本施工技术安全可靠，可作为成熟的施工工艺应用于试桩或废旧桩处理。
参考文献：
[1]刘玉峰，丁永超.冲击钻成孔灌注桩试桩施工技术[J].技术与市场，2012，19（05）：184.
[2]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）.
[3]《建筑地基基础工程施工质量验收标准》GB 50202-2018
[4]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2018）.
[5]《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）.