改“超灌-截樁頭”為“負差-補樁頭”施工工藝工法的理論和經(jīng)濟可行性研究
一、“超灌-截樁頭”傳統(tǒng)施工工藝存在的問題
《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008中對不同類型灌注樁的混凝土超灌高度作了具體規(guī)定：
6.3.30（泥漿護壁成孔灌注樁）灌注水下混凝土的質(zhì)量控制應(yīng)滿足下列要求：應(yīng)控制最后一次灌注量，超灌高度宜為 0.8～1.0m，鑿除泛漿高度后必須保證暴露的樁頂混凝土強度達到設(shè)計等級。 6.4.11（長螺旋鉆孔壓灌樁）壓灌樁的充盈系數(shù)宜為 1.0～1.2。樁頂混凝土超灌高度不宜小于 0.3～0.5m。 6.5.4（沉管灌注樁和內(nèi)夯沉管灌注樁 ）成樁后的樁身混凝土頂面應(yīng)高于樁頂設(shè)計標高 500mm 以內(nèi)。
《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50202 2002則不加區(qū)分基樁的施工工藝，在樁基礎(chǔ)的一般規(guī)定中，5. 1. 4條統(tǒng)一規(guī)定為：灌注樁的樁位偏差必須符合有關(guān)規(guī)定，樁頂標高至少要比設(shè)計標高高出0.5m。
基樁施工中混凝土灌注高度高于設(shè)計高度（超灌）的規(guī)定，主要是考慮到混凝土灌注過程產(chǎn)生的浮漿（泥漿跟砂漿混合物）強度較低，為了保證樁頂混凝土截面的面積和強度不低于設(shè)計要求而采取的施工措施，并由此產(chǎn)生了一個工種或工藝，截樁頭，俗稱“破樁頭”。
由于質(zhì)量驗收規(guī)范僅僅規(guī)定了超灌的下限，而并無上限的規(guī)定，甚至認為超灌越多質(zhì)量越好，再加上基樁施工中樁頂標高控制相對難度較大等原因，實際施工過程中，除了400mm-500mm小直徑長螺旋鉆孔壓灌樁可以控制超灌高度在500mm以上，大多數(shù)混凝土超灌高度多在1米以上（例如2012年天津市建設(shè)工程預算基價定額說明中明確：截鑿混凝土鉆孔灌注樁子目按截鑿長度1.5m以內(nèi)且一次性截鑿測算編制），有些甚至達到3、4米，“破樁頭”如同“伐樹”，甚至發(fā)生破樁頭時將人砸死的安全事故，反映出實際工程中的超灌量或超灌高度是比較大的。樁頂混凝土超灌以及由此產(chǎn)生的截樁頭施工工藝主要存在樁頭質(zhì)量、環(huán)境污染和經(jīng)濟浪費等以下3個方面的問題：
（1）樁頭質(zhì)量。自2008年以來，建筑用工成本急劇上升，目前建筑藍領(lǐng)工人的薪資水平已經(jīng)達到了普通白領(lǐng)工資水平的3倍左右；根據(jù)全國總工會新生代農(nóng)民工問題課題組2011年發(fā)布的《關(guān)于新生代農(nóng)民工問題的研究報告》，傳統(tǒng)農(nóng)民工在建筑業(yè)中的從業(yè)比例為12.3%，而新生代農(nóng)民工只有3.7%，大批過去的熟練技工逐年退休也不愿意讓自己的子女再接班干建筑；2013年我國適齡就業(yè)人口數(shù)量達到峰值，由于施工現(xiàn)場苦、臟、累、險，我國的建筑產(chǎn)業(yè)將首先失去人口紅利。為了避免破壞基樁，在接近樁頭的部位應(yīng)當由人工挖土，但由于人工費用高、效率低，盡管規(guī)定機械挖土時應(yīng)保留足夠厚度的保護土層，但在實際施工作業(yè)中，保護土層的厚度往往得不到保證，從而引起日益嚴重的斷樁事故。
大型土方施工機械引起斷樁的主要原因是設(shè)備重量大，側(cè)向擠壓樁間土，施工機械作用于樁頭附近的側(cè)向擠土壓力相當于在樁頭施加一水平力，樁頭在土方施工階段處于自由狀態(tài)，而樁間土對基樁的約束作用隨深度增加，達到一定深度以后可視為固結(jié)嵌固，側(cè)向擠土水平力對樁身產(chǎn)生的彎矩大約在5-10米左右達到峰值，地基土越軟則峰值深度越大，而這一深度恰恰就是常見的發(fā)生斷樁的位置；另外，由于大型土方施工機械挖機的挖斗在樁頭附近進行作業(yè)，難免會與樁頭發(fā)生碰撞，從而引起樁頭的破壞，通常是淺層斷樁。
隨著用工成本增大和建筑產(chǎn)業(yè)資本有機構(gòu)成的提高，接近樁頭部位的人工挖土作業(yè)減少，極易產(chǎn)生上述質(zhì)量問題，而超灌和截樁頭的施工工藝，使樁頂標高超過了設(shè)計標高，又極大地增大了產(chǎn)生上述質(zhì)量問題的概率，而且深度大于2米以上的斷樁由于不易處理又不影響靜載條件下基樁的豎向承載力，往往不作處理，對基樁遭遇地震等水平荷載留下了安全隱患。
此外，在破樁頭的施工作業(yè)過程中，通常為采用風鎬（空壓機）或鋼釬打入，先將鋼筋暴露，再將鋼筋籠內(nèi)部的混凝土沿圓周一般打入3個點，利用張力使上部的一段樁頭和下部的脫離，歐洲樁頭破除時采用的機械擠壓破碎法和整體截除法所利用的原理與此類似，均是利用混凝土材料抗拉強度低的特點，在樁身施加集中外力，使樁頭混凝土在預定位置形成水平裂縫，由于混凝土受拉破壞具有突變性，混凝土一旦斷裂就會產(chǎn)生較大的位移，有可能使混凝土中的鋼筋受到損傷。
（2）經(jīng)濟浪費。以平均樁長20米、超灌1米粗略計算，超灌引起的工程直接損失大約5%，在造價工程量計算規(guī)則中，通常規(guī)定“人工挖土或機械挖土凡是挖至樁頂以下時，土方量應(yīng)扣除樁頭所占體積”，也反映出超灌量并不是一項可以忽略的工程量；此外，截樁頭、鑿樁頭等作業(yè)還要增加一筆費用，各地定額計價和取費方法不同，有些以混凝土方量計算（市場價大約每立方300元），有些以數(shù)量計算，例如安徽省2001年綜合估價鑿截每根樁頭定額基價為106.15元，而市場價已遠在此定額價格之上。
（3）環(huán)境污染。所截掉的樁頭屬于建筑垃圾，破碎成本高且材質(zhì)不均，可再生利用的價值較低，如果沒有碰巧遇到填海、高填方等工程，處理方法多為露天堆放，占用耕地污染環(huán)境。
二、用“負差-補樁頭”施工工藝解決上述問題的思路
1、將目前處理樁身淺層缺陷的方法發(fā)展為通用工法
圖1 接樁頭示意圖（現(xiàn)有技術(shù)）
2、進一步發(fā)展改進為樁伴侶構(gòu)造措施
以400mm直徑CFG樁（長螺旋工藝）配伴侶為例來簡述一個伴侶現(xiàn)場澆筑施工方案（參見圖2）：
（1）、基樁施工控制樁頂標高， CFG樁停止?jié)补嗷炷恋母叨葹樘烊坏鼗O(shè)計標高以下500mm，不考慮截樁而增加澆注高度；
（2）、機械開挖至天然地基設(shè)計標高，此時地表土距離樁頂500mm，可以最大限度避免樁頭截斷；
（3）、人工在樁頭周圍向下開挖1000mm，黃土直立好則不放坡或適當放坡，上端直徑1400-1500，下端直徑1200；
（4）、樁頭部位鑿去或磨去浮漿20-200mm；
（5）、樁頭坑內(nèi)側(cè)壁和底部砂漿抹面2-5mm；
（6）、放置伴侶鋼筋籠（環(huán)筋和縱筋）；
（7）、分別套內(nèi)、外襯鋼模，澆注混凝土，其中：內(nèi)襯鋼模內(nèi)徑450mm，高度400mm，中樁適當增大高度，邊樁角樁適當減小高度（變剛度調(diào)平），內(nèi)部澆注砼補樁頭（可鋪設(shè)聚苯板預留凈空）；外襯鋼模外徑800mm，高度800mm，外部澆注砼做伴侶；
（8）、養(yǎng)護3天脫模；
（9）、坑內(nèi)進行素土回填，夯填度根據(jù)設(shè)計，中樁適當增大夯填度或者增大樁頂標高，邊樁、角樁適當減小夯填度或者降低樁頂標高（變剛度調(diào)平）；
（10）、鋪設(shè)100mm素混凝土墊層（樁頭局部100-250mm），刷冷底子油，做卷材防水，伴侶縱筋鋼筋部位局部增設(shè)止水環(huán)；
以下施工順序與常規(guī)工藝相同，例如防水層保護砂漿；綁扎基礎(chǔ)地板鋼筋，澆注混凝土，等等。
圖2 樁伴侶現(xiàn)場澆注施工方案示意圖（創(chuàng)新技術(shù)）
三、“負差-補樁頭”施工工藝的優(yōu)點
1、補樁頭擴大了樁身上部的截面積，從設(shè)計角度來說，如果有意識地設(shè)計“負差-補樁頭”的高度和強度，即將等截面樁設(shè)計為變截面樁、變強度樁，可以降低對剛性基樁中部、下部材料的強度要求。
2、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》特別強調(diào)對承臺周邊回填土的夯實，但在實際施工中，由于場地狹小、人工費用高，而且不影響靜載條件下基樁的豎向承載力，如果不發(fā)生周邊環(huán)境導致壓力差或地震時也質(zhì)量問題不會暴露，而這類其實是自身內(nèi)部因素造成的質(zhì)量問題又可以推卸給外部因素，因次，施工、監(jiān)理、業(yè)主甚至設(shè)計人員自身在主觀上和客觀上都會忽視這一問題，過分強調(diào)也被認為是吹毛求疵、小題大做，“負差-補樁頭”的現(xiàn)澆方案對地表土無擾動，并且執(zhí)行了樁基規(guī)范最嚴格的素混凝土回填，“負差-補樁頭”施工工藝通過體制上的設(shè)計，能夠最大限度地杜絕這樣的質(zhì)量隱患。
附：《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》解說4.2.7 承臺和地下室外墻的肥槽回填土質(zhì)量至關(guān)重要。在地震和風載作用下，可利用其外側(cè)土抗力分擔相當大份額的水平荷載，從而減小樁頂剪力分擔，降低上部結(jié)構(gòu)反應(yīng)。但工程實踐中，往往忽視肥槽回填質(zhì)量，以至出現(xiàn)浸水濕陷，導致散水破壞，給樁基結(jié)構(gòu)在遭遇地震工況下留下安全隱患。設(shè)計人員應(yīng)加以重視，避免這種情況發(fā)生。一般情況下，采用灰土和壓實性較好的素土分層夯實；當施工中分層夯實有困難時，可采用素混凝土回填。
3、“負差-補樁頭” 施工工藝可以便捷地實施樁身的主筋不直接插入承臺而僅以補樁頭鋼筋進入承臺的樁頭構(gòu)造，真正實現(xiàn)樁頭構(gòu)造的“半剛度”設(shè)計，對于減小樁身的峰值彎矩有利。
4、由于樁頭采用現(xiàn)場“補”澆筑混凝土，可以在“補”之前進行防水施工處理，防水質(zhì)量可控；而“超灌-截樁頭”只能在樁的外側(cè)做防水，質(zhì)量難以保證。
5、從體制上徹底解決“超灌-截樁頭”傳統(tǒng)施工工藝存在的樁頭質(zhì)量、環(huán)境污染和經(jīng)濟浪費等問題。
希望尋求合作，實現(xiàn)該項目成為國家級工法，并進入相應(yīng)設(shè)計規(guī)范。
