一种现浇混凝土桩头分隔装置及桩头破除方法

摘要

本发明提出一种现浇混凝土桩头分隔装置及桩头破除方法，涉及混凝土浇筑技术领域该现浇混凝土桩头分隔装置包括柔性板、柔性板铺设机构、定位部件和多个保护套管，柔性板收容于柔性板铺设机构内，柔性板铺设机构与定位部件固定连接并通过定位部件预设在桩顶标高位置处，柔性板铺设机构能够将柔性板在现浇混凝土中展开形成隔离层，多个保护套管能够对应套设在桩基钢筋笼的多个主筋外并隔离现浇混凝土和主筋。本发明提出的现浇混凝土桩头分隔装置及桩头破除方法，能够在无效桩头和桩体之间形成物理分隔层，便于无效桩头的拆除。

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土浇筑技术领域，特别涉及一种现浇混凝土桩头分隔装置及桩头破除方法。

背景技术

在公路桥涵施工时，混凝土浇筑需要严格执行行业标准，现行行业标准JTG/T3650-2020《公路桥涵施工技术规范》中规定：混凝土灌注至桩顶部位时，应采取措施保持导管内的混凝土压力，避免桩顶泥浆密度过大而产生泥团或桩顶混凝土不密实、松散等现象；在灌注将近结束时，应核对混凝土的灌入数量，确定所测混凝土的灌注高度是否正确。灌注桩桩顶高程应比设计高程高出不小于0.5m，当存在地质条件较差、孔内泥浆密度过大、桩径较大等情况时,应适当提高其超灌的高度；超灌的多余部分在承台施工前或接桩前应凿除，凿除后的桩头应密实、无松散层，混凝土应达到设计规定的强度等级。而在上述施工过程中，需凿除的超灌部分混凝土即为凿桩头。

目前超灌部分桩头的凿除多采用人工用风镐或者其他机械切割设备破除,然后清理、校正钢筋笼中的主筋。这些方法不仅费时费工，还有可能会损伤主筋，造成质量安全隐患，而且破碎过程中会产生大量粉尘，对周边环境和作业人员健康均会造成一定危害。

现有专利《一种桥梁桩基桩头破除装置及桩头破除方法》(授权公告号CN105297729 B)提出，在浇筑混凝土前，在桩顶标高位置布置一圈橡胶软管，混凝土达到一定强度后，人工牵引橡胶软管，在桩体周围形成一圈凹槽，凿除超灌部分桩头时采用风镐沿凹槽向桩体中心水平钻孔，钻孔完成后在钻孔内打入数根钢錾，并撬动混凝土桩头，以便在混凝土凹槽部位形成水平断裂面，从而使得有效桩体和无效桩体截断分离。但是在采用风镐钻孔时，对作业人员操作要求较高，不能确保断面水平平整，钻孔过程中也会产生振动和大量粉尘，对作业人员健康会造成一定危害，且需人工打入钢錾并撬动混凝土桩头，整个作业过程不仅耗费人工，劳动强度较大，耗时也较长。

另一现有专利《一种桩头分隔式装置及破桩施工方法》(申请公布号CN 111877312A)提出，利用钢板预制锥形的阻隔板以及套筒，并将阻隔板及套筒焊接成整体，通过阻隔板上的桩内主筋穿孔将装置整体安装到已经完成的桩内主筋上，并使用“焊一过一”的焊接办法将桩内主筋与阻隔钢板进行焊接固定。浇筑混凝土后，待混凝土凝固，在桩保护层外部定位超灌部分分隔线，用切割机沿分割线环形凿开桩外保护层，抬起桩头。使用切割机将阻隔板与部分主筋焊接处切开，取出阻隔板与套筒的焊接体﹐破除突出的小部分锥形混凝土柱及中间的圆形混凝土柱，完成无效桩头的破除。但是利用钢板预制锥形的阻隔板以及套筒，并将阻隔板及套筒焊接成整体，对加工精度要求较高，且需将阻隔板焊接在主筋上，后期还需将阻隔板与部分主筋焊接处切开，工序较繁琐，对作业人员焊接水平、阻隔板套件安装及切割要求都较高，对主筋可能会有损伤，存在一定质量安全隐患；混凝土凝固后，用切割机沿分割线环形凿开桩外保护层，现场需拉接临时用电，对临时用电、切割设备使用与管理上要求较高，且使用切割机时也会产生大量粉尘，对作业人员健康会造成一定危害，若切割深度把握不当还会损伤主筋。

有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复实验设计出一种现浇混凝土桩头分隔装置及桩头破除方法，以期解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明提出一种现浇混凝土桩头分隔装置及桩头破除方法，能够在桩顶标高位置的混凝土中形成一圈物理隔离层，将无效桩头和桩体分隔开。

为达到上述目的，本发明提出一种现浇混凝土桩头分隔装置，其中，所述现浇混凝土桩头分隔装置包括柔性板、柔性板铺设机构、定位部件和多个保护套管，所述柔性板收容于所述柔性板铺设机构内，所述柔性板铺设机构与所述定位部件固定连接并通过所述定位部件预设在桩顶标高位置处，所述柔性板铺设机构能够将所述柔性板在现浇混凝土中展开形成隔离层，多个所述保护套管能够对应套设在桩基钢筋笼的多个主筋外并隔离现浇混凝土和所述主筋。

如上所述的现浇混凝土桩头分隔装置，其中，所述现浇混凝土桩头分隔装置还包括用于套设在所述桩基钢筋笼外的保护环，所述保护环能够在现浇混凝土中形成隔离环层。

如上所述的现浇混凝土桩头分隔装置，其中，所述现浇混凝土桩头分隔装置还包括用于预埋在所述混凝土中的吊环。

如上所述的现浇混凝土桩头分隔装置，其中，所述柔性板铺设机构包括固定杆、卷轴杆和连杆，所述固定杆和所述卷轴杆平行设置且具有间隙，所述柔性板预先卷制在所述卷轴杆上，且所述柔性板的端头固定在所述固定杆上，所述固定杆的一端设置有套环，所述连杆固定连接在所述卷轴杆的一端且垂直于所述卷轴杆设置，所述连杆贯穿所述套环并与所述套环转动配合，所述连杆带动所述卷轴杆绕所述套环转动，并使所述柔性板以所述固定杆为起点展开形成所述隔离层。

如上所述的现浇混凝土桩头分隔装置，其中，所述定位部件包括中心管和至少一个定位支架，所述中心管竖直设置且具有上下贯通的容置腔，所述连杆穿设于所述容置腔并能转动地安装在所述中心管的内壁上，所述连杆的底端贯穿所述容置腔并与所述卷轴杆相连接，所述套环位于所述卷轴杆和所述中心管之间，所述定位支架固定连接在所述中心管的外壁上。

本发明还提出一种桩头破除方法，使用如上所述的现浇混凝土桩头分隔装置，其中，所述桩头破除方法包括：

步骤A，将多个所述保护套管对应套设在所述桩基钢筋笼的多个主筋上，并使各所述保护套管的底端与桩顶标高位置齐平；

步骤B，通过所述定位部件将所述柔性板铺设机构预设在所述桩基钢筋笼内，并使所述柔性板铺设机构位于顶标高位置处；

步骤C，向所述桩基钢筋笼中浇筑混凝土；

步骤D，在所述混凝土浇筑完成后，通过所述柔性板铺设机构将所述柔性板在桩顶标高位置的混凝土内部沿水平方向展开并形成隔离层；

步骤E，所述混凝土在所述柔性板上方凝固形成无效桩头，所述混凝土在所述柔性板在所述柔性板下方凝固形成桩体；

步骤F，在所述混凝土凝固至预设强度后，分离所述无效桩头和所述桩体。

如上所述的桩头破除方法，其中，所述现浇混凝土桩头分隔装置还包括保护环，在所述步骤A中，将所述保护环套设在所述桩基钢筋笼外并使所述保护环的底端与桩顶标高位置齐平。

如上所述的桩头破除方法，其中，现浇混凝土桩头分隔装置还包括吊环，在所述步骤C中，将所述吊环预埋在所述混凝土中并使所述吊环部分凸出于所述混凝土的顶面；在所述步骤F中，通过所述吊环上提所述无效桩头实现所述无效桩头和所述桩体的分离。

如上所述的桩头破除方法，其中，在所述步骤B中，在所述柔性板、所述柔性板铺设机构和所述定位部件外分别涂刷混凝土脱模剂。

如上所述的桩头破除方法，其中，所述桩头破除方法还包括：

步骤G，拆除所述柔性板、所述柔性板铺设机构和所述定位部件，以供周转使用。

与现有技术相比，本发明提出的现浇混凝土桩头分隔装置及桩头破除方法具有如下特点和优点：

本发明提出的现浇混凝土桩头分隔装置，通过定位部件将柔性板铺设机构预设在桩顶标高位置处，当混凝土浇筑完成后，柔性板铺设机构再将柔性板在桩顶标高位置处的现浇混凝土中展开并形成隔离层，进而对无效桩头(超灌部分)与桩体之间的物理隔离。当混凝土达到一定强度后，无需人工切割或风镐凿除混凝土，无需搭接临时用电，基本不产生粉尘，不会损伤主筋，可直接采用吊车或装载机上提桩头，即可去除无效桩头。不但大大降低了凿桩头的劳动工作强度，提高工作效率，还避免了对混凝土中钢筋的破坏，提高了混凝土桩体的施工质量。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明提出的现浇混凝土桩头分隔装置使用示意图；

图2为本发明中现浇混凝土桩头分隔装置设置在混凝土中的示意图；

图3为本发明中柔性板铺设机构和固定部件的安装示意图；

图4为本发明中柔性板铺设机构的结构示意图；

图5为本发明中定位部件的结构示意图；

图6为将保护套管和保护环固定在桩基钢筋笼后的示意图；

图7为将柔性板固设在桩基钢筋笼后的示意图；

图8为本发明中柔性板展开的示意图；

图9为向桩基钢筋笼浇铸混凝土后的示意图；

图10为无效桩头和桩体分离的示意图。

附图标记说明：

100、现浇混凝土桩头分隔装置； 10、柔性板；

20、柔性板铺设机构； 21、固定杆；

22、卷轴杆； 23、连杆；

24、套环； 25、手柄；

30、定位部件； 31、中心管；

32、定位支架； 321、支撑杆；

33、转动轴承； 34、限位环；

35、密封垫。 40、保护套管；

50、保护环； 60、吊环；

200、桩基钢筋笼； 210、主筋；

300、标高位置； 400、混凝土。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。

请参考图1至图5，本发明提出一种现浇混凝土桩头分隔装置100，该现浇混凝土桩头分隔装置100包括柔性板10、柔性板铺设机构20、定位部件30和多个保护套管40，柔性板10收容于柔性板铺设机构20内，柔性板铺设机构20与定位部件30相连接并通过定位部件30预设在桩顶标高位置处，柔性板铺设机构20能够将柔性板10在现浇混凝土中展开并形成隔离层，多个保护套管40能够对应套设在桩基钢筋笼200的多个主筋210外并隔离现浇混凝土和主筋210。

本发明还提出一种桩头破除方法，使用如上所述的现浇混凝土桩头分隔装置100，其中，该桩头破除方法包括：

步骤A，将多个保护套管40对应套设在桩基钢筋笼200的多个主筋210上，并使各保护套管40的底端与桩顶标高位置300齐平；

步骤B，通过定位部件30将柔性板铺设机构20预设在桩基钢筋笼200内，并柔性板铺设机构20位于顶标高位置300处；

步骤C，向桩基钢筋笼200中浇筑混凝土400；

步骤D，在混凝土浇筑完成后，通过柔性板铺设机构20将柔性板10在桩顶标高位置的混凝土400内部沿水平方向展开并形成隔离层；

步骤E，混凝土400在柔性板10上方凝固形成无效桩头，混凝土400在柔性板10下方凝固形成桩体；

步骤F，在混凝土凝固至预设强度后，分离无效桩头和桩体。

本发明提出的现浇混凝土桩头分隔装置100及桩头破除方法，通过定位部件30将柔性板铺设机构20预设在桩顶标高位置处，当混凝土浇筑完成后，柔性板铺设机构20再将柔性板10在桩顶标高位置处的现浇混凝土中展开并形成隔离层，进而对无效桩头(超灌部分)与桩体之间的物理隔离；同时，利用保护套管40对无效桩头与桩基钢筋笼200的主筋210进行隔离。当混凝土达到一定强度后，无需人工切割或风镐凿除混凝土，无需搭接临时用电，基本不产生粉尘，不会损伤主筋，可直接采用吊车或装载机上提桩头，即可使无效桩头和桩体、主筋分离，从而方便快速地去除无效桩头。不但大大降低了凿桩头的劳动工作强度，提高工作效率，还避免了对混凝土中钢筋的破坏，提高了混凝土桩体的施工质量。

本发明提出的现浇混凝土桩头分隔装置100结构简单，施工方便，有效提高了施工作业效率，减小了工程成本，保证了施工作业安全、高效进行。

在本发明一个可选的实施方式中，现浇混凝土桩头分隔装置100还包括保护环50，在步骤A中，如图6所示，将保护环50套设在桩基钢筋笼200外并使保护环50的底端与桩顶标高位置300齐平。保护环5 0能够在桩基钢筋笼200外的混凝土中形成隔离环层。进一步保证无效桩头和桩体能够快速分离。

在该实施方式一个可选的例子中，保护环50的厚度与桩基钢筋笼200外桩基混凝土保护层厚度相同。

在一个可选的例子中，保护环50为钢制楔形环。

在本发明一个可选的实施方式中，现浇混凝土桩头分隔装置100还包括吊环60，在步骤C中，将吊环60预埋在混凝土400中并使吊环60部分凸出于混凝土400的顶面；在步骤F中，通过吊环60上提无效桩头进而实现无效桩头和桩体的分离。

在该实施方式一个可选的例子中，在吊环60上挂载钢绞线或钢丝绳，采用吊车或装载机直接提出无效桩头，破桩头工作即可完成。

在一个可选的例子中，在混凝土400内可预埋有多个吊环60，各吊环60呈几字型，吊环60的顶端凸出于混凝土400。

在本发明一个可选的实施方式中，在步骤B中，在柔性板10、柔性板铺设机构20和定位部件30外分别涂刷混凝土脱模剂，以使柔性板10、柔性板铺设机构20和定位部件30能够方便地从混凝土中取出。

进一步的，桩头破除方法还包括：步骤G，从混凝土中拆除柔性板10、柔性板铺设机构20和定位部件30，以供周转使用，从而节约施工成本。

在一个可选的例子中，在保护环50外也涂刷混凝土脱模剂，便于保护环50的周转使用。

在本发明一个可选的实施方式中，柔性板铺设机构20包括固定杆21、卷轴杆22和连杆23，固定杆21的一端设置有套环24，连杆23固定连接在卷轴杆22的一端且垂直于卷轴杆22设置，连杆23贯穿套环24并与套环24转动配合，固定杆21和卷轴杆22平行设置且具有间隙，柔性板10预先卷制在卷轴杆22上，且柔性板10的端头固定在固定杆21上，连杆23带动卷轴杆22绕套环24转动，并使卷轴杆22上的柔性板10以固定杆21为起点展开形成隔离层。展开后的柔性板10呈环形，将位于其上方的混凝土(无效桩头)和位于其下方的混凝土分隔呈互不接触的两部分，便于后续施工中进行分离。

在该实施方式一个可选的例子中，卷轴杆22外套设有保护筒(图中未示出)，保护筒和内壁和卷轴杆22之间形成有环形间隔，柔性板10卷设在环形间隔内，保护筒的筒壁上开设有条形槽，条形槽沿保护筒的径向贯穿保护筒的筒壁，柔性板10的端头贯穿该条形槽与固定杆21相连接。采用上述结构，连杆23带动卷轴杆22转动时，柔性板10更容易展开。

在该实施方式一个可选的例子中，定位部件30包括中心管31和至少一个定位支架32，中心管31竖直设置且具有上下贯通的容置腔，连杆23穿设于容置腔并能转动地安装在中心管31的内壁上，连杆23的底端向下贯穿容置腔并与卷轴杆22固定相接，套环24位于卷轴杆22和中心管31之间，定位支架32固定连接在中心管31的外壁上。采用上述结构，中心管31通过定位支架32与桩基的钢筋固定连接，以使安装在中心管31上的连杆23固定与预定的位置上，设置在连杆23底端的卷轴杆22和固定杆21也就设置在了预定的位置(桩顶标高位置)上；并且固定杆21和卷轴杆22均为水平设置，柔性板10展开后形成的隔离层也为水平设置，使得分离后的桩头端面也更为平整，利于后续施工。

在一个可选的例子中，连杆23通过转动轴承33能转动地安装在中心管31的内壁上，中心管31的内壁上固设有与转动轴承33对位配合的限位环34，转动轴承33其外圈的底端卡设在限位环34的顶端，转动轴承33的内圈与连杆23固定连接。

优选的，连杆23外套设有两个转动轴承33，两个转动轴承33上下间隔设置，中心管31的内壁上对应固设有两个限位环34。各限位环34的外壁与中心管31的内壁固定连接，两个限位环34上下间隔设置。

在本发明中，如图7、图8所示，柔性板10的宽度略小于桩基钢筋笼内径，相应的，固定杆21、卷轴杆22的长度也略小于桩基钢筋笼内径，并且可以根据不同的桩径采用相应的柔性板10宽度及固定杆21、卷轴杆22长度，进而适用于绝大多数不同桩径的混凝土桩基，且可重复利用，成本低廉。

在该实施方式一个可选的例子中，容置腔的底端设置有密封垫35，连杆23贯穿密封垫35。密封垫35起到封闭容置腔底部，避免混凝土水泥浆侵入容置腔的作用。

在一个可选的例子中，密封垫35的内缘与连杆23密封固定连接，密封垫35的外缘与中心管31的内壁密封转动配合。

在另一个可选的例子中，密封垫35的内缘与连杆23密封转动配合，密封垫35的外缘与中心管31的内壁密封固定连接。

在该实施方式一个可选的例子中，定位支架32包括多个支撑杆321，各支撑杆321的一端与中心管31的外壁固定连接，各支撑杆321的另一端沿中心管31的径向外延，多个支撑杆321沿中心管31的周向均布。采用上述结构，各支撑杆321的另一端能够通过绑扎形式与钢筋笼的主筋连接，进而使得中心管31能够固定在预定的位置上。

优选的，定位支架32包括4个支撑杆321，4个支撑杆321沿中心管31的周向均布。

在一个可选的例子中，中心管31外设置有两个定位支架32，两个定位支架32上下间隔设置，以进一步保证中心管31能够固定在预定的位置。

在本发明一个可选的例子中，连杆23的顶端向上贯穿容置腔并设置有手柄25。转动手柄25即可带动连杆23转动，进而展开柔性板10。

在本发明另一个可选的例子中，中心管31上还设置有电机，电机与连杆23的顶端相连接并驱动连杆23绕其轴线旋转，从而减少操作人员的工作强度。

在本发明一个可选的实施方式中，柔性板10为铝板、PVC膜(塑料板)或钢板。优选的，柔性板10为薄铝板或薄钢板，不但能够保证柔性板10可以方便地卷制和展开，还能保证柔性板10具有一定的强度，因柔性板的损坏而影响隔离效果。

在本发明一个可选实施方式中，柔性板10外涂刷有混凝土脱模剂，以形成混凝土脱模剂层，进一步保证无效桩头和桩体能够分隔开。

请参考图6至图10，现结合一实施例，详细说明本发明提出的桩头破除方法的具体工作过程：

步骤A：根据设计图纸中的桩基长度，测量出桩顶标高，并在桩基钢筋笼200上做好标高位置300的标记，所有的主筋210采用保护套管40套上，保护套管40底部与标高位置300(桩顶标高标记)平齐，并用胶带缠好，避免混凝土水泥浆与保护套管40内的主筋210粘结，增加摩擦力。

将保护环50外涂刷好混凝土脱模剂，并将保护环50绑扎固定在套有中空保护套管40的主筋210外侧(如图6所示)，以便让无效桩头与桩体间混凝土保护层分隔，以便后续起吊无效桩头时无需人工切割、凿除混凝土保护层；

步骤B：将宽度略小于桩基钢筋笼200内径的柔性板10(薄铝板)，预先卷制在卷轴杆22上，并使柔性板10的端头固定在固定杆21上。调节两个定位支架32使得卷轴杆22水平设置并与标高位置300(桩顶标高)保持一致，定位无误后，两个定位支架32均通过绑扎形式与包裹有保护套管40的主筋210连接；固定杆21一端的套环24，与连杆23套接，固定杆21另一端绑扎在裹有保护套管40的主筋210上(如图7所示)，在柔性板10与中心管31上都涂刷好混凝土脱模剂；

步骤C，将制作好的桩基钢筋笼200与现浇混凝土桩头分隔装置放入桩孔内，再次复核桩基钢筋笼200标高、位置，确认无误后开始向桩基钢筋笼200中浇筑桩基混凝土；

当混凝土浇筑至顶部时，在混凝土体内预埋数根几字形吊环60；

步骤D：最终混凝土浇筑完成后，绕连杆23转动摇手手柄25，连杆23带动卷轴杆22旋转，卷制在卷轴杆22上的柔性板10以固定杆21为起点逐渐展开，在桩顶标高位置300的混凝土内部形成一圈物理隔离层；

步骤E：如图9所示，混凝土400在柔性板10上方凝固形成无效桩头，混凝土400在柔性板10下方凝固形成桩体；

步骤F：如图10所示，混凝土达到一定强度(预设强度)后，将无效桩头部分土体挖除，在吊环60上挂载钢绞线或钢丝绳，采用吊车或装载机直接提出无效桩头，破桩头工作即可完成；

步骤G：拆除保护环50、手柄25、固定杆21、卷轴杆22、柔性板10，取出连杆23、中心管31，以供后续施工中周转使用。

本发明提出的现浇混凝土桩头分隔装置及桩头破除方法操作简单，混凝土达到一定强度后，无需人工切割或风镐凿除混凝土，无需搭接临时用电，基本不产生粉尘，不会损伤主筋，可直接采用吊车或装载机上提无效桩头，大大降低了凿桩头的劳动工作强度，提高了工作效率，节约工程成本，通过调整柔性板宽度及固定杆、卷轴杆长度，可适用于绝大多数不同桩径的混凝土桩基，且可重复利用，成本低廉。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。