CN110644809B - 一种砼内预埋件及预埋膨胀管水压胀裂法破拆砼体的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑工程和静态破碎技术领域，具体公开一种砼内预埋件及预埋膨胀管水压胀裂破砼的施工方法。砼内预埋件包括膨胀管(1)、管接头(2)、护套管(3)和一组护套管连接件(4)等。所述膨胀管(1)是一种可限度膨胀的扁带状耐压软管，管体在未承压的自然状态下为柔软的扁带管状，注水承压时，管体径向膨胀为刚度增加的圆柱状。临时砼体在浇筑前，按预先设定的开裂面对预埋件进行布设，砼体需拆除时，用高压水泵向预埋的膨胀管(1)内注入数十兆帕的高压水，使管体由扁趋圆径向膨胀，产生巨大的张力，即可将砼体胀裂破碎。此方法安全高效，节能环保，还可节省人力物耗成本。

Description

一种砼内预埋件及预埋膨胀管水压胀裂法破拆砼体的施工 方法

技术领域

本发明涉及建筑工程和静态破碎技术领域，特别是涉及一种砼内预埋件及预埋膨胀管水压胀裂法破拆砼体的施工方法。

背景技术

在建筑工程中，特别是基础施工阶段，临时性的砼构体会被经常用到，如基坑的挡墙和支护梁、桥梁的临时固结支墩、塔吊的台座、钢筒桩桩头等，它们到工程的某一阶段就必须被全部或部分地拆除。目前，传统的拆除施工方法有：爆破法、击凿法、切割法等，爆破法即在钻孔或预留孔中装入炸药实施爆破，尽管效率高，但安全风险大，也易产生次生危害；击凿法是指使用挖改冲击锤或人工手持风镐冲击凿碎砼体，这种方法简单易行，但效率偏低，且产生扰民的强噪音；切割法是指用圆盘锯、绳锯或水刀切割拆除砼体的方法，较前两种方法安全环保，施工效果也更好，但物料和水电消耗很大，成本较高且工时效率也不理想。

除上述传统工法外，国内外出现一些较新的技术和施工方法，主要集中在静态破碎技术应用方面，如许多工地采用凿岩机在砼体上钻孔，再用滑楔式液压劈裂机或柱塞式液压分裂棒插入钻孔胀裂拆除的方法，这种方法在能耗、效率、安全性等方面有诸多优势，但由于施工空间狭小和砼内配筋的影响，钻孔难度大和成孔率低成为制约这种工法推广的瓶颈。国内专利文献CN102127975A公开过一种混凝土预成孔静态破碎技术，描述为“在混凝土浇筑之前，先在混凝土构件内埋设一定大小、形状和数量的容器，容器上方有孔口，孔口内径小于容器的内径，孔口伸向构件边沿。当混凝土构件需要拆除时，沿孔口向容器灌满膨胀剂，膨胀剂在容器内发生化学反应产生膨胀力，将混凝土构件胀裂破碎。”显然，这种预埋的方法解决了钻孔的难题，但由于膨胀剂的使用存在拌浆、灌注、封孔操作烦琐，起胀过程漫长且易受环境温度影响，胀裂效果不可控等不足，故已被很多施工方放弃使用。

发明内容

针对临时砼构体拆除施工经常遇到的难题，以及现有技术和施工方法存在的上述不足，本发明提供一种砼内预埋件及预埋膨胀管水压胀裂法破拆砼体的施工方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种砼内预埋件，包括膨胀管、管接头、护套管和一组护套管连接件。膨胀管，所述膨胀管是一种可限度膨胀的扁带状耐压软管，管体在未承压的自然状态下为柔软的扁带管状，用手指即可将其弯曲折叠，注水承压时，管体径向膨胀为刚度增加的圆柱状。管体包括由内而外依次设置的内胆层、加强层和外护层，内胆层为弹性合成橡胶材料，用于阻止压力液渗出；加强层包含一层或多层的纤维编织层，用于抵抗内部压力，避免内胆层因过度膨胀或局部鼓胀而发生破裂；外护层为耐磨弹性体橡胶包覆层，用于保护加强层纤维免于摩擦受损。

管接头，所述管接头安装在膨胀管的两端，用于锁紧密封膨胀管管口和与管路之间的连接。

护套管，所述护套管为横截面形状呈长方形或椭圆形硬质塑料管，套在所述膨胀管外部，用于支撑和保护里面的膨胀管。

护套管连接件，是一组用于连接护套管、保护管接头及与钢筋锚固的管件，包括直线管套、弧形管套、U形管套、T形管套、工字管套等。

优选的，所述膨胀管的加强层包括一层或多层纤维编织层，其至少有一层是由多股高强纤维纱束，采用正反螺旋斜向交叉的方式紧密编织的。这种编织方式使得膨胀管具有限度膨胀的特性，即管体在内部压力较低时即开始径向膨胀，当内部压力达到某一远低于其最小爆破压力的阈值时，由于加强层纤维束间存在很大的编织阻力，管体直径不再随压力增大有明显变化，因此，可避免因已胀开段膨胀管过度膨胀破漏导致未胀开段膨胀管提前失压卸力。

优选的，所述加强层中的纤维编织层所用纱束的材料至少包括芳香族聚酰胺长丝纤维和超高分子聚乙烯长丝纤维中的一种。

优选的，一种所述护套管是由两条槽形扣板相对拼合而成的，槽形扣板的内底面呈连续弧形凹凸的波浪形，上下扣板的凹部和凸部互补相对，将其间的所述膨胀管夹挤成波浪形的扁带状。膨胀管在预埋时呈波浪形与平直状态相比有两方面优势，一是可减小管体膨胀时两端向中间收缩的长度，避免管壁与护套管间的滑动摩擦，二是有利于在砼体开裂后扩大裂隙宽度。

一种预埋膨胀管水压胀裂法破拆砼体的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：设计，临时砼体在浇筑前，预先设计开裂面的位置，画出预埋件布设的施工图，列出计划用料清单；

步骤二：备料，按设计裁切所述膨胀管和护套管，将所裁的每段膨胀管两端安装所述管接头，注入高压水检测其密封和承压性能，尔后逐段安装护套管；

步骤三：布设，在混凝土浇筑至预设的开裂面位置之前，按施工图布设预埋件，布设时确保每段膨胀管的扁平面均与预设的开裂面方向保持一致，预埋件管路转弯处保持尽量大的弯曲半径，并用所述护套管连接件对所有接头处和转弯处加强保护，每段所述护套管均设置数个与钢筋网的锚固点。

步骤四：浇筑，混凝土浇筑至预埋件层面时，尽量借助斜溜槽下料，并以较小的分层厚度逐层平缓浇筑，尽量避免振捣棒触动预埋件；浇筑中用护套钢管将连接膨胀管端头的高压软管引出至砼体表面，并对引出管末端用有明显标记的护盖或护套密封保护。

步骤五：胀裂，砼体拆除时，在砼体表面找到连接预埋膨胀管的高压软管端头，通过控制阀连接至高压水泵的出水管，启动高压水泵向预埋的膨胀管内注入高压水实施胀裂，砼体充分裂开后即停机卸压。

步骤六：清理，以人工与机械作业相结合的方式，移走分裂的砼块并清除碎渣，必要时用剪切或锯割的方法断开影响砼块移走的钢筋。

步骤七：回收，伴随清理过程及时拆卸并整理回收预埋件，经检查未损坏的预埋件可备再次使用。

优选的，预设开裂面的位置选择应避免有主钢筋垂直穿越；无法避免时，浇筑前，用缠绕或套管的方式在预拆除段内的钢筋外包覆数毫米厚的塑胶隔离层。

优选的，对筑成至拆除间有较长时间跨度的在用砼体，向预埋其中的膨胀管内注入干燥的压缩空气，并密封保持不小于1.5倍大气压的压力。

优先的，向砼内预埋的膨胀管内注水实施胀裂时，在砼体表面未出现裂隙前平缓增加水压，出现裂隙后采用脉动方式增大或保持水压，以扩大裂隙并增强破碎效果。

本发明公开了以下技术效果：本发明提供的砼内预埋件，主要材料采用性质稳定的高分子聚合物，耐潮湿，抗老化，韧性好，轻度的弯曲变形不影响使用性能；耐压高，胀裂力巨大，工效确切；组装、拆卸简便，可多次重复使用。

本发明公开的预埋膨胀管水压胀裂法破拆砼体的施工方法，简便易行，胀裂迅速，工时效率高，可一次性破拆大方量砼体；采用水压静态致裂技术，能耗低，用水量小，不产生振动和飞石，既安全又环保，还可减少机械和工人的作业量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明砼内预埋件之膨胀结构示意图；

图2为本发明砼内预埋件之膨胀管、护套管装配结构剖面示意图；

图3为本发明砼内预埋件之膨胀管、护套管装配结构断面示意图；

图4为本发明管预埋膨胀管水压胀裂法破拆砼体的施工方法流程图；

图5为本发明实施例中基坑挡墙砼体结构示意图；

图6为本发明实施例中预埋件布设方法示意图；

图7为本发明实施例中预埋件布设位置平面示意图；

图8为本发明实施例中预埋件布设位置立面示意图。

其中，膨胀管1，内胆层11，加强层12，外护层13，管接头2，护套管3，护套管连接件4，高压软管5，密封盖6，钢筋7。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更清楚、细致地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种砼内预埋件，包括膨胀管1和管接头2，护套管3和一组护套管连接件4。如图1所示，膨胀管1是一种可限度膨胀的扁带状耐压软管，管体在未承压的自然状态下为柔软的扁带管状，用手指即可将其弯曲折叠，注水承压时，管体径向膨胀为刚度增加的圆柱状。如图3所示，管体包括由内而外依次设置的内胆层11、加强层12和外护层13，内胆层为弹性合成橡胶材料，如用于阻止压力液渗出；加强层12包含一层或多层的纤维编织层，用于抵抗内部压力，避免内胆层因过度膨胀或局部鼓胀而发生破裂；外护层13为耐磨弹性体橡胶包覆层，用于保护加强层纤维免于摩擦受损。管接头2安装在膨胀管的两端，用于锁紧密封膨胀管1的管口和与管路之间的连接。如图3所示，护套管4为横截面形状呈长方形或椭圆形硬质塑料管，套在膨胀管1外部，用于支撑和保护里面的膨胀管1。护套管连接件4，是一组用于连接护套管3、保护管接头2及与钢筋锚固的管件，包括直线管套、弧形管套、U形管套、T形管套、工字管套等。

进一步的优化方案，膨胀管的加强层12包括一层或多层纤维编织层，其至少有一层是由多股高强纤维纱束，采用正反螺旋斜向交叉的方式紧密编织的。这种编织方式使得膨胀管具有限度膨胀的特性，即管体在内部压力较低时即开始径向膨胀，编织层会通过增大编织角来适应径向膨胀，当内部压力达到某一远低于其最小爆破压力的阈值时，由于加强层纤维束间存在很大的编织阻力，编织角大到某一平衡的极限值(通常在55°至60°之间)，管体直径不再随压力增大有明显变化，因此，可避免因已胀开段膨胀管过度膨胀破漏导致未胀开段膨胀管提前失压卸力。

进一步的优化方案，加强层12中的纤维编织层所用纱束的材料至少包括芳香族聚酰胺长丝纤维和超高分子聚乙烯长丝纤维中的一种。

在本发明的一个实施例中，膨胀管1的管体在不承压时的压扁宽度为36毫米，厚度为12毫米，内胆层11采用了邵氏硬度85HA，壁厚1.5毫米厚的热塑性聚胺酯弹性体橡胶(TPU)扁带管，加强层12有两层纤维编织层，内层为120锭0.5毫米线径超高分子聚乙烯复捻绞股纱线编织，外层为32锭1.5毫米线径对位芳纶无捻纱束编织；外护层13为1毫米厚TPU橡胶。膨胀管1的两端用扣压的方式安装了金属管接头2，接头体中心有与膨胀管内腔相连通的通孔，外端设有连接螺纹。

进一步的优化方案，如图2、3所示，一种护套管3是由两条槽形扣板相对拼合而成的，槽形扣板的内底面呈连续弧形凹凸的波浪形，上下扣板的凹部和凸部互补相对，将其间的所述膨胀管1夹挤成波浪形的扁带状。膨胀管1在预埋时呈波浪形曲线布设的合理性在于：因膨胀管1膨胀时，纤维层编织角的增大会使管体径向扩展的同时而在轴向上有一定程度的缩短，若膨胀管1直线布设则两端会被拉向中间发生滑动位移，而波浪形曲线布设为膨胀管预留了应对收缩的长度裕量，可消除或减弱膨胀管膨胀时两端向中间滑动的趋势，从而降低了管接头被拉脱和囊壁被磨损的风险；另一方面，砼体已被胀开裂隙后抗力会明显减小，膨胀管进一步趋圆膨胀时，管体会由弯变直且刚度增加，顶压两侧护套管3内壁凸出部可扩大推压已裂砼块分开的距离，从而增加砼体碎裂的程度。

在本发明的一个实施例中，护套管3是由两条PVC方槽形扣板相互扣合的，扣板宽度为42毫米，扣合厚度32毫米，槽内波浪面两相邻凸点间的距离为64毫米，扣合成的方管外用防水胶带缠绕。

本发明公开了一种预埋膨胀管水压胀裂法破拆砼体的施工方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤一：设计，临时砼体在浇筑前，预先设计开裂面的位置，画出预埋件布设的施工图，列出计划用料清单；

步骤二：备料，按设计裁切所述膨胀管1和护套管3，将所裁的每段膨胀管1两端安装所述管接头2，注入高压水检测其密封和承压性能，尔后逐段安装护套管3；

步骤三：布设，在混凝土浇筑至预设的开裂面位置之前，按施工图布设预埋件，布设时确保每段膨胀管1的扁平面均与预设的开裂面方向保持一致，预埋件管路转弯处保持尽量大的弯曲半径，并用护套管连接件4对所有接头处和转弯处加强保护，每段护套管3均设置数个与钢筋网的锚固点。

步骤四：浇筑，混凝土浇筑至预埋件层面时，尽量借助斜溜槽下料，并以较小的分层厚度逐层平缓浇筑，尽量避免振捣棒触动预埋件；浇筑中用护套钢管将连接膨胀管1端头的高压软管引出至砼体表面，并对引出管末端用有明显标记的护盖或护套密封保护。

步骤五：胀裂，砼体拆除时，在砼体表面找到连接预埋膨胀管1的高压软管端头，通过控制阀连接至高压水泵的出水管，启动高压水泵向预埋的膨胀管1内注入高压水实施胀裂，砼体充分裂开后即停机卸压。

步骤六：清理，以人工与机械作业相结合的方式，移走分裂的砼块并清除碎渣，必要时用剪切或锯割的方法断开影响砼块移走的钢筋。

步骤七：回收，伴随清理过程及时拆卸并整理回收预埋件，经检查未损坏的预埋件可备再次使用。

进一步的优化方案，预设开裂面的位置选择应避免有主钢筋垂直穿越；无法避免时，浇筑前，用缠绕或套管的方式在预拆除段内的钢筋外包覆数毫米厚的塑胶隔离层。此方案目的是减小钢筋与混凝土间的结合力，从而减小预拆除段砼体的抗拉强度。

进一步的优化方案，对筑成至拆除间有较长时间跨度的在用砼体，向预埋其中的膨胀管1内注入干燥的压缩空气，并密封保持不小于1.5倍大气压的压力。此方案目的避免预埋膨胀管的内胆层11因长时间浸水或受潮而加速老化，还可方便地检验管路的密封性。

进一步的优化方案，向砼内预埋的膨胀管内注水实施胀裂时，在砼体表面未出现裂隙前平缓增加水压，出现裂隙后采用脉动方式增大或保持水压，以扩大裂隙并增强破碎效果。

在本发明的一实施例中，对某城市地铁站基坑挡墙用预埋膨胀管水压胀裂法进行了对其顶段的拆除。如图5所示，该段挡墙是地铁基坑周边围护结构中的一段灌注式地下连续墙，长约20米，宽0.8米，预拆除的顶段高约1米，浇筑前，模板箱内有两排由冠梁钢筋笼向上探出的两排直立主筋，高约1.2米，两排间距0.6米，钢筋间距15厘米，施工方案设计混凝土强度等级为C30。

通过测量和计算，制定了预埋胀裂件布设方案如下：如图6、7、8所示，设置A、B两个胀裂面，A为水平面，位于距冠梁顶面标高向上5厘米处，布设两道水平间隔40厘米的膨胀管，折回处用U形护管保护，最小折弯半径15厘米，设2个中间接头，12个锚固点；B为垂直面，位于两排主筋间中分面，水平布设三道垂直间隔30厘米的膨胀管，两处折回处用U形护管保护，最小折弯半径15厘米，设3个中间接头，18个锚固点；膨胀管的入口端均用高压软管引至挡土墙顶面上，引出段用50×4.0无缝钢管外套保护，端口加设密封盖；每根钢筋头均外套长1.2米的PVC发泡套管。

预埋件用料包括：膨胀管7段，总长48米；管接头14只；封头4只；PVC护套管46米；U形弯头护管3只，弧形护管2只，接头护管5只，工字管卡30只，高压软管2根，无缝钢管1.5米，PVC发泡套管80米，密封胶带4卷。

备料期间，用液压压管机为7段膨胀管压好管接头；串接后，一端用封头密封，另一端连至水压实验台的出水口，打压至45MPa，保持3分钟未见有漏水现象；卸下封头后，用气泵将膨胀管内的存水吹干；拆卸开各中间接头，为每段膨胀装上护套管，护套管外用密封胶带缠绕。

施工方完成冠梁顶面浇筑时，两名工人进场布设安装预埋件，用时约30分钟完成A面，开始浇筑挡土墙，浇筑至层高30厘米时暂停，两名工人再次进场布设安装B面，用时约40分钟完成，而后施工方完成挡土墙浇筑。

在挡土墙砼体养护期内20天时，用气泵为A、B两面的管路内充入2个大气压的干燥压缩空气，并用气咀密封端口。

在距浇筑完成126天时，我方按施工方安排对挡土墙顶段进行胀裂拆除，工人到现场先打开端口封盖，用气压表测压，未见内部气压有明显下降；泄放掉管路中的空气后，工人用高压水泵通过一个手控阀连接至A面端口，而后启动高压水泵和手控阀向管路内注水加压，约40秒时，水压表显示压力为35MPa，听到墙体内有细碎断裂声，压力再升至38MPa时，墙体砰然断开，根部出再宽约6至8毫米水平裂缝，还可观察到6处有竖向断纹，工人操作手控阀脉动增卸水压十几次后，水平裂缝最大时扩至约2厘米，竖向断纹增加至14条。向B面管路内注水时，压力显示为31MPa时即有砼段从中间开裂，压力达到36MPa时各段全部开裂，砼裂块中最大长度小于1.5米，最大厚度小于0.4米。

施工方4名工人用铁锤、钢钎将较大的裂块解小后，人工配合铲车清渣，我方工人拆卸并回收整理暴露出的地埋件，部分护套管和连接保护件出现变形和开裂，所有膨胀管经打压检测均完好无损。

以上所述的实施例仅是对本发明内容部分的有代表性的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种砼内预埋件，其特征在于：包括膨胀管(1)、管接头(2)、护套管(3)和一组护套管连接件(4)， 所述膨胀管(1)为可限度膨胀的扁带状耐压软管，管体由内而外依次为内胆层(11)、加强层(12)、外护层(13)。所述内胆层(11)和外护层(13)的材质为弹性合成橡胶；所述加强层(12)为网状结构的纤维编织层；所述管接头(2)安装在所述膨胀管(1)的两端；所述护套管(3)为横截面形状呈长方形或椭圆形硬质塑料管，套在所述膨胀管(1)外部；所述护套管连接件(4)是一组在预埋时用于连接所述护套管(3)、保护所述管接头(2)及与钢筋锚固的管件；

所述加强层(12)包括一层或多层纤维编织层，且至少有一层是由多股高强纤维纱束，采用正反螺旋斜向交叉的方式紧密编织的；

一种所述护套管(3)由两条槽形扣板相对拼合而成，所述槽形扣板的内底面为连续弧形凹凸的波浪形，上下扣板的凹部和凸部互补相对，将其间的所述膨胀管(1)夹挤成波浪形的扁带状。

2.根据权利要求1所述的一种砼内预埋件，其特征在于：所述纤维编织层所用纱束的材料至少包括芳香族聚酰胺长丝纤维和超高分子聚乙烯长丝纤维中的一种。

3.一种预埋膨胀管水压胀裂法破拆砼体的施工方法，包括权利要求1-2中任一项 所述的砼内 预埋件，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：设计，临时砼体在浇筑前，预先设计开裂面的布局，画出预埋件布设的施工图，列出计划用料清单；

步骤二：备料，按设计裁切权利要求1中所述膨胀管和护套管，将所裁的每段膨胀管两端安装所述管接头，注入高压水检测其密封和承压性能，尔后逐段安装护套管；

步骤三：布设，在混凝土浇筑至预设的开裂面位置之前，按施工图布设预埋件，布设时确保每段膨胀管的扁平面均与预设的开裂面方向保持一致，预埋件管路转弯处保持尽量大的弯曲半径，并用权利要求1中所述护套管连接件对所有接头处和转弯处加强保护，每段所述护套管均设置数个与钢筋网的锚固点；

步骤四：浇筑，混凝土浇筑至预埋件层面时，尽量借助斜溜槽下料，并以较小的分层厚度逐层平缓浇筑，尽量避免振捣棒触动预埋件；浇筑中用护套钢管将连接膨胀管端头的高压软管引出至砼体表面，并对引出管末端用有明显标记的护盖或护套密封保护；

步骤五：胀裂，砼体拆除时，在砼体表面找到连接预埋膨胀管的高压软管端头，通过控制阀连接至高压水泵的出水管，启动高压水泵向预埋的膨胀管内注入高压水实施胀裂，砼体充分开裂后即停机卸压；

步骤六：清理，以机械与人工相结合的作业方式，移走分裂的砼块并清除碎渣，必要时用剪切或锯割的方法断开影响砼块移走的钢筋；

步骤七：回收，伴随清理过程及时拆卸并整理回收预埋件，经检查未损坏的预埋件可备再次使用。

4.根据权利要求3所述的预埋膨胀管水压胀裂法破拆砼体的施工方法，其特征在于：预设开裂面的位置选择应避免有主钢筋垂直穿越；无法避免时，浇筑前，用缠绕或套管的方式在预拆除段内的钢筋外包覆数毫米厚的塑胶隔离层。

5.根据权利要求3所述的预埋膨胀管水压胀裂法破拆砼体的施工方法，其特征在于：对筑成至拆除间有较长时间跨度的在用砼体，向预埋其中的膨胀管内注入干燥的压缩空气，并密封保持不小于1.5倍大气压的压力。

6.根据权利要求3所述的预埋膨胀管水压胀裂法破拆砼体的施工方法，其特征在于：向预埋的膨胀管内注水胀裂时，在砼体表面未出现裂隙前平缓增加水压，出现裂隙后采用脉动方式增加水压。

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