CFG桩与管桩施工技术与经济分析

CFG桩与管桩施工技术及经济分析谷献裕（中铁二十四局集团江苏工程有限公司，江苏南京210042）摘要:苏州火车站地区处于软基地段，根据软土地基的特点，结合火车站站场改造工程实例，对管桩和CFG桩二种地基加固形式之施工技术进行研究、比较，同时对管桩和CFG桩二种地基加固形式进行经济技术分析。关键词:管桩；CFG桩；施工技术；经济分析中图分类号：TU753.3文献标识码：A近年来，随着我国高速铁路、铁路客运专线、高速公路等建设工程的迅速发展，针对软土地基加固，在防止路堤失稳、提高地基承载力等施工技术方面取得了一定的成果。但软土地基加固施工技术的研究，有一定的经济价值和实用性。软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。软土地基的性质因地而异，不可预见性大。在设计、施工过程中，稍有疏忽就会出现质量事故，常见的事故有:1勘察设计不详细或不准确，导致对应该作软基处理的地段未作处理设计，此类工例不少，世界银行贷款项目也存在此类现象。2已知是软土地基，但是未做好软土地基处理，造成路堤失稳或危及线外建筑物。如甬台温铁路工程邵家度大桥桥头，由于高填土引起线外土地隆起，民房受损．路基难以稳定，只好增加桥梁长度，建成后一段时间，仍然出现锥坡不均匀下沉，又做了处理，现已改建新桥。3虽然作了软土地基处理，但是措施不力，施工不当造成路堤失稳。甬台温张家特大桥桥头，虽然软土采用CFG桩处理地基，结合分级加裁预压处理，路堤填土高度7m，仅填土到2.5m高(第一级加载)时就发生破坏。经开挖分析，原因是地质资料不准确，加固深度不够，填土速度过快，后加的反压护道又阻塞了砂垫层的排水通道。最后采取了管桩进行了加固。4堆料不当，未按规定分层填筑，填土过快，碾压不当，造成路堤失稳。丁山特大桥的引道，原设计对软基都作了袋装砂并结合砂垫层加固处理，由于投资限制，大部分路段的处理被取消。在施工过程中，有几处路堤发生滑塌现象，通车后整个路段不均匀沉降明显。主要原因是堆料不当，未按规定分层填筑，也未作施工观测，填土过快，碾压不当。其填料采用开山石渣土，其中合有大块石，运料没有做到均匀卸土，合理分层，而是堆成厚层用强振碾压，使强度很低、灵敏度很高的软土地基受到破坏。末作加固处理但按规定施工的路段，虽然后来沉降较大，但没有发生破坏。5由于台背填土使地基对结构物产生负摩阻力和纵向推挤作用，引起桥台发生变位以至损坏。在软土地基上的桥台，基础不论是用支承桩或是摩擦桩，由于台背填土引起软土层发收稿日期;2012-5-15作者简介：谷献裕（1964-），男，工程师，主要从事土木建筑施工管理工作生较大的沉降，对桥台及桩基础产生纵向推挤向河中方向和负摩擦力作用，轻则使桥台发生位移或下沉，重则损坏桥台危及桥墩，这种现象尤以轻型桥台为甚。此类现象出现不少给工程的进展和完工后的使用带来不利影响。主要问题是：台背填土引起桥台向桥跨方向发生水平变位；先做桥台，后做锥坡及台背填土；锥坡没有按设计图纸做足，台背填土时把轻型桥台推坏；由于负摩擦力作用，引起桥台下沉。对软土地基，特别是在铁路大型站场地基处理方面，用水泥搅拌桩、CFG桩、预应力混凝土管桩等方法进行处理加固，其关键施工技术、同一地区施工顺序、采用何种加固形式等问题的研究，有一定的科学性、经济性、适用性。1工程概况沪宁城际正线穿越苏州火车站站场有1.6km，基床范围地基承载力不小于180Kpa，当路堤基底存在压缩性较大的地基土时，工后沉降和地基承载力满足不了设计要求，按照设计要求对原地基采用预应力管桩、CFG桩等地基加固形式。管桩加固区域（CJDK218+500～CJDK219+824）采用PHC预应力混凝土管桩，桩顶设C30钢筋混凝土桩帽(1.60m×1.60m×0.35m)，间距2.2m，桩径0.5m；CFG桩加固区域（CJDK219+824～CJDK220+100）采用长螺旋钻管内泵压灌注桩机，间距1.8m，桩径0.5m；以上二种加固形式均按照正方形布置，桩顶设置桩帽+0.5m碎石垫层，内铺一层双向土工格栅。2.施工准备2.1场地整理平整施工场地，清除桩位处地上、地下一切障碍(包括大块石、树根和生活垃圾等)，场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土，桩机和材料进出要有施工通道并保持畅通。2.2施工机具由于施工场地位于苏州市区，管桩采用静压法施工，静压法的打桩机采用高效全液压静力压桩机；CFG桩采用长螺旋钻管内泵压灌注桩机。现场设备计量器具必须经有相应资质的检测单位进行检测，并提供检测报告，且必须在检测有效期内。现场设备必须经过调试，并保证其性能良好，并悬挂安全操作规程以及操作、维修、保养人员名单。施工机械必须具备良好及稳定的性能，所有桩机施工前应由监理工程师和项目经理部组织检查验收合格后方可开钻。2.3材料准备2.3.1预应力管桩采用购买厂制成品桩。预应力管桩的规格、质量必须符合设计要求和验收标准，并有出厂合格证，现场按要求进行验收。2.3.2CFG桩（1）水泥：采用强度等级42.5的普通硅酸盐水泥，水泥进场时应有出厂合格证，并有现场复验报告。（2）粉煤灰：采用Ⅱ级粉煤灰；粉煤灰进场时应有出厂合格证，并有现场复验报告。（3）石子：采用粒径为5-25mm的坚硬碎石或卵石。（4）石屑：石屑粒径为2.5-10mm，杂质含量小于5%。2.4工程试桩2.4.1试桩目的按照设计提供的承载力特征值和加固深度，进入桩基持力层（粉土夹粉质粘土）时，单桩承载力和各种技术参数能否满足设计和验标要求。试桩结束后及时整理各种参数，并形成正式的试桩报告报监理单位审批，以便指导下一步施工。2.4.2试桩选取原则按照设计要求，每100米试桩2根，CJDK218+500—CJDK219+500段共1000米，试桩一共20根，试桩桩位选择纵向分布、桩长不等（20m、25m、27m、29m、30m、31m、35m、37m）并有代表性的桩位。2.4.3施工参数管桩预应力管桩混凝土强度等级C60，管径50cm，壁厚7cm，桩间距2.2米，桩长18.7～38米，正方形布置；预应力管桩采用静压沉桩；单桩竖向极限承载力为单桩设计承载力值的1.6倍。CFG桩（1）桩体混凝土强度等级C15，桩径0.5m，间距1.8m，桩长21～25米，正方形布置。（2）采用强度等级P.O42.5普通硅酸盐水泥,Ⅱ级粉煤灰，石子采用粒径为5～25mm的坚硬碎石，石屑粒径为2.5～10mm，杂质含量小于5%。（3）CFG桩C15混合料配合比表1混合料配合比图表Tab.1Themixtureratio材料名称水泥细骨料粗骨料粉煤灰水配比数11.974.820.941.09（4）混合料坍落度为16～20cm。（5）成孔工艺，采用长螺旋成孔。（6）钻孔速度均匀控制，钻孔速度控制在2.0m/min左右，提管灌注混凝土速度控制在2.0～2.5m/min。3.施工技术研究3.1管桩施工技术3.1.1适用的地质构造和加固原理可处理粘性土、粉土、砂土和淤泥质土等加固较深的地基，沪宁城际正线在DK218+500-DK219+500约1km采用预应力钢筋混凝土管桩进行加固，桩顶设置1.6m*1.6m*0.35m钢筋混凝土桩帽。管桩和桩间土、桩帽与褥垫层(碎石垫层+土工格栅)一起形成“桩-网”结构，让上部荷载均匀地传递到持力层，提高地基承载力，以满足城际铁路对地基承载力的要求，并有效控制工后沉降。此种地基加固方法属于刚性复合地基加固方法。3.1.2桩位布置按照正方形布置，桩径0.5m，间距2.2m，桩深20-38m,桩底进入硬层不小于0.5m,共计4506根（128490m）。3.1.3工作垫层工作垫层作为软基加固施工机械的作业平台，其厚度视软基加固桩型及其施工机械类型而定,材料采用C组以上填料，但其粒径不宜太大，以免在沉桩过程中发生挤压偏桩或引起管桩断裂。预应力管桩的工作垫层表层上铺设约30～50cm厚的中粗砂，以便管桩堆放和吊装，同时也缓冲了因施工机械走行而导致已打的管桩断裂。整个工作垫层在施工后应大致整平并设置标高观测桩，工作垫层的四周还应设置排水沟。3.1.4定位测量和桩机就位根据设计图纸计算出桩位，用经纬仪布放其准确位置，并设置明显的标志（如钢筋头或竹签）。桩机就位通过下垫的枕木或者自行液压系统调整支撑腿的高度，达到整体水平的垂直度。3.1.5预应力管桩的起吊预应力管桩的起吊方法有单点及双点捆绑法。见图一：图1管桩吊点位置图Fig.1Pilesliftingpointlocations3.1.6预应力管桩的配桩首先根据设计桩基深度匹配长度进行施工组合，下一根桩还应结合邻桩实际施打长度调整配桩。一般长度大于等于24米不超过3节桩组合，桩基深度小于24米不超过2节桩组0.293L0.25LL0.707LL0.5L双点吊立图单点吊立图0.25L合，施工时按照“长桩管在下，短桩管在上”的顺序进行施工。配桩后管桩总长度宜大不宜小，必须确保送桩后的桩顶标高与桩帽底部标高相差不大于1.5米，以便于补桩接长。3.1.7压桩（1）按额定总重配置压重，压桩力根据桩支撑类型及单桩设计承载力确定。（2）在检查桩位无误后，地面指挥员指挥桩机进入桩位，桩机上机操作工用线锤对准桩位，引导指挥员指挥主机司机精确对准桩位，当辅机司机吊桩到位后，预制桩开始对中，在对准桩位标志物（钢筋头）后放松夹具，预制桩插入土中，此时在合适的通视位置用两台经纬仪交叉成90度观察桩的垂直度，确保垂直度在1％L（L为桩长）以内；如果发生偏移，则拔出预制桩，用硬物填孔以防止桩偏移，重新放桩位。反之继续沉桩，沉桩时主机司机应认真如实的记好每个行程油压缸读数及其它原始数据。（3）送桩首先按设计桩长接桩完成并正常施打后，再根据设计及试桩时确定的各项指标来控制是否采取送桩。送桩前先在送桩器上以米为单位按从下至上的顺序标明长度，并采用单点吊法将送桩器喂入桩帽。在管桩顶部放置桩垫，厚薄均匀，将送桩器下套在桩顶上，采用仪器调正桩锤、送桩器和桩三者的轴线在同一直线上。送桩在满足停锤条件或终压标准后同样应及时在桩顶上回盖袋装中砂或袋装碎石以避免管桩内孔被土掩堵。（4）压桩时为防止土体挤密使沉桩困难，一方面要合理控制压桩速率，另一方面可以按照先中间后周边、先长后短的原则施工这样一来可有效防止土体隆起，分散应力，从而能保证压桩达到设计标高，并能保护已完成的工程桩与既有建筑物。3.1.6接桩与焊接当管桩需要接长时，接头个数不宜超过3个。管桩连接采用焊接接桩，其入土部分桩段的桩头宜高出地面0.5m～1.0m。下节桩的桩头处宜设导向箍以方便上节桩就位，接桩时上下节桩应保持顺直，中心偏差不宜大于2mm，节点弯曲矢高不得大于1‰桩长。管桩对接前，上下端板表面应用钢丝刷清理干净，坡口处露出金属光泽，对接后，若上下桩接触面不密实，可用不超过5mm的钢片嵌填，达到饱满为止，并点焊牢固。焊接时在坡口圆周上对称点焊4～6点，待上下桩固定后再拆除导向箍再分层施焊，每层焊接厚度应均匀。焊接完成后，需自然冷却时间保护焊不少于1mim、普通焊不少于8mim后才可继续沉桩，夏天施工温度较高，可采用鼓风机送风，加速冷却，严禁用水冷却或焊好即打。焊接接桩应按隐蔽工程做好施工记录。3.1.8质量检验方法主控项目（1）桩的质量应符合设计要求和相关标准的规定。检验数量：全部检查；检验方法：检查合格证或检验报告等质量证明文件。（2）桩的混凝土表面质量应符合下列规定：①桩的棱角破损深度应在10mm以内，其总长度不大于40cm；②预应力混凝土桩不得有裂缝（表面收缩裂缝除外）。检查数量：全部检查；检验方法：观察、尺量或用刻度放大镜检查。（3）打入桩的数量、布桩形式应符合设计要求。检验数量：全部检验；检验方法：观察，现场清点。（4）接桩应符合设计要求。检验数量：全部检验；检验方法：观察。（5）桩的入土深度应符合设计要求。检验数量：全部检验；检验方法：观察、测量并填写沉桩记录。（6）桩顶高程和桩