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CFG桩与管桩施工技术及经济的理念分析
关键词：管桩；CFG桩；施工技术；经济分析
　　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（1.60 m×1.60 m×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。
　　2.3.2 CFG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.O 42.5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（见表1）；（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。
　　表1 混合料配合比图表
　　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*1.6m0.35m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1：
图1 管桩吊点位置图
　　3.1.6 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。
　　3.1.8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。
　　3.1.9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的规定有：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）桩顶高程和桩头处理应符合设计要求。检验数量：全部检验；检验方法：测量、观察。（7）管桩地基处理后，按设计要求检验桩的承载力应满足设计要求。检验数量：按设计要求数量检验，请勘察单位现场确认。检验方法：静载试验。
　　一般项目，见表2：
　　表2 桩位、倾斜度的允许偏差、检验数量及检验方法
　　3.2CFG桩施工技术
　　3.2.1 适用的地质构造和加固原理
　　可处理粘性土、粉土、砂土和已经固结的素填土等地基，沪宁城际正线在人民路东通道以东部分约600m采用CFG桩进行加固。CFG桩和桩间土、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。
　　3.2.2.桩位布置
　　按照正方形布置，桩径0.5m，间距1.8m，桩深20.5-23m，桩底进入硬层不小于0.5m，共计3391根（67626m）。
　　3.2.3 CFG桩施工工艺
　　图2 CFG桩施工工艺流程图
　　（1）桩位放线：根据桩位平面图及现场桩位基准点，用激光测距仪坐标放点，用竹签做标记，放线后经专人检验，并派人看护。（2）钻孔灌注砼：钻机就位，安装钻杆，根据桩位放样，钻机对准桩位后，匀速旋转钻杆进行钻孔，钻进速度应控制在2.0m/min左右钻至设计标高。当钻至设计标高后，输送泵向钻杆内填入填料至满料斗，拔管速度按匀速控制，拔管速度应控制在2.0～2.5m/min左右。施工完成后，桩顶铺50cm碎石垫层，垫层内铺设一层土工格栅。双向土工格栅设计抗拉强度不小于80KN/m。（3）打桩顺序：按由外围或两侧向中心、跳打的施工顺序进行。
　　3.2.4 施工要点
　　（1）CFG桩采用长螺旋杆钻孔成桩，钻机型号选择应根据地质条件及设计深度要求采用宇通26型钻机。（2）桩体材料：桩体原材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥配合而成，材料按C15混凝土配比。混合料28天强度不小于15Mpa。（3）采用水泥粉煤灰碎石（CFG）桩加固地基，桩直径500mm，正方形布置。桩顶铺填0.5m碎石垫层，垫层内铺设1层双向土工格栅，设计抗拉强度不小于100KN/m。桩长原则上必须穿透软土至硬底，嵌入深度应满足设计要求，桩间距1.8

米。（4）施工前应进行成桩工艺试验，检验设备、工艺是否适宜，确定选用的技术参数是否满足设计要求。（5）施工注意事项：①平整场地后铺设50cm的工作垫层，桥涵地段应从桥（涵）路分界向路基方向施工，减少施工对桥涵基础的影响。桩头离地面下60cm停机（防止移机时断桩），待所有桩身施工完毕（不再移机），在桩顶处按扩大头要求接桩至地面。②钻孔速度应均匀控制，淤泥及淤泥质土钻孔速度2.0m/min左右，提管灌注混凝土速度宜控制在2.0～2.5m/min，混合料坍落度16～18cm，并采取措施防止混合料泌水离析，保证成桩径均匀。③注意观测施工对尚未硬结相邻桩体影响。如桩顶标高，平面位置变化，应及时处理。④CFG桩尚未硬结前禁止大型机械进入场地，桥头路堤在准备上架桥机前，应采用轻型机车试压，以确保架桥施工的安全。
　3.2.4 质量检验方法
　　主控项目：（1）所用的水泥和粗细骨料品种、规格及质量应符合设计要求。（2）CFG桩混合料坍落度应按工艺性试验确定并经监理工程师批准的参数进行控制。（3）CFG桩混合料强度应符合设计要求，施工过程中，抽样做混合料试块，每台机械每天至少做一组（3块），试块尺寸为15cm×15cm×15cm，并测定28天抗压强度。（4）CFG桩的数量、布桩形式应符合设计。（5）每根桩的投料量不得少于设计灌注量；。（6）CFG桩顶端浮浆应清除干净，直至露出新鲜混凝土面。清除浮浆后桩的有效长度应满足设计要求。（7）施工结束28 天后进行单桩复合地基载荷试验，抽检率2‰，且每个单体工程

不应少于3点。并采用低应变动力试验，检测桩身完整性，低应变检测数量占桩数10%。
　　一般项目，见表3：
　　表3 CFG桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法
　　4.经济技术分析
　　根据苏州站城际线路基的横断面和管桩、CFG桩桩位布置情况，选择39.6m段路基分别采用管桩和CFG桩加固进行经济技术分析。
　　4.1 工程数量
　　管桩：18排桩，每排8根，计144根，每根按照25米，计3600m；桩帽混凝土144个计C30砼，141m3；桩帽钢筋22.32t.
　　CFG桩：22排桩，每排10根，计220根，每根按照25米，计5500米，理论方量计C15砼1080m3，考虑到混凝土超方，约1.2倍，实际1296m3，桩帽C15砼77m3。
　　4.2 工料机消耗
　　4.2.1 管桩工料机消耗
　　表4 管桩工料机消耗表
　　4.2.2 CFG桩工料机消耗
　　表5 CFG桩工料机消耗表
　　4.3每米路基加固经济比较
　　4.3.1路基进行管桩加固的工料机消耗
　　754708÷39.6=19033
　　4.3.2路基进行CFG桩加固的工料机消耗
　　537610÷39.6=13576
　　以上通过对二种路基加固形式的经济比较，显然CFG桩比较经济，每米路基采用CFG桩加固可以节省5457元，每公里路基地基加固可以节省545.7万，在技术条件可行的情况下，采用CFG桩加固，经济合理。
　　4.4软基加固经济技术比较图表
　　表6 管桩与CFG桩经济技术比较图表
　　5. 结束语
　　对软土地基进行加固有许多种方法，但对每种桩体有各自的实用条件和优缺点。因此，在选择桩体进行加固前先进行试桩，研究加固深度、单桩承载力与地基地质的相互关系，选择工艺性参数。同时在市场经济条件下根据不同的地质构造，除应考虑技术的可行性外，还要考虑经济的合理性，以实现技术方案先进、可行、经济效益的最大化目标。
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