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，依据软土地基的特点，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探讨、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、高速马路等建设工程的快速发展，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肯定的成果。但软土地基加固施工技术的探讨，有肯定的经济价值和好用性。软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的具有自然含水量高、自然孔隙比大、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、土层层状分布困难、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，不行预见性大。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勘察设计不具体或不精确，导致对应当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，仍旧出现锥坡不匀称下沉，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，虽然软土采纳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，缘由是地质资料不精确，加固深度不够，填土速度过快，后加的反压护道又堵塞了砂垫层的排水通道。最终实行了管桩进行了加固。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，通车后整个路段不匀称沉降明显。主要缘由是堆料不当，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料采纳开山石渣土，其中合有大块石，运料没有做到匀称卸土，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运用带来不利影响。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，特殊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意不了设计要求，依据设计要求对原地基采纳预应力管桩、CFG桩等地基加固形式。管桩加固区域（CJDK218+500～CJDK219+824）采纳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）采纳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依据正方形布置，桩顶设置桩帽+0.5m碎石垫层，内铺一层双向土工格栅。2.施工打算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，管桩采纳静压法施工，静压法的打桩机采纳高效全液压静力压桩机；CFG桩采纳长螺旋钻管内泵压灌注桩机。现场设备计量器具必需经有相应资质的检测单位进行检测，并供应检测报告，且必需在检测有效期内。现场设备必需经过调试，并保证其性能良好，并悬挂平安操作规程以及操作、修理、保养人员名单。施工机械必需具备良好及稳定的性能，全部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材料打算预应力管桩采纳购买厂制成品桩。预应力管桩的规格、质量必需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。CFG桩（1）水泥：采纳强度等级42.5的一般硅酸盐水泥，水泥进场时应有出厂合格证，并有现场复验报告。（2）粉煤灰：采纳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：采纳粒径为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工程试桩试桩目的依据设计供应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意设计和验标要求。试桩结束后刚好整理各种参数，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。试桩选取原则依据设计要求，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。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；预应力管桩采纳静压沉桩；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）采纳强度等级P.O42.5一般硅酸盐水泥,Ⅱ级粉煤灰，石子采纳粒径为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混合料协作比表1混合料协作比图表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，采纳长螺旋成孔。（6）钻孔速度匀称限制，钻孔速度限制在2.0m/min左右，提管灌注混凝土速度限制在2.0～2.5m/min。3.施工技术探讨3.1管桩施工技术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采纳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，让上部荷载匀称地传递到持力层，提高地基承载力，以满意城际铁路对地基承载力的要求，并有效限制工后沉降。此种地基加固方法属于刚性复合地基加固方法。桩位布置依据正方形布置，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）。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,材料采纳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。定位测量和桩机就位依据设计图纸计算出桩位，用经纬仪布放其精确位置，并设置明显的标记（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。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.1Pilesliftingpointlocations预应力管桩的配桩首先依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，施工时依据“长桩管在下，短桩管在上”的依次进行施工。配桩后管桩总长度宜大不宜小，必需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。压桩（1）按额定总重配置压重，压桩力依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，预制桩起先对中，在对准桩位标记物（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度视察桩的垂直度，确保垂直度在1％L（L为桩长）以内；假如发生偏移，则拔出预制桩，用硬物填孔以防止桩偏移，重新放桩位。反之接着沉桩，沉桩时主机司机应仔细照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，再依据设计及试桩时确定的各项指标来限制是否实行送桩。送桩前先在送桩器上以米为单位按从下至上的依次标明长度，并采纳单点吊法将送桩器喂入桩帽。在管桩顶部放置桩垫，厚薄匀称，将送桩器下套在桩顶上，采纳仪器调正桩锤、送桩器和桩三者的轴线在同始终线上。送桩在满意停锤条件或终压标准后同样应刚好在桩顶上回盖袋装中砂或袋装碎石以避开管桩内孔被土掩堵。（4）压桩时为防止土体挤密使沉桩困难，一方面要合理限制压桩速率，另一方面可以依据先中间后周边、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，并能爱护已完成的工程桩与既有建筑物。接桩与焊接当管桩须要接长时，接头个数不宜超过3个。管桩连接采纳焊接接桩，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便利上节桩就位，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，并点焊坚固。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，每层焊接厚度应匀称。焊接完成后，需自然冷却时间爱护焊不少于1mim、一般焊不少于8mim后才可接着沉桩，夏天施工温度较高，可采纳鼓风机送风，加速冷却，严禁用水冷却或焊好即打。焊接接桩应按隐藏工程做好施工记录。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：视察、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：视察，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：视察。（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：视察、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、视察。（7）管桩地基处理后，按设计要求检验桩的承载力应满意设计要求。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。一般项目表2桩位、倾斜度的允许偏差、检验数量及检验方法Tab.2Pileposition，Inclinationallowabledeviation，amountofinspectionandtestmethod序号项目允许偏差检验数量检验方法1桩位群桩中间桩d/2且不大于250mm按桩总数的5%抽样检验，且每检验批不少于10根测量和尺量外缘桩d/42直桩垂直度1%吊线和尺量3.2CFG桩施工技术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采纳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，让上部荷载匀称地传递到持力层，提高地基承载力，以满意城际铁路对地基承载力的要求，并有效限制工后沉降。此种地基加固方法属于刚性复合地基加固方法。.桩位布置依据正方形布置，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）。CFG桩施工工艺退场不合格检验材料进场拌合试桩基线放样桩位放样不合格合格合格不合格施工打算复核钻孔至设计标高标准试件养护退场不合格检验材料进场拌合试桩基线放样桩位放样不合格合格合格不合格施工打算复核钻孔至设计标高标准试件养护合格合格灌注灌注桩机就位桩架移动到下一桩位桩机就位桩架移动到下一桩位提管灌注砼提管灌注砼检查标高及桩头质量检查标高及桩头质量桩基检测桩基检测图2CFG桩施工工艺流程图Fig.2CFGpilesconstructionprocess(1)桩位放线依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，依据桩位放样，钻机对准桩位后，匀速旋转钻杆进行钻孔，钻进速度应限制在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，拔管速度按匀速限制，拔管速度应限制在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）打桩依次：按由外围或两侧向中心、跳打的施工依次进行。施工要点（1）CFG桩采纳长螺旋杆钻孔成桩，钻机型号选择应依据地质条件及设计深度要求采纳宇通26型钻机。（2）桩体材料：桩体原材料采纳碎石、石屑、粉煤灰、水泥协作而成，材料按C15混凝土配比。混合料28天强度不小于15Mpa。（3）采纳水泥粉煤灰碎石（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。桩长原则上必需穿透软土至硬底，嵌入深度应满意设计要求，桩间距1.8米。（4）施工前应进行成桩工艺试验，检验设备、工艺是否相宜，确定选用的技术参数是否满意设计要求。（5）施工留意事项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，削减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），待全部桩身施工完毕（不再移机），在桩顶处按扩大头要求接桩至地面。②钻孔速度应匀称限制，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限制在2.0～2.5m/min，混合料坍落度16～18cm，并实行措施防止混合料泌水离析，保证成桩径匀称。③留意观测施工对尚未硬结相邻桩体影响。如桩顶标高，平面位置改变，应刚好处理。④CFG桩尚未硬结前禁止大型机械进入场地，桥头路堤在打算上架桥机前，应采纳轻型机车试压，以确保架桥施工的平安。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限制。（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，直至露出簇新混凝土面。清除浮浆后桩的有效长度应满意设计要求。（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。并采纳低应变动力试验，检测桩身完整性，低应变检测数量占桩数10％。一般项目表3CFG桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法Tab3CFGPilesallowabledeviation，amountofinspectionandtestmethod序号检验项目允许偏差施工单位检验数量检验方法1桩位(纵横向)50mm按成桩总数的10%抽样检验，且每检验批不少于5根经纬仪或钢尺丈量2桩体垂直度1%经纬仪或吊线测钻杆倾斜度3桩体有效直径≥500mm开挖50～100cm深后，钢尺丈量4.经济技术分析依据苏州站城际线路基的横断面和管桩、CFG桩桩位布置状况，选择39.6m段路基分别采纳管桩和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，每根依据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，每根依据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工料机消耗管桩工料机消耗表4管桩工料机消耗表Tab.4ConsumptiontableofPipepilemachinework序号费用消耗名称单位数量单价合价1管桩材料费M36001485328002管桩工费、机械费M360016576003桩帽C30混凝土料费M3141380535804桩帽施工工费、机械费等桩帽钢筋料费T22.324000892806桩帽钢筋工费、机械费T22.324008928合计753708CFG桩工料机消耗表5CFG桩工料机消耗表Tab.5ConsumptiontableofCFGpilemachinework序号费用消耗名称单位数量单价合价1CFG桩材料费M312962803628802CFG桩工费、机械费M5500221210003桩帽C15混凝土料费M3141330465304桩帽施工工费、机械费等个144507200合计5376104.3每米路基加固经济比较路基进行管桩加固的工料机消耗754708÷39.6=19033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，明显CFG桩比较经济，每米路基采纳CFG桩加固可以节约5457元，每公里路基地基加固可以节约545.7万，在技术条件可行的状况下，采纳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Tab.6ComparedwithCFGPilesandPipePilesonEconomicandtechnological桩基类型CFG桩 管桩综合单价13576元/M（路基）19033元/M（路基）地质要求可处理粘性土、粉土、砂土和已经固结的素填土可处理粘性土、粉土、砂土和淤泥质土场地要求上空无高压线，地下无管线，相邻建筑物较远，需工作垫层上空无高压线，地下无管线，相邻建筑物较远，需工作垫层优点和管桩单价相比较低、施工速度较快，对相邻桩体影响小、穿透地层的实力较强施工速度快、质量简单保证缺点处理深度适中，一般为20米左右，质量受地层性质影响较大，施工受既有建筑物影响、出土较多。受场地条件限制，接头不能太多；焊接质量不易限制，易锈蚀；单价高。5.结束语对软土地基进行加固有很多种方法，但对每种桩体有各自的好用条件和优缺点。因此，在选择桩体进行加固前先进行试桩，探讨加固深度、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依据不同的地质构造，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。参考文献：[1]申云生,工程地质中主要地基问题及其处理,1998(4),22-26.[2]杨位洗．地基及基础[M]．北京：中国建筑工业出版社，1998.[3]JG