京滬高速鐵路濟南西站CFG樁復(fù)合地基土模旋切截樁現(xiàn)澆樁帽施工技術(shù)

徐 偉，杜雪峰

(中鐵十二局集團有限公司，太原 030024)

1 工程概況

濟南西站是京滬高速鐵路5個始發(fā)終到站之一，本標(biāo)段站場路基正線全長3.6 km，自黃河南引橋滬端橋臺尾DIK417+453.58至跨濟兗公路特大橋京端橋臺尾DIK421+053.36。站內(nèi)軟土、松軟土分布廣泛。正線無砟軌道板基礎(chǔ)按1∶1放坡至原地面以內(nèi)部分采用33 m長的PHC管樁+50 cm厚鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ);筏板外采用15～25 m長的CFG樁+60 cm厚碎石墊層的樁帽網(wǎng)結(jié)構(gòu)加固處理。CFG樁設(shè)計樁徑40 cm，樁體設(shè)計強度達到不小于C20混凝土強度等級。CFG樁布置形式為:縱向間距1.5 m，橫向間距1.6 m。樁帽設(shè)計為φ110 cm、厚度50 cm的圓柱形樁帽，混凝土強度不小于C30。

2 施工特點

(1)流程簡捷，工效高，速度快。通過先機械填筑后人工開挖的土模法，有效避免了CFG樁成樁后樁間土的挖除與回填，簡化了施工工序，提升了施工速度;采用自行研制的旋切截樁機截除樁頭，降低了作業(yè)人員勞動強度，大幅提高了工效。

(2)工藝簡單，施工便利，質(zhì)量可靠，便于推廣。場地的硬化填筑、樁帽土模開挖和截樁機旋切截樁施工工藝易于掌握，質(zhì)量易控，避免了因保護土層清運和去樁頭作業(yè)對樁頂設(shè)計平面以下樁間土的過度擾動、對樁身的磕碰造成斷樁的問題以及樁間土回填不易夯實的問題，保證了施工質(zhì)量。

(3)設(shè)備簡單，成本低廉，經(jīng)濟效益顯著。自主研制的截樁機，結(jié)構(gòu)簡單、配件易購、投入小，可購買配件、材料進行自加工，有效降低設(shè)備成本投入，經(jīng)濟效益顯著。

3 適用范圍

本方法適用于鐵路、公路、房建、市政等工程CFG樁樁帽網(wǎng)(圓柱形樁帽)結(jié)構(gòu)的施工，特別是對于CFG樁樁帽網(wǎng)工程量大、任務(wù)集中、工期緊張的項目有顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益。

4 工藝原理

隨同場地清表預(yù)先對作業(yè)區(qū)以A、B組填料進行換填施工，形成硬化層，使其達到樁間土的回填壓實質(zhì)量要求。CFG樁成樁后清除置換土并整平場地，在硬化層內(nèi)按樁帽尺寸人工開挖基槽制作土模，在土模內(nèi)現(xiàn)澆樁帽混凝土，避免CFG樁成樁后挖除樁周土和樁帽澆筑完成后回填樁間土施工的復(fù)雜性。

采用自主研發(fā)的旋切截樁機，可使鋸片探入地面以下截樁位置水平旋轉(zhuǎn)切割樁身截樁，解決因土?？臻g狹小，采用風(fēng)鎬截除樁頭費時耗力、效率低、觀感較差、易傷樁身等問題。

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

5.2 操作要點

5.2.1 場地硬化層預(yù)處理

清表作業(yè)完成后，CFG樁施工前采用A、B組填料預(yù)先對作業(yè)區(qū)進行換填處理，硬化層厚度與樁帽高度基本相當(dāng)，層頂高程按樁帽頂設(shè)計高程控制，分層層厚及壓實質(zhì)量應(yīng)符合客運專線鐵路基床以下路堤填料的壓實要求，同時滿足CFG樁帽網(wǎng)結(jié)構(gòu)樁間土的回填質(zhì)量的設(shè)計要求，確保CFG樁樁機進場及走行便利。

5.2.2 開挖硬化層制作土模

開挖樁帽基槽前，首先由測量人員測量每根樁的樁頂高程，由技術(shù)人員根據(jù)測量結(jié)果及設(shè)計高程確定下挖深度，并對工班進行交底。基槽采用人工開挖，樁周土的開挖應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計樁帽的尺寸及交底開挖深度進行開挖，確保樁帽基坑中心位置偏差不超過15 mm，平面尺寸偏差小于±30 mm，樁帽高度偏差不超過+30、－20 mm，中心位置基槽坑底應(yīng)平整、無雜物，高程處于截樁位置以下10 cm處(設(shè)計CFG樁樁身嵌入樁帽10 cm)，以便于截樁機繞樁身旋轉(zhuǎn)切割時保持軌道平順。

5.2.3 截樁機旋切截除樁頭

(1)旋切截樁機結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1 施工工藝流程

旋切截樁機是基于切割機的原理，針對本工程特點設(shè)計，由水箱、電源開關(guān)、被動軌道輪、道軌、圓圈支架、支架、水龍頭、電機、拔插、銷子、固定板、擺動板、滑套、操作桿、上皮帶輪、搖把、長滑套、傳動皮帶、冷卻水管、主動軌道輪、下皮帶輪、切割鋸、電線組成，如圖2所示。

工作時，把道軌套上樁頭，置于樁帽基槽坑底。架起支架，把主動軌道輪和2個被動軌道輪放在道軌上。打開電源開關(guān)通電，啟動電機帶動切割鋸旋轉(zhuǎn)，操作人員轉(zhuǎn)動操作桿，帶動拔插強制拔動銷子，使銷子帶動擺動板旋轉(zhuǎn)角度，讓擺動板帶動電機與切割鋸靠近樁身由淺至深切割樁頭;同時，操作人員旋轉(zhuǎn)搖把，帶動上皮帶輪旋轉(zhuǎn)。在傳動皮帶的帶動下，下皮帶輪和主動軌道輪同軸轉(zhuǎn)動，帶動2個被動軌道輪在道軌上轉(zhuǎn)動。在打開電機電源開關(guān)的同時，打開水龍頭，冷卻水從水箱中經(jīng)冷卻水管流到電機和切割鋸上對兩者進行冷卻。隨著支架在道軌上繞樁身旋轉(zhuǎn)1周，切割鋸旋繞樁頭1周對樁身實施切割作業(yè)并形成環(huán)形切縫，關(guān)閉電源，移機至下一樁點切割，然后對已旋切完畢的樁位進行去樁頭作業(yè)。

圖2 截樁機結(jié)構(gòu)

(2)去樁頭作業(yè)

采用截樁機繞樁身切割1周，形成環(huán)形切縫，切樁過程中注意冷卻水管水量不足時應(yīng)及時補水，一是冷卻鋸片，二是抑制飛塵;樁身直徑為40 cm，截樁機切割進尺為10 cm，截樁機繞樁身旋切1周后，需用鋼楔子置于切縫處，以大錘錘擊鋼楔，使楔頭自切縫處嵌入樁體撬斷樁身，樁頭自然脫落;切割線位于地面以下，需將相鄰樁的樁間土挖通，便于工人揮錘敲擊鋼楔;為方便鋼楔定位，可在鋼楔上焊接φ8 mm鋼筋作為扶桿，由另一名工人掌握，防止錘擊鋼楔時鋼楔偏位，如圖3所示;現(xiàn)場移機作業(yè)時注意用電安全，適時調(diào)整截樁機電力線的走向和位置;設(shè)置2個工班組流水作業(yè)，1個班組專司旋切鋸樁，1個班組負(fù)責(zé)截取樁頭，1根樁切割完畢后，旋切截樁機即可移至下一樁位繼續(xù)切樁，另一班組則在切割好的樁體上開始進行截樁頭作業(yè)。

圖3 截樁頭作業(yè)示意

5.2.4 修整土模

在混凝土澆筑前需對土模進行尺寸檢查，對土模尺寸不足的進行修整并清除坑內(nèi)浮渣。由于坑口尺寸一般大于樁帽的設(shè)計尺寸，而且個別樁位的地面高程低于樁帽頂面高程，為便于控制樁帽尺寸，在澆筑混凝土?xí)r可在土?？涌谠O(shè)置模板，一是可以節(jié)約樁帽混凝土，二是可以確保澆筑完成的樁帽尺寸一致，美觀整齊;模板高度一般為20 cm，由鋼板加工而成，依樁帽外觀尺寸做成圓形，掛線調(diào)整、控制模板頂高程。

5.2.5 整平夯填樁間土

樁帽混凝土達到設(shè)計強度后，拆除坑口模板。受場地硬化高程控制及施工過程對場地輕微破壞的影響，樁間土不能完全于樁帽頂平齊。對于高于樁帽頂?shù)臉堕g土清除至樁帽頂高程即可，對于低于樁帽頂高程的，應(yīng)依據(jù)設(shè)計填料要求對樁間土進行回填。樁間土一般低于樁帽頂0～15 cm，可待樁帽混凝土達到設(shè)計強度后，采用自卸汽車運填料至現(xiàn)場，人工攤鋪，沖擊夯夯實的方法進行回填，回填按從邊緣到中心的順序進行。回填時應(yīng)注意對填料的含水率的檢測及控制，以利于填料夯實達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。對于部分難以夯到的部位，采用超填夯實后，清除超填部分的方法進行回填。

6 質(zhì)量控制措施

(1)對進場的模具、機械等機具設(shè)備進行檢查驗收，確保其技術(shù)指標(biāo)達標(biāo)、運轉(zhuǎn)正常，可滿足施工要求。

(2)場地硬化及樁帽施工時均應(yīng)以“樣板先行”為原則，先進行試驗段的施工，取得經(jīng)驗并進行改進完善后再進行推廣，全面展開施工。

(3)在CFG樁混合料灌注完成后，待混合料初凝時對置換土及浮漿進行挖除。清除時應(yīng)避免對樁身造成損傷，必要時預(yù)留一部分采用小型挖機進行清除。

(4)按照樁帽尺寸挖除樁周土方，制成樁帽大小的土模。在開挖過程中，采用水準(zhǔn)儀進行高程控制。土?？拥讘?yīng)平整以利于截樁機在切割樁頭時切縫平整，截樁作業(yè)完成后應(yīng)對坑底進行清理，確保無浮渣等。

(5)嚴(yán)格控制土模開挖的坑底高程，利用截樁機的鋸片與機底端有10 cm高差的特點，確保截樁位置準(zhǔn)確。在實施切割作業(yè)時，應(yīng)盡量使鋸片完全切入樁體一周，確保切縫深度以保障截樁質(zhì)量，嚴(yán)禁三點切割等不繞樁體切割一周的作業(yè)。

(6)混凝土嚴(yán)格按照配合比拌制，澆筑、養(yǎng)護應(yīng)滿足施工及規(guī)范要求。

7 效益分析

采用土模法現(xiàn)澆樁帽后不僅施工質(zhì)量得到了保證，工期也大大縮短，避免了傳統(tǒng)工法工序復(fù)雜、交叉作業(yè)、干擾因素多、施工不便、工效低等問題，有比較明顯的經(jīng)濟性。在樁帽基坑開挖及樁間土的開挖回填方面，濟南西站工程采用本方法較傳統(tǒng)工法節(jié)約成本126.32萬元。

采用自行研制的旋切截樁機截除樁頭，操作方便，速度快，作業(yè)人員勞動強度明顯降低，工效得到大幅提高。截樁機的研發(fā)采用，極大地提高了截樁工效，在人力、電力等方面降低了成本支出。截樁機截樁可節(jié)約成本46.56萬元。

匯總可知，相較傳統(tǒng)工法而言，采用本方法在濟南西站工程的CFG樁施工中綜合節(jié)約成本為172.88萬元，總體經(jīng)濟效益顯著。

［1］鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院.TZ21—2005 客運專線鐵路路基工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］楊維威.CFG樁在石武客運專線路基工程地基處理中的應(yīng)用［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(9):52-55.