1、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
2、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
3、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，
4、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层发生较大的沉降，对桥台及桩基础产生
5、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
6、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+500CJDK219+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 m1.60 m0.35m)，间距 2.2m，桩径 0.5m；CFG 桩加固区域（CJDK219+824CJDK220+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
7、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
8、.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
9、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+500CJDK219+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18.738 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
10、 C15，桩径 0.5m，间距 1.8m，桩长 2125 米，正方形布置。（2）采用强度等级 P.O 42.5 普通硅酸盐水泥, 级粉煤灰，石子采用粒径为 525mm的坚硬碎石，石屑粒径为 2.510mm，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.1 The mixture ratio材料名称 水泥 细骨料 粗骨料 粉煤灰 水配 比 数 1 1.97 4.82 0.94 1.09（4）混合料坍落度为 1620cm。（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 2.02.
11、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
12、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 3050cm 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
13、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.1 Piles lifting point locations3.1.6 预应力管桩的配桩0.293L57L双 点 吊 立 图单 点 吊 立 图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
14、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 1L（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
15、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
16、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 0.5m1.0m。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 46 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
17、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： 桩的棱角破损深度应在 10mm 以内，其总长度不大于 40cm； 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
18、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。一般项目表 2 桩位、倾斜度的允许偏差、检验数量及检验方法Tab.2 Pile position，Inclination allowable deviation，amount of inspection and test method序号 项目 允许偏差 检验数量 检验方法中间桩 d/2 且不大于 250
19、mm1 桩位 群桩 外缘桩d/4测量和尺量2 直桩垂直度 1%按桩总数的 5%抽样检验，且每检验批不少于 10 根 吊线和尺量3.2 CFG 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、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Fig.2 CFG piles construction process(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 2.02.5m/min 左右。施工完成
21、后，桩架移动到下一桩位合 格拌 合试桩基线放样桩位放样桩基检测不合格合格合格不合格桩机就位提管灌注砼检查标高及桩头质量施工准备退场不合格检验材料进场复核钻孔至设计标高标准试件养护灌 注桩顶铺 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
22、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。钻孔速度应均匀控制，淤泥及淤
23、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 2.02.5m/min，混合料坍落度 1618cm，并采取措施防止混合料泌水离析，保证成桩径均匀。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。CFG 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
24、械每天至少做一组（3 块） ，试块尺寸为 15cm15cm15cm，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。一般项目表 3 CFG 桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法Tab3 CFG Piles allowable deviation，amount of inspec
25、tion and test method序号 检验项目 允许偏差 施工单位检验数量 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
26、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Tab.4 Consumption table of Pipe pile machine work序号 费用消耗名称 单位 数量 单价 合价1 管桩材料费 M 3600 148 5328002 管桩工费、机械费 M 3600 16 576003 桩帽 C30 混凝土料费 M3 141 380 535804 桩帽施工工费、机械费等 个 144 80 115205. 桩帽钢筋料费 T 22.32 4000 892806 桩帽钢筋工费、机械费 T 22.32 400 8928合 计 7537084.2.2 C
27、FG 桩工料机消耗表 5 CFG 桩工料机消耗表Tab.5 Consumption table of CFG pile machine work序号 费用消耗名称 单位 数量 单价 合价1 CFG 桩材料费 M3 1296 280 3628802 CFG 桩工费、机械费 M 5500 22 1210003 桩帽 C15 混凝土料费 M3 141 330 465301 桩位(纵横向) 50mm 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按成桩总数的 10%抽样检验，且每检验批不少于 5 根 开挖 50100cm 深后，钢尺丈量4 桩帽施工工费、机械
28、费等 个 144 50 7200合 计 5376104.3 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75470839.6=190334.3.2 路基进行 CFG 桩加固的工料机消耗53761039.6=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Tab.6 Compared with CFG Piles and Pipe P
29、iles on Economic and technological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、穿透地层的能力较强施工速度快、质量容易保证缺 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；焊接质量不易控制
30、，易锈蚀；单价高。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。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 JGJ79-2002 建筑地基处理技术规范S，20054 客运专线铁路路基施工暂行规定M 中国铁道出版社,2007.5
31、周西鹏 路基地基加固施工技术研究J 2007(25)6 高速铁路 CFG 桩复合地基的沉降特性研究D; 肖启航 西南交通大学;2011 年7 CFG 桩复合地基桩土分担荷载比研究J; 土林晖; 工基础;2004 年 04 期8 高速铁路 CFG 桩复合地基处理方案数值模拟J; 元翔;宫全美;王炳龙; 华东交通大学学报;2008 年 01 期Construction technology and Economic analysis of CFG Piles and Pipe PilesGu Xianyu(Jiangsu engineering co.,LTD of China railway 2
32、4th bureau group, Nanjing 210042,China)Abstract: The area of Suzhou Railway Station situated in soft ground, According to the characteristics of the soft foundation, Combined with the station yard reconstruction project examples, Researched and Compared on the reinforcement mode of construction tech
33、nique between CFG Piles and Pipe Piles, meanwhile, analyzed on Economic and technic for the reinforcement mode of construction technique between CFG Piles and Pipe Piles.Keywords: Pipe Piles; CFG Piles; construction technique; Economic analysis附：作者姓名：谷献裕 通信地址：中铁二十四局集团江苏工程有限公司联系电话：18328712952 13813818611电子邮箱：
