CFG桩桩帽现浇与预制的对比与分析

许金海

1 工程概况

京沪高速铁路 DK872+502～DK874+507段路基,全长2 005 m,地基处理采用CFG桩复合地基处理,设计桩长约为8 m～20 m,桩径一般为0.5 m。为了保证桩顶对路基基底垫层应力的扩散,桩顶采用扩大桩头的形式。扩大桩头的施工方法是在挖除CFG桩桩头后,于桩顶施工桩帽。

2 CFG桩桩帽施工方案

采用现浇与预制相结合的方法施工桩帽。为了预制方便,将扩大桩头改为头顶与底均为100 cm的柱状,高度为40 cm。

3 现浇与预制桩帽施工工艺对比

3.1 现浇桩帽与预制桩帽外形尺寸对比

现浇桩帽与预制桩帽的外形见图1,图2。

预制桩帽为圆柱形,直径1 m,高度0.4 m,下部设直径0.55 m,深度0.05 m的凹槽,用于和下部桩头的连接咬合,桩帽上部留有用于吊装的预埋件;现浇桩帽为倒圆台形,上口直径1 m,下口直径0.5 m,高度0.6 m。

3.2 现浇桩帽与预制桩帽施工工序对比

现浇桩帽与预制桩帽的施工工序见图3,图4。

分析说明如下:

1)预制桩帽的制作需要提供必要的场地,对于大规模的生产,需要建立预制厂,现浇桩帽不存在预制厂的建立。

2)模板制作与使用周转。现浇桩帽采用的模板(钢带制作的圆环)只是用于控制桩帽顶口形状,并不用于控制桩帽基坑内的几何尺寸,模板制作简单,施工中混凝土初凝后即可拆除用于下个桩帽施工,周转较快;预制桩帽的模板采用钢板制作,针对桩帽底口凹槽及吊装预埋件需经额外加工,制作成本较高,且施工中要求预制桩帽达到一定强度后方可拆模,模板周转较慢。

3)桩帽基坑的开挖、桩头凿除、桩头清理。预制桩帽开挖直径1 m,深度0.4 m的圆柱体桩帽基坑,开挖后凿除0.37 m左右的CFG桩桩头;现浇桩帽开挖上口直径1 m,下口直径0.6 m左右倒圆台体桩帽基坑,开挖后凿除0.6 m左右的CFG桩桩头。以上两种开挖方式,人工挖深度较小的圆柱体比挖深度较大的倒圆台体桩坑相对容易,桩帽坑形状也较易控制,且凿除预制桩帽桩头比凿除现浇桩帽桩头速度快(据现场统计,两个工人组成的班组凿除预制桩帽处的CFG桩混凝土桩头约45个/工日～50个/工日,而同样的班组凿除现浇桩帽处的CFG桩混凝土桩头约25个/工日～30个/工日)。

4)混凝土的拌和与运输。两种桩帽基本上不存在差别,施工中采用商品混凝土,生产与运输通常情况下均能够满足桩帽施工的需求。

5)混凝土的浇筑。以目前两种桩帽的施工工艺,浇筑施工中动用的主要机械设备大体相当,均为1辆～2辆混凝土罐车,2根7.5 k W振捣棒,1台20 kW发电机。施工现浇桩帽的情况如下:每个班组在同时施工两个或更多桩帽的情况下至少需要15名工人;预制桩帽混凝土浇筑施工所需的人工与之相比很少,通常只需要4人即可。两者相比较,以目前的施工工艺,对于浇筑相同数量的桩帽,预制桩帽的生产效率比现浇桩帽高出很多。但采用长臂混凝土输送泵车进行现浇桩帽施工时,可以在很大程度上提高生产效率。

6)桩帽的模板周转与养生。现浇桩帽的模板由于只是用于控制桩帽的上口形状,对桩帽的主体成型没有作用,在施工中,当混凝土达到初凝后,即可拆除用于下个桩帽的施工,模板的周转效率比较高;预制桩帽的模板必须等混凝土养生后并达到一定强度方可拆模,当生产规模比较小时,模板周转比较慢,我部施工中,由于仅计划施工225个预制桩帽,因此加工模板只有30套,在养生条件良好、气温较高的情况下,48 h后才可以拆模;现浇桩帽通常情况下,12 h后即可拆除模板。

桩帽混凝土的养生情况,由于预制桩帽是在预制场地集中制作,相对而言养生条件比较好;而现浇桩帽因为比较分散,养生比较麻烦,效果也不是非常好。

7)桩帽吊装。现浇桩帽不存在倒运吊装过程,而预制桩帽存在由预制厂向施工现场倒运吊装的问题。预制桩帽吊装通常需要劳动力8人以上。就实际施工的情况看,预制桩帽的工作量主要集中在吊装这一环节,从预制场到桩帽坑需要大量人工配合,且吊装本身存在一定安全隐患,对人员可能造成伤害。我部施工中,因为预制桩帽仅用于经济比选,工程数量不大,所以采用农用拖拉机运输,小型挖掘机吊装,若预制桩帽进行大规模生产,则大吨位的运输汽车和吊车是必须的。

3.3 综合分析

结合实际施工情况,预制桩帽虽然可以通过集中浇筑、集中养护更好地保证桩帽本身的浇筑质量。但是,一方面在前期准备过程中(预制厂建立、模板加工)投入过大,另一方面额外增加吊装工序,使得施工组织难度加大,而且安装质量难以保证;现浇桩帽就目前的施工工艺、施工进度和施工质量上与预制桩帽有点差别,但是可提升的空间比较大,而且施工工序简洁,施工组织简便。因此从施工工艺角度对比评价,现浇桩帽具有更大的优势。

4 现浇桩帽与预制桩帽质量控制对比

4.1 混凝土浇筑方面

从目前的施工中看,预制桩帽模板规格统一,加工场地平整,养护措施容易到位,因此,现场已施工完成的预制桩帽质量较高;现浇桩帽的施工过程受外界因素干扰较大。所以,单从桩帽浇筑施工的环节看,控制预制桩帽的质量比控制现浇桩帽更容易。

4.2 桩头与桩帽的连接

预制桩帽与桩头之间的连接主要依靠桩帽底部凹槽与桩头上部之间5 cm的咬合,因此桩顶必须凿平打磨,以保障良好连接;但在施工中发现,CFG桩成型过程中受各种情况影响,桩径大小会出现一定的偏差,桩帽安装质量难以控制,桩径出现负偏差的桩,安装后个别出现晃动现象;出现正偏差的桩,则无法安装,需要修凿桩径,费时费工。受浇桩混凝土与浮浆的影响,桩头浮浆凿除后,出现薄层接桩难以解决,安装桩帽出现程度不同的高低不平,直接影响褥垫层的施工厚度。桩帽与桩间土存在的间隙,回填难以密实。

4.3 综合分析

通过以上分析,预制桩帽仅在混凝土浇筑质量方面有一定的优势,但从CFG桩复合地基处理的设计意图角度看,这种优势不明显,混凝土强度的优势因为连接方面的薄弱而体现不出优势。在其他方面,现浇桩帽均存在很大的优势,尤其在连接和工后质量等方面。因此,在质量控制方面,现浇桩帽明显优于预制桩帽。

5 施工组织与工期对比

CFG桩复合地基处理在桩帽施工这个环节,主要是人工作业。相比现浇桩帽而言,预制桩帽增加了吊装连接这一环节,从我部施工试验段的情况看,吊装预制桩帽需要额外增加较大的成本,尤其是机械投入比较大,且围绕吊装后可靠连接需要做大量的工作,而施工质量却得不到明显保证。从施工组织的角度讲,增加一道成本较大的工序,对整个桩帽施工起到了一定的滞后作用,且由于吊装存在安全问题,对施工管理将提出更高的要求。但是采用预制桩帽,可以在CFG桩施工前即可大规模进行生产,同时有足够的时间等待强度达标,相对不受工期进度的制约。在大规模生产,且工期要求比较高的情况下,可以节省一定的时间。

6 结语

通过以上分析,现浇桩帽可以很好地达到CFG桩复合地基处理的预期效果,且相对于预制桩帽而言,在施工难度、施工组织、人力机械、成本各方面均有一定优势,现阶段施工建议优先采用现浇桩帽施工方案,同时保留预制桩帽,对现浇桩帽施工进行补充,确保后续施工紧跟,满足工期要求。

[1]刘 芳.CFG桩复合地基在工程中的应用[J].山西建筑,2008,34(19):93-94.