CFG樁樁帽現澆與預制的對比與分析

許金海

1 工程概況

京滬高速鐵路 DK872+502～DK874+507段路基,全長2 005 m,地基處理采用CFG樁復合地基處理,設計樁長約為8 m～20 m,樁徑一般為0.5 m。為了保證樁頂對路基基底墊層應力的擴散,樁頂采用擴大樁頭的形式。擴大樁頭的施工方法是在挖除CFG樁樁頭后,于樁頂施工樁帽。

2 CFG樁樁帽施工方案

采用現澆與預制相結合的方法施工樁帽。為了預制方便,將擴大樁頭改為頭頂與底均為100 cm的柱狀,高度為40 cm。

3 現澆與預制樁帽施工工藝對比

3.1 現澆樁帽與預制樁帽外形尺寸對比

現澆樁帽與預制樁帽的外形見圖1,圖2。

預制樁帽為圓柱形,直徑1 m,高度0.4 m,下部設直徑0.55 m,深度0.05 m的凹槽,用于和下部樁頭的連接咬合,樁帽上部留有用于吊裝的預埋件;現澆樁帽為倒圓臺形,上口直徑1 m,下口直徑0.5 m,高度0.6 m。

3.2 現澆樁帽與預制樁帽施工工序對比

現澆樁帽與預制樁帽的施工工序見圖3,圖4。

分析說明如下:

1)預制樁帽的制作需要提供必要的場地,對于大規模的生產,需要建立預制廠,現澆樁帽不存在預制廠的建立。

2)模板制作與使用周轉。現澆樁帽采用的模板(鋼帶制作的圓環)只是用于控制樁帽頂口形狀,并不用于控制樁帽基坑內的幾何尺寸,模板制作簡單,施工中混凝土初凝后即可拆除用于下個樁帽施工,周轉較快;預制樁帽的模板采用鋼板制作,針對樁帽底口凹槽及吊裝預埋件需經額外加工,制作成本較高,且施工中要求預制樁帽達到一定強度后方可拆模,模板周轉較慢。

3)樁帽基坑的開挖、樁頭鑿除、樁頭清理。預制樁帽開挖直徑1 m,深度0.4 m的圓柱體樁帽基坑,開挖后鑿除0.37 m左右的CFG樁樁頭;現澆樁帽開挖上口直徑1 m,下口直徑0.6 m左右倒圓臺體樁帽基坑,開挖后鑿除0.6 m左右的CFG樁樁頭。以上兩種開挖方式,人工挖深度較小的圓柱體比挖深度較大的倒圓臺體樁坑相對容易,樁帽坑形狀也較易控制,且鑿除預制樁帽樁頭比鑿除現澆樁帽樁頭速度快(據現場統計,兩個工人組成的班組鑿除預制樁帽處的CFG樁混凝土樁頭約45個/工日～50個/工日,而同樣的班組鑿除現澆樁帽處的CFG樁混凝土樁頭約25個/工日～30個/工日)。

4)混凝土的拌和與運輸。兩種樁帽基本上不存在差別,施工中采用商品混凝土,生產與運輸通常情況下均能夠滿足樁帽施工的需求。

5)混凝土的澆筑。以目前兩種樁帽的施工工藝,澆筑施工中動用的主要機械設備大體相當,均為1輛～2輛混凝土罐車,2根7.5 k W振搗棒,1臺20 kW發電機。施工現澆樁帽的情況如下:每個班組在同時施工兩個或更多樁帽的情況下至少需要15名工人;預制樁帽混凝土澆筑施工所需的人工與之相比很少,通常只需要4人即可。兩者相比較,以目前的施工工藝,對于澆筑相同數量的樁帽,預制樁帽的生產效率比現澆樁帽高出很多。但采用長臂混凝土輸送泵車進行現澆樁帽施工時,可以在很大程度上提高生產效率。

6)樁帽的模板周轉與養生。現澆樁帽的模板由于只是用于控制樁帽的上口形狀,對樁帽的主體成型沒有作用,在施工中,當混凝土達到初凝后,即可拆除用于下個樁帽的施工,模板的周轉效率比較高;預制樁帽的模板必須等混凝土養生后并達到一定強度方可拆模,當生產規模比較小時,模板周轉比較慢,我部施工中,由于僅計劃施工225個預制樁帽,因此加工模板只有30套,在養生條件良好、氣溫較高的情況下,48 h后才可以拆模;現澆樁帽通常情況下,12 h后即可拆除模板。

樁帽混凝土的養生情況,由于預制樁帽是在預制場地集中制作,相對而言養生條件比較好;而現澆樁帽因為比較分散,養生比較麻煩,效果也不是非常好。

7)樁帽吊裝。現澆樁帽不存在倒運吊裝過程,而預制樁帽存在由預制廠向施工現場倒運吊裝的問題。預制樁帽吊裝通常需要勞動力8人以上。就實際施工的情況看,預制樁帽的工作量主要集中在吊裝這一環節,從預制場到樁帽坑需要大量人工配合,且吊裝本身存在一定安全隱患,對人員可能造成傷害。我部施工中,因為預制樁帽僅用于經濟比選,工程數量不大,所以采用農用拖拉機運輸,小型挖掘機吊裝,若預制樁帽進行大規模生產,則大噸位的運輸汽車和吊車是必須的。

3.3 綜合分析

結合實際施工情況,預制樁帽雖然可以通過集中澆筑、集中養護更好地保證樁帽本身的澆筑質量。但是,一方面在前期準備過程中(預制廠建立、模板加工)投入過大,另一方面額外增加吊裝工序,使得施工組織難度加大,而且安裝質量難以保證;現澆樁帽就目前的施工工藝、施工進度和施工質量上與預制樁帽有點差別,但是可提升的空間比較大,而且施工工序簡潔,施工組織簡便。因此從施工工藝角度對比評價,現澆樁帽具有更大的優勢。

4 現澆樁帽與預制樁帽質量控制對比

4.1 混凝土澆筑方面

從目前的施工中看,預制樁帽模板規格統一,加工場地平整,養護措施容易到位,因此,現場已施工完成的預制樁帽質量較高;現澆樁帽的施工過程受外界因素干擾較大。所以,單從樁帽澆筑施工的環節看,控制預制樁帽的質量比控制現澆樁帽更容易。

4.2 樁頭與樁帽的連接

預制樁帽與樁頭之間的連接主要依靠樁帽底部凹槽與樁頭上部之間5 cm的咬合,因此樁頂必須鑿平打磨,以保障良好連接;但在施工中發現,CFG樁成型過程中受各種情況影響,樁徑大小會出現一定的偏差,樁帽安裝質量難以控制,樁徑出現負偏差的樁,安裝后個別出現晃動現象;出現正偏差的樁,則無法安裝,需要修鑿樁徑,費時費工。受澆樁混凝土與浮漿的影響,樁頭浮漿鑿除后,出現薄層接樁難以解決,安裝樁帽出現程度不同的高低不平,直接影響褥墊層的施工厚度。樁帽與樁間土存在的間隙,回填難以密實。

4.3 綜合分析

通過以上分析,預制樁帽僅在混凝土澆筑質量方面有一定的優勢,但從CFG樁復合地基處理的設計意圖角度看,這種優勢不明顯,混凝土強度的優勢因為連接方面的薄弱而體現不出優勢。在其他方面,現澆樁帽均存在很大的優勢,尤其在連接和工后質量等方面。因此,在質量控制方面,現澆樁帽明顯優于預制樁帽。

5 施工組織與工期對比

CFG樁復合地基處理在樁帽施工這個環節,主要是人工作業。相比現澆樁帽而言,預制樁帽增加了吊裝連接這一環節,從我部施工試驗段的情況看,吊裝預制樁帽需要額外增加較大的成本,尤其是機械投入比較大,且圍繞吊裝后可靠連接需要做大量的工作,而施工質量卻得不到明顯保證。從施工組織的角度講,增加一道成本較大的工序,對整個樁帽施工起到了一定的滯后作用,且由于吊裝存在安全問題,對施工管理將提出更高的要求。但是采用預制樁帽,可以在CFG樁施工前即可大規模進行生產,同時有足夠的時間等待強度達標,相對不受工期進度的制約。在大規模生產,且工期要求比較高的情況下,可以節省一定的時間。

6 結語

通過以上分析,現澆樁帽可以很好地達到CFG樁復合地基處理的預期效果,且相對于預制樁帽而言,在施工難度、施工組織、人力機械、成本各方面均有一定優勢,現階段施工建議優先采用現澆樁帽施工方案,同時保留預制樁帽,對現澆樁帽施工進行補充,確保后續施工緊跟,滿足工期要求。

[1]劉 芳.CFG樁復合地基在工程中的應用[J].山西建筑,2008,34(19):93-94.