徐 偉，杜雪峰

(中鐵十二局集團(tuán)有限公司，太原 030024)

1 工程概況

濟(jì)南西站是京滬高速鐵路5個(gè)始發(fā)終到站之一，本標(biāo)段站場(chǎng)路基正線全長(zhǎng)3.6 km，自黃河南引橋滬端橋臺(tái)尾DIK417+453.58至跨濟(jì)兗公路特大橋京端橋臺(tái)尾DIK421+053.36。站內(nèi)軟土、松軟土分布廣泛。正線無(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jì)樁徑40 cm，樁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度達(dá)到不小于C20混凝土強(qiáng)度等級(jí)。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(jì)為φ110 cm、厚度50 cm的圓柱形樁帽，混凝土強(qiáng)度不小于C30。

2 施工特點(diǎn)

(1)流程簡(jiǎn)捷，工效高，速度快。通過(guò)先機(jī)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(jiǎn)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(jī)截除樁頭，降低了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅提高了工效。

(2)工藝簡(jiǎn)單，施工便利，質(zhì)量可靠，便于推廣。場(chǎng)地的硬化填筑、樁帽土模開挖和截樁機(jī)旋切截樁施工工藝易于掌握，質(zhì)量易控，避免了因保護(hù)土層清運(yùn)和去樁頭作業(yè)對(duì)樁頂設(shè)計(jì)平面以下樁間土的過(guò)度擾動(dòng)、對(duì)樁身的磕碰造成斷樁的問(wèn)題以及樁間土回填不易夯實(shí)的問(wèn)題，保證了施工質(zhì)量。

(3)設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，經(jīng)濟(jì)效益顯著。自主研制的截樁機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、配件易購(gòu)、投入小，可購(gòu)買配件、材料進(jìn)行自加工，有效降低設(shè)備成本投入，經(jīng)濟(jì)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(duì)于CFG樁樁帽網(wǎng)工程量大、任務(wù)集中、工期緊張的項(xiàng)目有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

4 工藝原理

隨同場(chǎng)地清表預(yù)先對(duì)作業(yè)區(qū)以A、B組填料進(jìn)行換填施工，形成硬化層，使其達(dá)到樁間土的回填壓實(shí)質(zhì)量要求。CFG樁成樁后清除置換土并整平場(chǎng)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(jī)，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，解決因土模空間狹小，采用風(fēng)鎬截除樁頭費(fèi)時(shí)耗力、效率低、觀感較差、易傷樁身等問(wèn)題。

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

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(diǎn)

5.2.1 場(chǎng)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(duì)作業(yè)區(qū)進(jìn)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(jì)高程控制，分層層厚及壓實(shí)質(zhì)量應(yīng)符合客運(yùn)專線鐵路基床以下路堤填料的壓實(shí)要求，同時(shí)滿足CFG樁帽網(wǎng)結(jié)構(gòu)樁間土的回填質(zhì)量的設(shè)計(jì)要求，確保CFG樁樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)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(cè)量人員測(cè)量每根樁的樁頂高程，由技術(shù)人員根據(jù)測(cè)量結(jié)果及設(shè)計(jì)高程確定下挖深度，并對(duì)工班進(jìn)行交底?；鄄捎萌斯ら_挖，樁周土的開挖應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)樁帽的尺寸及交底開挖深度進(jìn)行開挖，確保樁帽基坑中心位置偏差不超過(guò)15 mm，平面尺寸偏差小于±30 mm，樁帽高度偏差不超過(guò)+30、－20 mm，中心位置基槽坑底應(yīng)平整、無(wú)雜物，高程處于截樁位置以下10 cm處(設(shè)計(jì)CFG樁樁身嵌入樁帽10 cm)，以便于截樁機(jī)繞樁身旋轉(zhuǎn)切割時(shí)保持軌道平順。

5.2.3 截樁機(jī)旋切截除樁頭

(1)旋切截樁機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1 施工工藝流程

旋切截樁機(jī)是基于切割機(jī)的原理，針對(duì)本工程特點(diǎn)設(shè)計(jì)，由水箱、電源開關(guān)、被動(dòng)軌道輪、道軌、圓圈支架、支架、水龍頭、電機(jī)、拔插、銷子、固定板、擺動(dòng)板、滑套、操作桿、上皮帶輪、搖把、長(zhǎng)滑套、傳動(dòng)皮帶、冷卻水管、主動(dòng)軌道輪、下皮帶輪、切割鋸、電線組成，如圖2所示。

工作時(shí)，把道軌套上樁頭，置于樁帽基槽坑底。架起支架，把主動(dòng)軌道輪和2個(gè)被動(dòng)軌道輪放在道軌上。打開電源開關(guān)通電，啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)切割鋸旋轉(zhuǎn)，操作人員轉(zhuǎn)動(dòng)操作桿，帶動(dòng)拔插強(qiáng)制拔動(dòng)銷子，使銷子帶動(dòng)擺動(dòng)板旋轉(zhuǎn)角度，讓擺動(dòng)板帶動(dòng)電機(jī)與切割鋸靠近樁身由淺至深切割樁頭;同時(shí)，操作人員旋轉(zhuǎn)搖把，帶動(dòng)上皮帶輪旋轉(zhuǎn)。在傳動(dòng)皮帶的帶動(dòng)下，下皮帶輪和主動(dòng)軌道輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)2個(gè)被動(dòng)軌道輪在道軌上轉(zhuǎn)動(dòng)。在打開電機(jī)電源開關(guān)的同時(shí)，打開水龍頭，冷卻水從水箱中經(jīng)冷卻水管流到電機(jī)和切割鋸上對(duì)兩者進(jìn)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(duì)樁身實(shí)施切割作業(yè)并形成環(huán)形切縫，關(guān)閉電源，移機(jī)至下一樁點(diǎn)切割，然后對(duì)已旋切完畢的樁位進(jìn)行去樁頭作業(yè)。

圖2 截樁機(jī)結(jié)構(gòu)

(2)去樁頭作業(yè)

采用截樁機(jī)繞樁身切割1周，形成環(huán)形切縫，切樁過(guò)程中注意冷卻水管水量不足時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水，一是冷卻鋸片，二是抑制飛塵;樁身直徑為40 cm，截樁機(jī)切割進(jìn)尺為10 cm，截樁機(jī)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(shí)鋼楔偏位，如圖3所示;現(xiàn)場(chǎng)移機(jī)作業(yè)時(shí)注意用電安全，適時(shí)調(diào)整截樁機(jī)電力線的走向和位置;設(shè)置2個(gè)工班組流水作業(yè)，1個(gè)班組專司旋切鋸樁，1個(gè)班組負(fù)責(zé)截取樁頭，1根樁切割完畢后，旋切截樁機(jī)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(jìn)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(duì)土模進(jìn)行尺寸檢查，對(duì)土模尺寸不足的進(jìn)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(jì)尺寸，而且個(gè)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(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除坑口模板。受場(chǎng)地硬化高程控制及施工過(guò)程對(duì)場(chǎng)地輕微破壞的影響，樁間土不能完全于樁帽頂平齊。對(duì)于高于樁帽頂?shù)臉堕g土清除至樁帽頂高程即可，對(duì)于低于樁帽頂高程的，應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)填料要求對(duì)樁間土進(jìn)行回填。樁間土一般低于樁帽頂0～15 cm，可待樁帽混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，采用自卸汽車運(yùn)填料至現(xiàn)場(chǎng)，人工攤鋪，沖擊夯夯實(shí)的方法進(jìn)行回填，回填按從邊緣到中心的順序進(jìn)行?；靥顣r(shí)應(yīng)注意對(duì)填料的含水率的檢測(cè)及控制，以利于填料夯實(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于部分難以夯到的部位，采用超填夯實(shí)后，清除超填部分的方法進(jìn)行回填。

6 質(zhì)量控制措施

(1)對(duì)進(jìn)場(chǎng)的模具、機(jī)械等機(jī)具設(shè)備進(jìn)行檢查驗(yàn)收，確保其技術(shù)指標(biāo)達(dá)標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)正常，可滿足施工要求。

(2)場(chǎng)地硬化及樁帽施工時(shí)均應(yīng)以“樣板先行”為原則，先進(jìn)行試驗(yàn)段的施工，取得經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行改進(jìn)完善后再進(jìn)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(shí)對(duì)置換土及浮漿進(jìn)行挖除。清除時(shí)應(yīng)避免對(duì)樁身造成損傷，必要時(shí)預(yù)留一部分采用小型挖機(jī)進(jìn)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(guò)程中，采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程控制。土?？拥讘?yīng)平整以利于截樁機(jī)在切割樁頭時(shí)切縫平整，截樁作業(yè)完成后應(yīng)對(duì)坑底進(jìn)行清理，確保無(wú)浮渣等。

(5)嚴(yán)格控制土模開挖的坑底高程，利用截樁機(jī)的鋸片與機(jī)底端有10 cm高差的特點(diǎn)，確保截樁位置準(zhǔn)確。在實(shí)施切割作業(yè)時(shí)，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(diǎn)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(hù)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(wèn)題，有比較明顯的經(jīng)濟(jì)性。在樁帽基坑開挖及樁間土的開挖回填方面，濟(jì)南西站工程采用本方法較傳統(tǒng)工法節(jié)約成本126.32萬(wàn)元。

采用自行研制的旋切截樁機(jī)截除樁頭，操作方便，速度快，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低，工效得到大幅提高。截樁機(jī)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(jī)截樁可節(jié)約成本46.56萬(wàn)元。

匯總可知，相較傳統(tǒng)工法而言，采用本方法在濟(jì)南西站工程的CFG樁施工中綜合節(jié)約成本為172.88萬(wàn)元，總體經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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

［2］楊維威.CFG樁在石武客運(yùn)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(jì)，2010(9):52-55.