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1、中国铁路总公司工程管理中心,09,工程实例,复合地基桩帽土模施工工法,中国铁路总公司工程管理中心,一、工法特点,复合地基螺杆桩、CFG桩、管桩等刚性桩桩帽传统施工顺序为桩身施工完成后，开挖并截除桩头，桩基无损检测合格后进行桩帽施工，最后回填桩间土施做褥垫层。本工法将刚性桩复合地基施工顺序优化为桩身施工前对原地面处理整平至桩帽顶高程，在成桩过程中将桩顶标高准确控制在设计高程位置，桩身检测合格后采用土模法进行桩帽施工，最后施做褥垫层。工法特点：1.1在桩身施工前首先需要对桩帽顶面高程以下的土体按设计要求进行处理；1.2在CFG桩等灌注桩施工过程中钻渣需随时清运。1.3混凝土灌注时桩顶标高准确控制在
2、设计高程，减少了混凝土超灌，成桩后无需截除桩头，省去了开挖处置桩头的环节，避免了在桩间土机械开挖及桩头截除过程中造成的浅层断桩。1.4土质地层优先采用旋挖机械进行圆形桩帽土模施工，有利于桩土一体受力，提高复合地基处理效果。1.5桩帽完成后，省去了后期桩帽间土体回填碾压环节，直接开始褥垫层全断面施工，压实质量能得到有效保证。,二、适用范围,本工法适用于螺杆桩、CFG桩、管桩等刚性桩复合地基桩帽施工。当桩帽周边土体为土质地层且桩帽为圆形时，优先采用机械旋挖成孔、土模浇筑施工；当桩帽为方形桩帽或桩帽地层为碎石土等非土质地层时，采用人工或专用设备成孔后进行桩帽混凝土浇筑施工。,复合地基桩帽土模施工工法
3、,中国铁路总公司工程管理中心,三、工艺原理,3.1 螺杆桩、CFG桩等刚性灌注桩采用桩头前截法工艺，在桩身混凝土初凝之前进行振捣，将桩头准确控制在设计高程，凝固后桩头平整规则；省去了桩头开挖截除环节，成桩后桩身完整性好，I类桩率远高于传统工艺。预制管桩在桩身施工过程中直接将桩顶标高控制在设计高程。刚性灌注桩传统工艺与前截法工艺对比详见图1。3.2土质地层中的圆台形桩帽，可采用桩帽成型器旋挖成孔，将上部竖向载荷分解为斜向作用力，该作用力能对桩间土壤产生挤密效果，从而加强了桩土一体受力。土模法圆形桩帽施工原理详见图2。,图1 刚性灌注桩传统工艺与前截法工艺对比图,图2 土模法圆形桩帽施工原理图,复
4、合地基桩帽土模施工工法,四、施工工艺流程及操作要点,4.1施工工艺流程,中国铁路总公司工程管理中心,图3 复合地基刚性桩施工工艺流程,4.2 施工操作要点4.2.1施工准备。组织技术人员认真学习设计文件、熟悉技术规程和验收标准；制定施工安全保证措施及应急预案，对施工人员进行安全技术交底及岗前技术培训，考核合格后持证上岗；做好施工物资进场验收及储备，对施工所需机械设备进行调配及检修保养；合理规划场地，做好“三通一平”工作。4.2.2原地面处理。对于复合地基刚性桩原地面按照设计进行清表、换填、冲碾等处理至桩帽顶高程，处理质量应满足设计及验标要求。4.2.3桩身施工。螺杆桩、CFG桩、管桩等桩身按设
5、计采用钻机成孔灌注施工或打设施工，CFG桩桩身成孔过程中渣土采用小型挖机配合小型自卸汽车随钻随弃。桩身施工过程中建议采用信息化手段对桩身桩长、垂直度、电流、贯入度等关键参数进行自动监控。,复合地基桩帽土模施工工法,四、施工工艺流程及操作要点,4.2.4桩头前置处理。在复合地基刚性现浇桩灌注过程中，螺杆桩、CFG桩等现浇混凝土桩，通过激光投线仪标高控制技术，控制现浇桩桩顶标高，当桩身混凝土灌至桩顶高程以上2030cm时对桩顶以下2.5m内混凝土进行振捣，并用铁勺清除桩孔内灌注的多余混凝土，标高控制至桩头设计高程，然后用塑料膜覆盖桩头，保湿养护。管桩等预制桩桩底置入设计要求的地层后，截除桩头至设计
6、高程。4.2.5桩身检测。桩身检测按照设计及验标要求进行桩身完整性、单桩及复合地基承载力等指标检测。桩身检测合格后，方可进行桩帽施工。4.2.6桩帽施工。当桩帽为土质地层圆形桩帽时，可采用桩帽成型器等设备旋挖挤密成孔，对桩头进行凿毛并清理孔内杂物，将钢带圈安装固定于孔口处，验孔合格后对孔内表面洒水湿润，浇筑混凝土；当桩帽为方形桩帽或桩帽地层为碎石土等非土质地层时，采用人工或专用设备成孔后浇筑混凝土。混凝土浇筑完成后，采用土工布+塑料膜养护，养护时间不少于7d。4.2.7褥垫层施工。待桩帽混凝土强度达到设计要求后，进行褥垫层全断面摊铺碾压施工。为保证桩帽受力均匀，桩帽顶部第一层褥垫层采用静力碾压
7、。施工过程中严格按照工艺性试验要求控制摊铺厚度、碾压遍数等参数，确保褥垫层压实度、平整度等指标满足设计及验标要求。,中国铁路总公司工程管理中心,复合地基桩帽土模施工工法,五、机械配置,复合地基刚性桩施工主要机械设备见表1。,中国铁路总公司工程管理中心,表2 复合地基刚性桩施工班组人员配备表,表1 复合地基刚性桩施工主要机型设备表,备注：本表设备配置以新建太焦铁路螺杆桩施工为例。,六、人力资源配置,复合地基刚性桩施工现场配备技术、质量、安全、测量、试验、领工员、工班长等。人员配备见表2。,七、质量控制,按照设计图纸要求提前备好原地面处理、桩身施工、桩帽施工、褥垫层施工所需的各类材料物资，检测合格
8、后方可投入使用。,7.1材料选用,复合地基桩帽土模施工工法,七、质量控制,7.2施工质量达到的标准,中国铁路总公司工程管理中心,+50-20,+30-20,表3 桩帽的允许偏差、检验数量及检验方法,7.2.1原地面基底处理应密实、平整，处理后基底高程、压实度、横坡等指标应符合设计及验标要求。7.2.2桩位（纵横向）、桩体垂直度、桩体有效直径、桩顶高程等允许偏差、检验数量及检验方法等应符合设计及验标要求；桩身完整性、桩基处理后单桩或复合地基承载力等指标应满足设计及验标要求。7.2.3桩帽施工允许偏差按照设计及验标规定执行。,7.2.4混凝土施工严格按照规程及验标规定执行。7.2.5褥垫层填筑时相
9、应检验指标、检验数量、方法等应符合设计及验标要求。,复合地基桩帽土模施工工法,七、质量控制,7.3质量检验与验收7.3.1主控项目1.原地面基底无草皮、树根等杂物，平整无积水；横坡应符合设计要求。检验数量及方法按照设计和验标规定执行。2.刚性桩所用的材料品种、规格及质量应符合设计要求。检验数量及方法按照设计和验标规定执行。3.刚性桩混凝土坍落度应按照工艺性试验确定并经监理工程师批准的参数进行控制。检验数量：施工单位每台班抽样检验3次。监理单位按施工单位检验数量的20%见证检验。检验方法：现场坍落度试验。4.混凝土强度应符合设计要求。检验数量：施工单位每台班做一组（3块）试块。监理单位按施工单位
10、检验数量的10%平行检验。检验方法：每台班制作混凝土试块，试件标准养护28天进行抗压强度检验。5.刚性桩的数量、布桩形式、有效桩长、地质核查等应满足设计要求，桩身完整性、承载力检测数量及方法按照设计和验标规定执行。,中国铁路总公司工程管理中心,复合地基桩帽土模施工工法,七、质量控制,6.当褥垫层填料为普通填料时质量应满足设计要求，出场前应进行最大干密度试验，含水率控制在工艺性试验确定的范围内；当褥垫层填料为改良土时，原土料及外掺料质量应满足设计及验标相关要求并进行配合比和无侧限抗压强度验证试验。7.4工程质量主要保证措施7.4.1施工前进行施工图纸会审，组织施工人员学习有关规程、验标，熟悉并掌
11、握施工工艺流程及验收标准。7.4.2严格按图纸施工，配备专职质检员，严格进行质量检查验收，确保工程质量符合设计及验标要求。7.4.3原地面处理应严格按照设计及验标要求实施。7.4.4螺杆桩、CFG桩等现浇桩混凝土应连续浇筑，并做好桩顶混凝土振捣、高程控制；管桩桩底应置于设计要求的持力层，桩顶标高应符合设计要求。7.4.5土质圆形桩帽旋挖挤密成孔时，应校核桩位并做好桩头保护，桩帽几何尺寸应符合设计要求。7.4.6全站仪、水准仪等在使用前均应进行校正标定，桩位测量放样由专职测量员负责，严格执行测量复核制。,中国铁路总公司工程管理中心,八、安全、环保及节能措施,8.1安全措施,复合地基桩帽土模施工工
12、法,中国铁路总公司工程管理中心,八、安全、环保及节能措施,8.1.1施工前应对施工人员进行安全技术交底及培训，制定安全保证措施及应急预案，特殊工种必须持证上岗。8.1.2强化现场施工组织管理，严禁违章指挥、违章作业、违反劳动纪律。8.1.3刚性桩施工作业过程中应设置专职安全员，进行现场指挥，避免发生机械伤害事故。8.1.4钻机、打桩机等设备应放置平稳，避免施工过程中发生倾覆；启动前检查各部位连接情况，启动后做空运转试验，检查仪表、温度、制动等各项安全指标正常后，方可作业。8.1.5桩身施工中如机架出现异常的摇晃、移动、偏斜或发出异常声响时，应立即停机，经处理后方可继续施工。8.1.6混凝土泵送
13、管道应连接牢固、紧密，不得超过压力范围使用，防止发生爆管。8.1.7夜间施工应加强照明，设专人指挥、跟班盯岗，确保施工人员及施工机械作业安全。8.2环境保护及节能措施8.2.1加强机械设备的管用养修，确保机械运转正常，降低施工机械噪声。8.2.2施工现场应及时洒水，避免扬尘。8.2.3渣土运输时应对渣土进行表面苫盖、防漏撒处理。8.2.4桩帽混凝土养护采用的土工材料应循环使用，废弃的材料应及时回收处理。8.2.5施工中产生的废水、废油，严禁随意排放，必须按环保要求进行达标处理，建筑垃圾应及时清理。,复合地基桩帽土模施工工法,九、工程实例,本工法在2017年初由大西客专公司组织施工单位中交二公局
14、对复合地基刚性桩的施工工艺流程和桩帽施工工法进行了优化改进，并在新建太焦铁路高平东站进行了试点。2017年10月，中国铁路总公司工程管理中心会同大西客专公司在新建太焦铁路高平东站组织了复合地基螺杆桩处理及桩帽施工首件评估和现场观摩，对该工法进行了介绍推广。截止目前，朝凌、牡佳、潍莱等重点在建项目正在试点应用中。下面以新建太焦铁路TJZQ-9标高平东站复合地基螺杆桩桩帽施工进行实例介绍。,中国铁路总公司工程管理中心,9.1工程概况及设计参数新建太焦铁路高平东站，位于山西省高平市河西镇，起讫里程为DK273+900DK275+740，全长1.84公里。地形总体平整，局部略有起伏；地面以下地层依次为
15、新黄土、粉质粘土、粉土、老黄土。站场路基为填方，平均填高约8m，路堤中心最大填高9.43m，路堤最大边坡高10.1m。螺杆桩设计为素混凝土圆台形桩帽（桩帽上端直径110cm，高25cm；下端上口直径110cm，下口直径80cm，高30cm）。9.2施工顺序和设计参数原地面基底冲击碾压24遍，碾压面下1米深范围内土体湿陷性系数小于0.015，压实系数不低于0.92，原地面碾压整平至桩帽顶高程。桩身施工完成并检测合格后进行桩帽施工，桩帽施工采用自制的桩帽成型器旋挖挤密成孔，利用土模浇筑桩帽混凝土。桩帽顶铺0.5m厚改良土褥垫层，褥垫层内夹铺一层高强土工格栅，复合地基承载力要求不小于180kPa。,
16、复合地基桩帽土模施工工法,九、工程实例,9.3施工过程工法应用在新建太焦铁路高平东站螺杆桩施工过程中，通过采用桩身施工信息化技术、桩头“前截法”、桩帽机械旋挖成孔等工艺创新应用，实现复合地基刚性桩快速施工、省去了成桩后截除桩头环节、桩间土无需开挖回填，达到“桩土一体受力”的复合地基处理效果，保证了桩体质量，施工效率高，实用性强。9.3.1桩身施工信息化应用通过采用桩身施工数字化自动监控系统，实现了对桩长、垂直度、钻进速率、钻机电流等重要参数的实时自动监测和记录，有效消除了施工中人为影响因素，并能够实现远程监控及自动生成检验批所需原始记录，有效保证了地基处理质量。详见图4图7。,中国铁路总公司工
17、程管理中心,图4 桩机数字化监控系统手机界面,图5 桩机成桩实时动画监控,复合地基桩帽土模施工工法,九、工程实例,9.3.2桩头“前截法”施工在混凝土初凝前按照桩顶设计高程准确控制桩头标高，减少了混凝土超灌量，省去了成桩后截除桩头的环节；桩身混凝土灌注时对桩头进行了有效振捣并在混凝土初凝前进行修整，确保了桩头混凝土密实，平整规则；桩头前截法施工桩顶标高位于原地面以下，避免了施工机械行走时对已完成桩体的影响。详见图8图11。,中国铁路总公司工程管理中心,图6 泵送量和提钻速度显示,图7 远程打印报表与原手工报表对比,复合地基桩帽土模施工工法,九、工程实例,中国铁路总公司工程管理中心,9.3.3桩
18、帽施工1.桩帽为圆台形状设计，能将上部竖向载荷分解为斜向作用力，该作用力能对桩间土壤产生挤密效果，从而加强了桩土一体受力。2.素混凝土圆台形桩帽土模施工工艺流程简捷，省去了传统桩帽施工的支模、钢筋制作等工序，现场施工速度快。一台桩帽成形器一台班（8小时）可施工200个桩帽，有效降低了成本，提高了施工效率。3.桩帽采用了标准化钻具成形，成形后的桩帽均标准一致，避免了传统工艺施工中桩帽大小不一、形状不规则等问题。桩帽施工过程详见图12图19。,图8 清除钻渣,图9 桩头混凝土振捣,图10清除多余混凝土,图11桩头上铺设塑料膜进行桩头保护,复合地基桩帽土模施工工法,九、工程实例,中国铁路总公司工程管
19、理中心,图12 桩检合格后，开始进行桩帽施工,图13将桩帽成形器对准桩头，开始下钻,图14 桩帽成形器下钻至设计高程,图15提出桩帽成型器，倾倒渣土,图16 修整桩帽孔并清理杂物,图17桩帽孔检测,图18 桩帽顶混凝土收面,图19 桩帽混凝土覆膜养护,复合地基桩帽土模施工工法,九、工程实例,9.4经济效益分析新建太焦铁路高平东站螺杆桩施工采用该工法，实现了复合地基刚性桩快速施工，省去了成桩后截除桩头环节、桩间土无需开挖回填，达到“桩土一体受力”的复合地基处理效果，保证了桩体质量。根据测算，高平东站施工图设计共25608个螺杆桩桩帽。原设计每个方形桩帽混凝土0.3m、钢筋25.97kg，共计混凝
20、土7682m、钢筋665t；人工破桩头10元/个，混凝土材料费300元/ m，支拆模板浇筑混凝土工料费120元/ m，钢筋材料及制作安装4500元/t。优化调整后每个素混凝土圆形桩帽0.46m，共计11779m混凝土，采用桩帽成型器旋挖挤密成孔土模施工，施工成本58元/个。原设计费用7682300+7682120+2560810+6654500=647.5万元；优化调整后施工费用11779300+2560858=501.9万元，较原设计节约直接费用647.5-501.9=145.6万元。采用桩帽土模法施工工法每个桩帽节省成本约56.9元。,中国铁路总公司工程管理中心,汇报完毕，如有不当之处请批评指正谢谢！,中国铁路总公司工程管理中心,
