京沪高速铁路济南西站CFG桩复合地基土模旋切截桩现浇桩帽施工技术

徐 伟，杜雪峰

(中铁十二局集团有限公司，太原 030024)

1 工程概况

济南西站是京沪高速铁路5个始发终到站之一，本标段站场路基正线全长3.6 km，自黄河南引桥沪端桥台尾DIK417+453.58至跨济兖公路特大桥京端桥台尾DIK421+053.36。站内软土、松软土分布广泛。正线无砟轨道板基础按1∶1放坡至原地面以内部分采用33 m长的PHC管桩+50 cm厚钢筋混凝土筏板基础;筏板外采用15～25 m长的CFG桩+60 cm厚碎石垫层的桩帽网结构加固处理。CFG桩设计桩径40 cm，桩体设计强度达到不小于C20混凝土强度等级。CFG桩布置形式为:纵向间距1.5 m，横向间距1.6 m。桩帽设计为φ110 cm、厚度50 cm的圆柱形桩帽，混凝土强度不小于C30。

2 施工特点

(1)流程简捷，工效高，速度快。通过先机械填筑后人工开挖的土模法，有效避免了CFG桩成桩后桩间土的挖除与回填，简化了施工工序，提升了施工速度;采用自行研制的旋切截桩机截除桩头，降低了作业人员劳动强度，大幅提高了工效。

(2)工艺简单，施工便利，质量可靠，便于推广。场地的硬化填筑、桩帽土模开挖和截桩机旋切截桩施工工艺易于掌握，质量易控，避免了因保护土层清运和去桩头作业对桩顶设计平面以下桩间土的过度扰动、对桩身的磕碰造成断桩的问题以及桩间土回填不易夯实的问题，保证了施工质量。

(3)设备简单，成本低廉，经济效益显著。自主研制的截桩机，结构简单、配件易购、投入小，可购买配件、材料进行自加工，有效降低设备成本投入，经济效益显著。

3 适用范围

本方法适用于铁路、公路、房建、市政等工程CFG桩桩帽网(圆柱形桩帽)结构的施工，特别是对于CFG桩桩帽网工程量大、任务集中、工期紧张的项目有显著的技术经济效益。

4 工艺原理

随同场地清表预先对作业区以A、B组填料进行换填施工，形成硬化层，使其达到桩间土的回填压实质量要求。CFG桩成桩后清除置换土并整平场地，在硬化层内按桩帽尺寸人工开挖基槽制作土模，在土模内现浇桩帽混凝土，避免CFG桩成桩后挖除桩周土和桩帽浇筑完成后回填桩间土施工的复杂性。

采用自主研发的旋切截桩机，可使锯片探入地面以下截桩位置水平旋转切割桩身截桩，解决因土模空间狭小，采用风镐截除桩头费时耗力、效率低、观感较差、易伤桩身等问题。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图1所示。

5.2 操作要点

5.2.1 场地硬化层预处理

清表作业完成后，CFG桩施工前采用A、B组填料预先对作业区进行换填处理，硬化层厚度与桩帽高度基本相当，层顶高程按桩帽顶设计高程控制，分层层厚及压实质量应符合客运专线铁路基床以下路堤填料的压实要求，同时满足CFG桩帽网结构桩间土的回填质量的设计要求，确保CFG桩桩机进场及走行便利。

5.2.2 开挖硬化层制作土模

开挖桩帽基槽前，首先由测量人员测量每根桩的桩顶高程，由技术人员根据测量结果及设计高程确定下挖深度，并对工班进行交底。基槽采用人工开挖，桩周土的开挖应严格按照设计桩帽的尺寸及交底开挖深度进行开挖，确保桩帽基坑中心位置偏差不超过15 mm，平面尺寸偏差小于±30 mm，桩帽高度偏差不超过+30、－20 mm，中心位置基槽坑底应平整、无杂物，高程处于截桩位置以下10 cm处(设计CFG桩桩身嵌入桩帽10 cm)，以便于截桩机绕桩身旋转切割时保持轨道平顺。

5.2.3 截桩机旋切截除桩头

(1)旋切截桩机结构及工作原理

图1 施工工艺流程

旋切截桩机是基于切割机的原理，针对本工程特点设计，由水箱、电源开关、被动轨道轮、道轨、圆圈支架、支架、水龙头、电机、拔插、销子、固定板、摆动板、滑套、操作杆、上皮带轮、摇把、长滑套、传动皮带、冷却水管、主动轨道轮、下皮带轮、切割锯、电线组成，如图2所示。

工作时，把道轨套上桩头，置于桩帽基槽坑底。架起支架，把主动轨道轮和2个被动轨道轮放在道轨上。打开电源开关通电，启动电机带动切割锯旋转，操作人员转动操作杆，带动拔插强制拔动销子，使销子带动摆动板旋转角度，让摆动板带动电机与切割锯靠近桩身由浅至深切割桩头;同时，操作人员旋转摇把，带动上皮带轮旋转。在传动皮带的带动下，下皮带轮和主动轨道轮同轴转动，带动2个被动轨道轮在道轨上转动。在打开电机电源开关的同时，打开水龙头，冷却水从水箱中经冷却水管流到电机和切割锯上对两者进行冷却。随着支架在道轨上绕桩身旋转1周，切割锯旋绕桩头1周对桩身实施切割作业并形成环形切缝，关闭电源，移机至下一桩点切割，然后对已旋切完毕的桩位进行去桩头作业。

图2 截桩机结构

(2)去桩头作业

采用截桩机绕桩身切割1周，形成环形切缝，切桩过程中注意冷却水管水量不足时应及时补水，一是冷却锯片，二是抑制飞尘;桩身直径为40 cm，截桩机切割进尺为10 cm，截桩机绕桩身旋切1周后，需用钢楔子置于切缝处，以大锤锤击钢楔，使楔头自切缝处嵌入桩体撬断桩身，桩头自然脱落;切割线位于地面以下，需将相邻桩的桩间土挖通，便于工人挥锤敲击钢楔;为方便钢楔定位，可在钢楔上焊接φ8 mm钢筋作为扶杆，由另一名工人掌握，防止锤击钢楔时钢楔偏位，如图3所示;现场移机作业时注意用电安全，适时调整截桩机电力线的走向和位置;设置2个工班组流水作业，1个班组专司旋切锯桩，1个班组负责截取桩头，1根桩切割完毕后，旋切截桩机即可移至下一桩位继续切桩，另一班组则在切割好的桩体上开始进行截桩头作业。

图3 截桩头作业示意

5.2.4 修整土模

在混凝土浇筑前需对土模进行尺寸检查，对土模尺寸不足的进行修整并清除坑内浮渣。由于坑口尺寸一般大于桩帽的设计尺寸，而且个别桩位的地面高程低于桩帽顶面高程，为便于控制桩帽尺寸，在浇筑混凝土时可在土模坑口设置模板，一是可以节约桩帽混凝土，二是可以确保浇筑完成的桩帽尺寸一致，美观整齐;模板高度一般为20 cm，由钢板加工而成，依桩帽外观尺寸做成圆形，挂线调整、控制模板顶高程。

5.2.5 整平夯填桩间土

桩帽混凝土达到设计强度后，拆除坑口模板。受场地硬化高程控制及施工过程对场地轻微破坏的影响，桩间土不能完全于桩帽顶平齐。对于高于桩帽顶的桩间土清除至桩帽顶高程即可，对于低于桩帽顶高程的，应依据设计填料要求对桩间土进行回填。桩间土一般低于桩帽顶0～15 cm，可待桩帽混凝土达到设计强度后，采用自卸汽车运填料至现场，人工摊铺，冲击夯夯实的方法进行回填，回填按从边缘到中心的顺序进行。回填时应注意对填料的含水率的检测及控制，以利于填料夯实达到设计标准。对于部分难以夯到的部位，采用超填夯实后，清除超填部分的方法进行回填。

6 质量控制措施

(1)对进场的模具、机械等机具设备进行检查验收，确保其技术指标达标、运转正常，可满足施工要求。

(2)场地硬化及桩帽施工时均应以“样板先行”为原则，先进行试验段的施工，取得经验并进行改进完善后再进行推广，全面展开施工。

(3)在CFG桩混合料灌注完成后，待混合料初凝时对置换土及浮浆进行挖除。清除时应避免对桩身造成损伤，必要时预留一部分采用小型挖机进行清除。

(4)按照桩帽尺寸挖除桩周土方，制成桩帽大小的土模。在开挖过程中，采用水准仪进行高程控制。土模坑底应平整以利于截桩机在切割桩头时切缝平整，截桩作业完成后应对坑底进行清理，确保无浮渣等。

(5)严格控制土模开挖的坑底高程，利用截桩机的锯片与机底端有10 cm高差的特点，确保截桩位置准确。在实施切割作业时，应尽量使锯片完全切入桩体一周，确保切缝深度以保障截桩质量，严禁三点切割等不绕桩体切割一周的作业。

(6)混凝土严格按照配合比拌制，浇筑、养护应满足施工及规范要求。

7 效益分析

采用土模法现浇桩帽后不仅施工质量得到了保证，工期也大大缩短，避免了传统工法工序复杂、交叉作业、干扰因素多、施工不便、工效低等问题，有比较明显的经济性。在桩帽基坑开挖及桩间土的开挖回填方面，济南西站工程采用本方法较传统工法节约成本126.32万元。

采用自行研制的旋切截桩机截除桩头，操作方便，速度快，作业人员劳动强度明显降低，工效得到大幅提高。截桩机的研发采用，极大地提高了截桩工效，在人力、电力等方面降低了成本支出。截桩机截桩可节约成本46.56万元。

汇总可知，相较传统工法而言，采用本方法在济南西站工程的CFG桩施工中综合节约成本为172.88万元，总体经济效益显著。

［1］铁道部经济规划研究院.TZ21—2005 客运专线铁路路基工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［2］杨维威.CFG桩在石武客运专线路基工程地基处理中的应用［J］.铁道标准设计，2010(9):52-55.