一种CFG桩前截桩头和土模浇筑桩帽的施工方法与流程

本发明属于cfg桩地基处理施工技术领域，具体是一种cfg桩前截桩头和土模浇筑桩帽的施工方法。

背景技术：

随着铁路建筑技术的高速发展，出现了越来越多软弱地基的处理方法，如cfg桩、螺杆桩等，具有较好的地基处理效果，但是当前的cfg桩基施工工艺仍然存在较多的不足之处，具体为：现在普遍的做法是在cfg桩基施工时将桩头混凝土超灌，待混凝土强度达到设计要求后采用小型挖掘机将钻渣和桩间土清除，再采用切割机将超灌的桩头切除。在这个过程中小挖机碾压、触碰和切割机作业会造成部分桩基浅层断裂，桩基质量控制难度较大。而且桩帽要绑扎钢筋，采用钢模浇筑，然后再回填夯实桩间土，工序复杂，施工效率低，工程造价高。虽然部分工程中已开始尝试在螺杆桩施工开发应用“前截法”和“土模法”，但是工序质量控制和配套工装应用方面仍然存在不足之处。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，具体是一种cfg桩前截桩头和土模浇筑桩帽的施工方法。

本发明采取以下技术方案：一种cfg桩前截桩头和土模浇筑桩帽的施工方法，包括以下步骤，

s100～确定cfg桩桩帽顶面高程，清除桩帽以上地表土，对作业面进行整平、压实、检测；

s200～采用长螺杆钻机钻孔成桩，混凝土灌注高度超出桩顶标高30cm；

s300～混凝土灌注完成后使用小型挖掘机对钻渣及超灌混凝土进行清理，使用振捣棒对混凝土面以下1.5m内混凝土进行振捣密实；

s400～振捣完成后，测量混凝土面高程，将高出桩顶混凝土挖除，制作一种人工手持收面装置，人工手持收面装置对桩顶混凝土收面抹平压光，用塑料膜覆盖养护，桩基检测合格后进行下道工序；

s500～桩基检测合格后采用桩帽成型器将桩顶面四周的土挖除，形成与桩帽外形轮廓一致的土模型；

s600～在土模型顶部安装桩帽定型装置后再土模型中灌注混凝土形成桩帽。

所述步骤s200中，长螺杆钻机进场前要对场地进行整平、碾压处理，地面标高要与桩帽的顶面标高相同。

所述步骤s200和s300中，所述钻渣挖除和混凝土振捣要全部混凝土浇筑完成后30分钟内完成，超灌混凝土要在振捣使混凝土面不再下沉后清除。

所述的人工手持收面装置包括3mm厚的圆形钢板以及设置在圆形钢板上的手把。

所述的桩帽成型器包括转筒、旋转叶片和液压传动装置，旋转叶片挖土的设备，动力部是液压传动装置，旋转叶片设置在转筒的外缘，转筒内径大于cfg桩外径，以在旋挖过程中保护桩顶面，挖出的土模型的尺寸要与设计的桩帽的外形轮廓的尺寸相同。

所述步骤s500中，土模型通过定型检测工具进行检验，定型检测工具上部分为圆柱形下部为倒圆台形，上部圆柱形高0.25m，圆直径为1.2m；下部倒圆台底面圆直径为0.8m，顶面圆直径为1.2m，倒圆台高0.3m。

所述步骤s600中，桩帽定型装置包括用钢筋制作2个箍圈，2个箍圈分别为上道箍圈和下道箍圈，上道箍圈和下道箍圈并排布置，采用钢板在2道箍圈内卷圆成圆形模板，并在上道箍圈上等距布置4根横向的支腿，在上道箍圈上焊接2个钢筋把手，土模型检验合格后，将桩帽定型装置安装在土模型顶部，中心与桩顶面中心对中，然后浇筑桩帽混凝土，振捣棒振捣，人工收平抹面，待混凝土初凝后再次进行抹面压光，覆盖土工布洒水养护，达到强度后形成桩帽。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）质量方面：

1）提高桩头密实度：本发明可在成桩后对桩头的1.5m范围内进行捣实，桩头密实较好。

2）提高桩头平整度：本发明中的收面装置尺寸和桩基本一致，收面时可以保证平整度，且效率高。

3）减少桩间土扰动：常规工艺施工时，需全部挖除桩间土，对桩身扰动较大；而应用本发明则无需开挖任何桩间土，只在桩帽顶高程极小范围有土体松动。

4）降低浅层断桩率：本发明通过桩头的提前截取处理，减少后续转序环节，进而减小对成桩的干扰，有效地降低了浅层断桩率。

5）提高桩帽顶面尺寸准确性：由于桩帽成型器在旋转过程中易造成桩帽定部四周的土体松动、垮塌，进而使桩帽顶面尺寸不规则。本发明通过一种带腿定型装置克服不规则的土模顶边，是桩帽顶面尺寸准确。

6）保证桩帽尺寸可控：由于桩帽底部为倒圆台形，且中间有突出的cfg桩头，土模开挖完成后尺寸难检查，本发明中的检测装置可对土模尺寸进行快速、准确检测，确保桩帽尺寸可控。

7）增大地基复合性：应用本发明先将地表碾压密实，又将桩帽周围土体挤压密实，可使桩帽与桩间土较好结合，“桩土一体受力”的复合地基处理效果增大。

（2）功效方面：

1）减少工序环节：本发明减少了桩间土开挖、截桩头、桩帽钢筋制安、模板安拆、桩间土回填等诸多成桩后续工序。

2）降低转序周期：本发明降低了转序周期，桩顶处理随桩基施打随完成，可实现零时间转序。

3）缩短单序时间：本发明缩短了桩顶处理和桩帽施工等主要工序作业时间。

4）提高桩帽成型器的适用性：本发明中的搅动杆装置可以使桩帽成型器克服粘性硬土易挤满转筒的问题，使成型器可应用于特殊地质条件。

（3）成本方面：

本发明通过工艺改进和工装革新，提高施工效率，减少浅层断桩处理费用，减少模具费用等为施工单位减少投入，而且通过取消钢筋使用和桩间土回填降低工程造价。

附图说明

图1为本发明提供的一种cfg桩前截桩头的施工方法的示意图；

图2为本发明提供的一种手持收面装置；

图3为本发明提供的一种cfg桩土模浇筑桩帽的施工方法的示意图；

图4为适用于本发明提供的cfg桩桩帽；

图5为本发明中提供的定型检测工具；

图6为本发明中应用到桩帽成型器；

图7为本发明中提供的搅动装置；

图8为本发明中提供的桩帽定型装置；

其中：1-钻渣；2-混凝土；3-超灌混凝土；4-桩顶面；5-桩帽；6-土模型；7-定型检测装置；8-cfg桩桩身；9-作业面；10-桩帽成型器；11-转筒；12-旋转叶片；13-液压传动装置；14-与挖掘机连接件；15-手持收面装置；16-桩帽定型装置；17-搅动杆；18-平板；19-把手；20-箍圈；20-1-上道箍圈，20-2-下道箍圈，21-圆形模板；22-钢筋把手；23-支腿。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在修建朝阳至秦沈高铁凌海南站铁路联络线工程中运用了大量的cfg桩基处理软土路基，施工中因设备扰动造成桩基浅层断桩率高，处理成本高，且切割桩头、安装桩帽钢筋和模板、人工回填桩间ab组土等工序复杂，施工效率低，成本高，故而土建3标段施工的5000根cfg桩采用了本发明提供的方法。

请一并参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，该实施例的具体施工步骤如下：

（1）测量放样确定各段落cfg桩桩帽5顶面高程。清除桩帽5以上地表土，根据现场土质情况预留压实量，然后对作业面9进行整平、压实、检测。

（2）放出cfg桩8中心位置，采用长螺杆钻机钻孔，灌注桩基混凝土，超灌混凝土3的顶面超出桩顶4标高30cm左右。桩顶4标高通过桩顶4伸入桩帽5中10cm及桩帽5顶面与作业面9一致进行计算。

（3）混凝土灌注完成后使用小型挖掘机对钻渣1及超灌混凝土3进行清理。使用振捣棒对桩顶1.5m范围内的混凝土2分3次进行振捣，振捣棒应快插、慢拔，每一振点的振捣持续时间以混凝土不在沉落，表面泛浆，无气泡冒出为止，防止过振、漏振。

（4）振捣完成后，使用水准仪测量混凝土面高程，将高出桩顶混凝土挖除，人工对桩顶面4抹平2次，用塑料膜覆盖桩顶面4，保湿养护。根据桩基直径设计制作一种比桩基直径小1cm的圆形的人工手持收面装置15，采用3mm厚的圆形钢板制作平板18，采用直径14mm的钢筋制作把手19，便于操作，提高桩顶面4的收光压面效果和质量。

（5）桩基检测合格后采用桩帽成型器10将桩顶面4四周的土挖除，形成与桩帽5外形轮廓一致的土模型6。

（6）通过测量放样，对cfg桩8进行复位，确定桩帽5开挖位置；将桩帽成型器10的转筒11的中心与桩顶面4的中心重合，开启液压传动装置，带动转筒11和叶片12旋进开挖，叶片的有效高度与桩帽高度一致，当叶片顶面与地面平齐时，停止钻进。再由人工清理虚土，并按桩帽设计尺寸修边，形成桩帽土模型6。针对施工过程中出现的硬性黏土挤满转筒影响钻进的问题，根据转筒的特性设计制作一种搅动杆17，采用20工字钢制作，长度2.5m，安装在挖机底盘上，将挤满土的转筒11中心对准搅动杆17进行转动，将挤压密实的土搅松动脱落。

采用定制的定型检测装置7对开挖后土模型6尺寸进行检验。定型检测装置7的尺寸与桩帽轮廓尺寸一致，采用直径14mm钢筋制作，上部分为圆柱形下部为倒圆台形，上部圆柱形高0.25m，圆直径为1.2m；下部倒圆台底面圆直径为0.8m，顶面圆直径为1.2m，倒圆台高0.3m。

制作一种与桩帽顶部尺寸一致的圆形定型装置16，采用直径14mm钢筋制作2个内直径为1206mm的箍圈20，并排布置，采用3mm厚、3cm宽的钢板在2道箍圈内卷圆成内径1200mm的圆形模板21，并在上道箍圈20-1上等距布置4根横向的支腿23，腿长20cm，采用直径14mm钢筋制作，为便于操作，在上道箍圈20-1上焊接2个直径14mm钢筋把手22。土模型6检验合格后，将定型装置16安装在土模型顶部，中心与桩顶面4中心对中，然后浇筑桩帽5混凝土，振捣棒振捣，人工收平抹面，待混凝土初凝后再次进行抹面压光，覆盖土工布洒水养护，达到强度后形成桩帽5。对作业面9进行清理，采用小型夯机夯实一遍。

本实施例不仅降低了浅层断桩率，提高了桩基质量和地基处理效果，还大大节省了工程量，而且人工投入减少、工序简化、施工效率提高，对比常规方法（后截法和模筑桩帽法），节约施工成本约41.08万元，且缩短施工工期18天，成本分析如下：

（1）常规施工工艺：每个桩帽混凝土0.39m³，共计1950m³，桩头超灌混合料0.038m³，共计250m³，混凝土材料费300元/m³，钢筋共计126t，钢筋原材及制作安装4800元/t，桩间土挖除10元/个，桩头环切10元/个、桩帽模板装拆和混凝土浇筑30元/个，桩帽钢模板每套420元/套，共100套。总成本为1950m³×300元/m³+190m³×300元/m³+126t×4800元/t+10元/个×5000个+10元/个×5000个+30元/个×5000个+420元/套×100套=153.88万元，平均每个桩帽307.76元。

（2）前截法：每个桩帽混凝土0.52m³，共计2600m³，无钢筋，采用专用设备施工，设备费用75000元/月，采用小挖机跟班作业，月租费用18000元/月，清理土模土20元/个，桩顶模具100元/个，共120个，混凝土浇筑10元/个。总成本为2600m³×300元/m³+75000元/月×2月+18000元/月×2月+20元/个×5000个+100元/个×120个+10元/个×5000个=112.8万元，平均每个桩帽225.6元。

成本对比结论：采用前截法后节约41.08万元，平均每个桩帽节省82.2元。