摘要
地下工程施工中存在大量的废弃桩头，需要截断凿除，产生大量的建筑垃圾，需要外运。噪音、粉尘、建筑垃圾等污染大，环境不友好，且施工麻烦，造价高，耽误工期。中材地质工程勘查研究院有限公司何世鸣副总工程师（教授级高级工程师，兼北京建材地质工程有限公司技术总监）开发了“桩头变废为宝”的现场利用方法，并喜获国家发明专利。该方法不仅不需要外运，还直接现场进行加工，成为褥垫层的原材料，节约了造价，并且大大节省工期。
关键词：桩头凿除，废弃桩头，建筑垃圾，变废为宝
1、技术背景
目前CFG桩复合地基及混凝土桩复合地基等刚性桩复合地基施工完成后，均面临着保护桩头切除及外运消纳问题，尤其有地下室从地表施工，由于保护桩标高不好控制，保护桩头更高，有的高2m甚至3m、4m也不稀奇，这就给施工方带来极大的麻烦，外运成本也极高。以北京地区为例，CFG桩400mm直径常用，500mm、600mm直径也时常有用，保护桩头设计符合规范，0.5m高即可，但在实际施工中为了提钻时不掉土进去，也便于司钻观测，往往压灌至虚土顶，这就导致保护桩长大于0.5m常见，切割后运至集中地方，装车外运消纳，一般一车1000元，也就能装20多个至30个，假如有一万个桩头，仅运费就是30多万元。而之后还需要购买级配砂石铺设褥垫层，级配砂石一方约180元，5000方就是90万元。只是桩头外运费用及购买级配砂石材料费就需120万之多。而CFG桩头或素混凝土桩头其实是资源不是废物，有人说了：“废物不废物，在人不在物”。这就要求我们开动脑筋，资源化利用，变废为宝。
2、主要技术方案及工艺流程
为了解决上述问题我们采取了这些步骤:1）将CFG桩间土清理至褥垫层底标高，标高复核后，用红色笔在CFG桩上做出标记；2）采用专门无齿锯进行环形切割，采用小型挖掘机将桩头截断，或用钢钎环形击打截断；3）采用铲车或吊车将桩头集中放置在指定地方；4）在该指定场所搭设有防尘棚，并配有雾炮协助抑制扬尘；5）在粉碎前将桩头用破碎跑破碎成几块，以方便装入粉碎机的破碎斗；6）车载式粉碎机自行将破碎后的桩头碎块或用挖掘机协助将桩头碎块装入粉碎机破碎斗，按设定的最大粒径控制筛进行粉碎，粉碎过程中雾炮喷雾协助降尘；7）用铲车将粉碎合格的级配粒料运至需铺设褥垫层位置，按设计虚铺厚度进行铺设，用水准仪进行测量控制标高；8）采用碾压方式进行压实，采用水准仪测量标高，必要时可适当洒水使级配粒料达到最优含水量，以确保夯填度满足设计要求。9）褥垫层每边外延的宽度等于褥垫层厚度，且成45度，即1：1的斜度。检测褥垫层厚度及夯填度符合设计要求，验收，进行下道工序。
更优地，上述步骤三、四可以省去，计算好桩头粉碎后的体积及要铺设褥垫层的面积及厚度，就近进行粉碎，铺设。粉碎时仍需雾炮喷雾进行抑尘，粉碎后直接摊铺，省去了来回运费和时间，这时履带式的铲斗粉碎机就变得必要，不能行走碾压CFG桩头，确保不断桩。
其基本工艺流程如图1所示：
图1 CFG桩头破碎铺设褥垫层的施工方法工艺流程图
3、工程实施案例
3.1 工程概况
3.1.1 工程项目概况
该项目位于河北省廊坊市安次区龙河工业园区，富士康南一门南侧地块。具体四至为：东至龙盘路，南至规划横二十一路，西至规划纵二十一路，北至富饶道。
本工程设计±0.000标高相当于绝对标高12.6m，基坑开挖深度4.25~6.9m，基坑开挖面积69186m2，基坑周长约1305m，属大型基坑。根据建设单位要求，项目北面西侧为示范区，应严格控制基坑开挖时变形，故采用桩锚支护，支护长度为190m，基坑南侧与富士康厂区隔路相望，西面与南面用地红线范围内有一条埋深在0.6~0.7m的通信光缆，西南角局部位于基坑开挖线内，东侧、西侧及北侧均为道路及政府征用荒地范围，周边环境条件相对简单。
3.1.2 工程地质及水文地质条件
1）工程地质条件
拟建项目场地属于河流冲积平原区，地势较平坦，地貌单一。勘察期间孔口高程为10.19~11.32米，高差为1.13米。勘探深度范围内揭露天然地层属于第四系全新统（Q4）~上更新统（Q3）河流冲积夹湖积地层，土质以黏性土、粉土和沙土为主，表层为耕植土。依据土质特征及力学性质，由上至下共划分为11个地层及9个亚层，①层为素填土，根据地区经验②层为新近沉积层，③~⑤层为Q4土层，⑥层及以下为Q3土层场地地层构成自上而下描述如下：
①层为素填土：黄色，以粉土为主，夹粉质黏土，土质松散不均匀，含植物根系，表层为耕植土，局部为杂填土，层厚为0.5~1.8米。
②层为粉土：黄色~灰黄色，稍湿~湿，稍密~中密，振捣反应中等，断面无光泽，干强度及韧性低，含云母，夹粉质黏土薄层。
③层为粉质黏土：黄灰色~黄色，软塑~可塑，中~高压缩性，无振捣反应，断面稍有光泽，干强度及韧性中等，夹粉土薄层。
③1层为粉土：黄色~灰色，湿，中密~密实，振捣反应中等，断面无光泽，干强度和韧性低，含云母。
④层粉质黏土：灰色~灰黄色，软塑~可塑，中~高压缩性，无振捣反应，断面稍有光泽，干强度和韧性中等，夹粉土薄层。
④1层为粉土：灰色~灰黄色，湿，中密~密实，振捣反应中等，断面无光泽，干强度及韧性低，含云母，夹粉质黏土层。
⑤层粉土：黄色~黄灰色，稍湿~湿，中密~密实，振捣反应中等，断面无光泽，干强度和韧性低，含云母，夹粉砂及粉质黏土薄层。
⑤1层粉质黏土：黄色~灰黄色，软塑~可塑，中~高压缩性，无振捣反应，断面稍有光泽，干强度和韧性中等，夹粉土薄层。
⑥层 粉质黏土:灰色~灰黄色，软塑~可塑，中~高压缩性，无振捣反应，断面稍有光泽，干强度和韧性中等，夹粉土薄层。
有关上述地层空间的分布情况、特征综述与原位测试指标的综合统计结果，详见“工程地质剖面图”、“地层岩性及土的物理力学性质综合统计表”。
2）水文地质条件
据勘察报告，场区地浅层地下水属于第四系松散层孔隙潜水，勘察期间实测稳定水位埋深3.1~4.8米，高程为6.29~7.45米，水位受季节、大气降水、施工降水等因素会有所升降，近期年内最高水位埋深按1.0米（高程9.5米）考虑。
地下水腐蚀性评价：根据地下水腐蚀性分析结果，依据《岩土工程勘察规范》（GB 50021－2001）（2009年版）之相关标准判定：本场地环境类型为II类，地下水对混凝土结构均具有弱腐蚀性，在干湿交替条件下地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋均具有微腐蚀性。
3.2 地基处理方案设计介绍
3.2.1 方案选择
该项目由于基础持力层为黏性土及粉土土层，综合考虑地基考虑地基承载力特征值（fka）为100kPa，不能满足结构设计要求的地基承载力特征值及规范沉降要求，故需要进行地基处理，根据本工程的有关资料及规范，拟采用CFG桩对地基进行加固处理。
一、CFG桩设计如下：
1、根据CFG桩的设计原则和设计要求，CFG桩布置在基础底板范围内。
2、CFG桩具体设计参数如下表1-1 CFG桩统计表：
序号
楼栋号
桩径（mm）
有效桩长（m）
砼标号
桩数
1
6#
400
20.8
C25
271
2
3#
400
20.0
C25
234
3
12#
400
21.2
C25
415
4
10#
400
21.7
C25
289
5
7#
400
22.4
C25
271
6
4#
500
28.5
C25
307
7
8#
500
30.0
C25
212
8
9#
500
29.5
C25
212
9
5#
500
29.2
C25
291
10
11#
500
30.8
C25
310
11
13#
450
24.5
C25
379
12
14#
450
25.2
C25
381
13
15#
450
24.5
C25
410
14
16#
450
24.0
C25
369
15
17#
450
25.2
C25
381
16
18#
500
30.8
C25
310
17
19#
500
30.8
C25
310
18
20#
500
29.2
C25
291
3、基础内如有集水坑或局部加深部位，在CFG桩施工完成后上部剔除即可（间距、桩底标高保持一致）。
二、施工说明：
1、施工工艺采用长螺旋成孔工艺，管内泵压混凝土灌注成桩。
2、CFG桩根据建设单位施工部署及招标文件要求，在CFG桩施工阶段为部分楼栋或全部楼栋在原始地坪表面进行地基处理施工。
3、铺设褥垫层采用平板振捣器静力压实。
3.2.2 检测设计
1、CFG桩施工过程中，应按照有关规范的规定，从施工放线、原材料，到成孔成桩等各道工序应严格保证施工质量并做好记录。
2、CFG桩施工完成并达到强度要求后进行复合地基载荷试验和桩身低应变完整性检测。单桩及复合载荷试验数量不少于总数的1%（单栋楼荷载不同分别计算），且各不少于3根，低应变完整性检测数量不少于总桩数的10%。
3.3 抗拔桩方案设计介绍
本工程抗拔桩采用均布，抗拔桩为钻孔灌注桩，桩径400mm，有效桩长11m，工程桩538根，检测桩6根，钢筋笼配筋详见抗拔桩说明图纸。
3.4 CFG桩地基处理施工工艺流程
依据招标文件，本工程地基处理采用CFG桩复合地基，CFG桩采用长螺旋钻机成孔，泵送混凝土成桩的工艺，工艺流程图如下：
3.4.1技术要求及质量保证措施3.4.1.1 质量检验标准
桩长允许偏差 ≤100mm,
桩径允许偏差 -20mm,
垂直度允许偏差 ≤1.0%,
桩位允许偏差≤0.4 d=168mm（满堂红布桩）,
褥垫层夯填度≤0.9.
3.4.1.2 质量保证措施
1、桩位放样
根据桩位图及甲方提供的现场轴线、基准点释放桩位，检查无误并预检合格后用φ20钢钎打孔深30～50cm注入白灰粉标记并植入一次性筷子保护桩点。
2、材料管理
1)所用材料水泥、砂、石料、粉煤灰、防冻剂等，均需按规定进行复试，合格后予以使用。
2)根据设计强度C25及施工塌落度180-220mm的要求,选择有相应资格的试验室进行CFG搅拌料试配试验,确定CFG材料配合比。
注：本工程混凝土采用商品混凝土，以上材料管理均由搅拌站负责，材料试验、配比均由搅拌站负责试验，配料。
3、 CFG料搅拌
1）CFG搅拌料要严格按配合比进行，严格计量各种材料用量,本工程采用电子计量器进行精确计量，防止人为因素影响计量准确度。
2）强制式搅拌机每盘材料搅拌时间应不低于90s，确保CFG料搅拌均匀。
3）随时对搅拌料的塌落度及和易性进行测量，在满足泵送要求的情况下方可使用。
4）成桩过程中，抽样做混合料试块，每台机械一天应做二组（6块）试块，标准养护，测定其7d、28d立方体抗压强度。要求见证取样100％。
注：本工程商品混凝土运输至施工现场后，由现场施工人员负责混凝土的塌落度、温度等测量。关于试块要求如下：
1）每日开盘均由搅拌站负责，开盘资料随运输车辆带至施工现场；
2）混凝土出场前需由搅拌站负责检查混凝土质量，并预留混凝土试块样品；
3）混凝土运输至现场后由现场施工人员进行混凝土质量验收，合格后使用并预留混凝土试块，混凝土试块预留不少于两组每日/100方，试块分别用于7d、28d混凝土抗压试验，必要时，混凝土试块可进行多留一到二组，以备现场同条件抗压使用。
4、成孔
1）钻机就位后，下钻杆，看钻杆中心是否对准孔中心，如正好，则用“双锤法”找平钻机；如地面较软，就用枕木垫钻机，确保钻机在钻孔过程中不出现偏斜现象；
2）开钻之前，应根据孔口标高、每栋楼设计桩长和设计桩顶标高，提前计算钻进孔内的钻杆长度，并在钻杆上做明显的标记，经现场监理及技术负责检验合格后方准进行施工。
3）钻孔至设计深度后，应立即停钻，以防虚土掉入孔底；
5 、压灌成桩
1）成桩要求严格控制桩径、垂直度、桩长，由于成桩可能穿透承压水层，拔管速度及泵送混凝土要严格控制，保证成桩质量及控制保护桩长。
2）泵送砼：泵送砼之前，应检查地泵的各个仪表，以确保地泵正常工作；第一根桩或停钻时间较长时，应泵送水泥砂浆湿润泵管，以防堵管。
3）提钻与泵送的配合：每次钻进至标高后，司钻应先将钻具提升约20～30cm，以利于活门打开。同时通知泵工开泵，现场设专职信号员负责司钻与泵工之间的联系。
4）应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与拔管速度相匹配，确保钻头埋在混凝土面以下50cm左右，以防断桩。遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料。
5）泵送过程中如达不到设计标高时应及时处理，如砼面已超出地下水位，再采取从孔口补灌的方法；如砼面低于地下水位，在补灌时泵送管应插入砼面下50cm确保不断。
6)要求在钻进粉砂层时，尤其是设计桩间距较小时，采取“跳打”等有效措施避免“窜桩”，甚至造成上部空桩，控制桩顶标高。
7)做好施工记录，成桩后再按施工记录进行复验，防止漏桩。
8）根据建设单位要求，部分及全部CFG桩在自然地坪表面进行施工（空打桩），由于基坑开挖深度为4~6米，故在正式桩位施工前，先进行试桩施工，提钻超过设计桩顶标高一米后停止泵送混凝土，待混凝土终凝后，挖土至设计标高，检查成桩情况，再根据试桩情况，正式进行CFG桩施工，并在施工过程中严格控制成桩质量。
3.5 抗拔桩施工工艺流程
依据设计方案，本工程抗拔桩设置在整个基础区域下方。
抗浮桩采用长螺旋钻机成孔、管中心压灌混凝土后再下钢筋笼的施工工艺。施工严格遵循《建筑地基处理技术规范》、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》及有关国家其他规定。施工工艺流程为：
3.5.1 抗拔桩技术要求、质量保证措施
3.5.1.1施工技术要求
(1)抗拔桩技术措施
1)测量定孔位:
在定孔位时,根据设计提供的桩位平面图,每一个桩孔均要求设设置可靠的桩位中心标志。
2)钻孔:
①在开钻前进行桩位复核,中心位置允许偏差<50mm.
②钻孔孔深允许偏差 ＋100mm.
③桩径偏差控制在±20mm内.
④桩孔垂直度偏差<1%.
⑤灌注桩充盈系数大于1；
钻机就位，首先钻头对准桩位，然后垫实钻机钻杆，同时用双垂球双向控制好钻杆垂直度；支稳钻机后再次检查孔位，如不合格重新调整，合格则平稳钻进。
钻进中应观测钻杆上的深度。控制标尺或钻杆长度，钻至设计孔深，再次观测并做好记录。钻至孔底后，在原处空转5秒后方可停转。
3)钢筋笼制作:
①几何尺寸符合要求:采用模具制作以保证主筋位置准确，成孔垂直度好，无扭曲现象，几何尺寸允许偏差：
(a)主筋间距±10mm
(b)箍筋间距±20mm
(c)直径±10mm
(d)长度±100mm
②钢筋笼设置保护垫块，确保钢筋保护层厚度，
③主筋保护层厚度：主筋保护层厚度允许偏差±20mm。
④主筋除锈、调直，加强环筋要求正园(长径--短径差不大于10mm)，主筋焊接接头错开500mm，同一截面接头数目不多于主筋根数的50%；
⑤主筋搭接采用机械连接或双面搭接焊，若采用双面搭接焊，则搭接倍数为5d（d为主筋直径）。
⑥钢筋应有出厂合格证和复验单,.在正式制作钢筋笼之前，先制作焊接试件。焊接试件经送验合格后方准进行正式加工；
3)钢筋笼吊放:
① 采用双点起吊；
② 用设有托架的平板车运输，严禁拖、滚，防止钢筋笼变形；
③ 吊装入孔要轻起轻落，不得强行压入，要居中下放，保证垂直度和保护层厚度；
④ 主筋绑保护块，以保证垂直度和保护层厚度；
⑤ 钢筋笼要严格按设计要求定位，其底面高程偏差≤50mm。
4）灌注混凝土：
①灌注采用40泵压灌成桩，应控制好提钻速度和泵速的关系，保证桩身质量，杜绝断桩事故。
②在灌注接近桩顶部位时，为确保桩顶部分混凝土的质量，实际灌注高度应比设计桩顶高0.5m。
③桩混凝土施工每100方（每天）至少做二组试块，并按规定记录和养护。
5）凿除桩头：
桩施工完毕后达到设计强度的70%后，凿除桩头顶部浮浆及多余混凝土。
3.5.1.2 施工质量保证措施
（1）桩孔定位质量
桩孔定位由专职技术人员进行，对测量计算结果要进行校核，确保准确无误后方可进行钻机就位。钻机就位时，要严格对准，确保钻头中心垂线和桩孔中心的误差不大于50mm。
（2）钻孔垂直度控制
① 场地平整，确保钻杆垂直。钻孔垂直度允许偏差小于1%。
② 使用双线锤方式控制钻杆的垂直度。
（3）孔径控制
① 使用和设计桩径同径的钻头，确保桩径不小于设计桩径。
② 用同心度好的钻头，以减小钻孔弯曲和灌注充盈系数。
③ 椐地层情况，控制钻杆提拔的速度及混凝土的灌注速度，防止砂层塌孔。
（4）定位及孔深偏差控制
① 钻机就位时，调整钻杆垂直度，使钻尖对准孔中心，使两中心重合。
② 在钻进过程中随时观察孔深显示仪表，幷做好纪录，随时关注钻杆上的深度标记，控制钻进的深度。
（5）钢筋笼吊放
① 钢筋笼外侧每隔3～5m应加导向装置，每组3～4个，以保证设计要求的钢筋笼保护层厚度；
② 钢筋笼下入孔口要扶正，徐徐下入，以免刮坏孔壁；
③ 确保钢筋笼定位准确；
④ 下灌注混凝土；
⑤ 钻机钻杆钻至设计标高后停钻；
⑥ 落度控制在18～22cm，防止堵管现象发生；
⑦ 泵送混凝土至孔内，钻机钻杆缓慢提升，根据混凝土泵如速度控制钻机钻杆的提深速度；
⑧ 遇有流沙等不良地层时应进行混凝土压灌的措施，确保桩身质量；
⑨ 灌注过程中，要有专人关注孔内砼面高度，控制好混凝土的泵入深度，保证桩身质量，杜绝断桩事故；
⑩ 在灌注接近桩顶部位时，为确保桩顶部分混凝土的质量，实际灌注高度应比设计桩顶高0.5m，以使凿去浮浆部分后桩顶标高满足设计要求；
⑪ 根据设计要求，混凝土标号为C25，我公司准备采用商品混凝土，原材复试、配合比申请单、开盘鉴定等相关资料由混凝土供应单位提供。
3.6施工过程概述
CFG桩及抗浮桩在地表施工完成后，停待约两个月时间，办理成了施工许可证，可以正式挖土施工了，基坑场地很大，但基坑开挖线距离围挡很近，能过一个人，但不能走车，只有东南角一个马道可以上下车，这就决定了我们只能是在坑里想办法，截桩头、破碎铺设褥垫层。桩头长度普遍都在1m以上，集水坑和电梯井部位更是长达2m，甚至达到3m、4m。一开始将截断的桩头集中到东南角马道旁边的地块防尘棚附近，先是用破碎炮将桩头进行破碎成大块，之后用履带式粉碎机在防尘棚内将混凝土块粉碎成不大于2cm的颗粒，同时开启两个雾炮进行协助控制扬尘，之后用铲车将粉碎好的级配料铲走铺设至相应地块并碾压好做褥垫层。后来发现这样太不方便，铲车将桩头运过来，粉碎后，再将粉碎后的级配料运过去，还需压已经开挖到底的楼座地基，如果不注意还会压坏CFG桩。太远了，效率就太低了。于是将扬尘棚改进为流动扬尘棚，雾炮也跟着流动，这样效率高，省事，不会压坏地基和桩，效果好。即使将全部CFG桩头和抗浮桩的桩头都用了，仍然不够，在此基础上又购买了少量的级配砂石，全部完成了褥垫层工作。算了一下经济账，总共6181个桩头，如果外运消纳，需206车，每车1000元，这项费用是206000元，如果全部购买砂石料铺设褥垫层，需要13966m3，按市场价180元/m3，小计2513880元。两项合计2719880元。现在采用了该项技术，机械台班费240000元，人工费50000元，材料费，采购了3491.5m3沙石料，每m3180元，计628470元，三项合计918470元。节约了1801410元。占66.2%。即使说节约了约三分之二。由此看来经济效益明显，环保效益和社会效益也很好。
作者简介
何世鸣，中材地质工程勘查研究院有限公司副总工程师兼北京建材地质工程有限公司技术总监，教授级高级工程师，注册岩土工程师，一级注册建造师。从事岩土工程设计、施工、质量管理、新技术开发等工作，发表论文80余篇，获国内外授权专利60余项。
东合南是装配式钢结构基坑支护技术专家，
该技术适用于三层以内地下室开挖（15米挖深），
具有高安全、工期短（节约工期30%以上）、
造价低（节省造价10%以上）、循环使用等优势。
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