桩位融冻法在柔性桩复合地基冬季施工中的应用

【摘要】在柔性复合地基的冬季施工中，由于冻土层的存在，造成施工难度增大，成孔机械在突破冻土层开口时，进展缓慢。直接开孔能耗比较大，藁城新民居的复合地基处理采用夯实水泥土桩形式在冬季施工中采取了桩位融冻法，成功消除了冻土层对施工的影响，提高了施工效率，并节约了工程成本。

【关键词】夯实水泥土桩， 冬季施工， 桩位加热

【 abstract 】 flexible compound foundation in the winter construction, because the existence of permafrost, causing increased the difficulty of construction, into holes in opening a belt of mechanical breakthrough, progress has been slow. Direct hole more energy consumption, gaomai new houses city composite foundation treatment using rammed soil-cement piles in winter construction form adopted a pile a melt frozen method, the success of the construction of the belt of eliminating influence, to improve the construction efficiency, and saves the cost for the project.

【 key words 】 rammed soil-cement piles, winter construction, pile a heating

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

工程概况

藁城新民居工程中有多层住宅楼为31栋，地基处理采用夯实水泥土桩复合地基处理。根据业主的工期整体安排，要求春节前至少完成16栋楼的地基处理，来年开春后为主体施工单位创造条件。因此地基处理工程于2010年12月下旬开工，由于气温很低基础开槽后槽底很快冻结，冻土层逐渐加厚达到40cm。夯实水泥土桩的成孔机械为长螺旋钻机和机械洛阳铲，直接在在桩位上进行钻空作业，难度极大，耗电量很大，仅开口突破冻土层就需要30min以上，施工效率很低。原来解决冻土层对施工影响时，采取方法是对基坑进行覆盖防冻措施，在开槽后立即进行覆盖草帘；或者对桩位的冻土层进行破碎，然后再进行钻孔成桩。这两种方法的成本比较高，同时施工效率也很低。选择合适的方法来处理桩位的冻土层对提高施工效率和降低施工成本非常关键。

根据文献［1］显示和以往的试验表明水泥土桩在低温时桩体没有强度，桩体强度随着温度的回升而增长，不会发生冻胀效应。因此桩体所需的土料在成桩施工过程中不受冻，在水泥土桩成桩后低温对水泥土桩没有危害，只是桩体强度很低而已。随着大气温度的回升后水泥土桩强度逐渐上升，在桩身强度达到设计要求后，再进行桩头清理和褥垫层的施工作业，复合地基承载力完全可以满足施工技术规范和设计要求。

解决冻土层对施工的影响常见的方法有：火烤法、电极加热、破碎冻土层和槽底覆盖防冻四种工艺。经过分析比较，我们认为采取对原桩位的融冻法处理较经济合理，在技术上具有可操作性。

文献［3］对于融冻法处理冻土层常规工艺为火烤法和电极加热两种工艺，由于本项目的工程量比较大，夯实水泥土桩在冬季施工完成数量约10000根，必须解决冻土层对施工的影响。实施起来火烤法施工经济、方便。我们对桩位处进行加热融冻处理。共计完成16栋楼房基础的夯实水泥土桩施工，

桩位融冻工艺设计

一、 桩位融冻需要热量计算

需要进行融冻处理的桩位直径D=350mm，桩位实际面积为0.096㎡,融冻处理面积取值0.125㎡（D=400mm）。施工期间本地的最低气温≥-10℃，冻土深度为≤40cm，需要融冻桩位的冻土层的体积为0.05m3，施工区域原状土的比重为1.65g/㎝3，原状土的含水量为26%；土的比热C土为1.2～2.2kJ/Kg℃［4］，水的比热C水为4.19kJ/Kg℃，冰的熔化热Hm为336kJ/ kg℃。原状土在融冻过程中的温度变化平均值T=6℃

为简化计算，融冻热量Q总只考虑加热时，土吸收的热量Q土和土体中所含水分吸收的热量Q水和冰的熔化吸收的热量Q融化

Q土=M土×C土×T=671.06 kJ

Q水= M水×C水×T =430.02 kJ

Q融化= M水×Hm=5748.96 kJ

Q总=Q土＋Q水＋Q融化=6850 kJ

经计算将桩位冻土层融化需要吸收的热量为6850kJ。

二、融冻方法

火烤融冻

选取锯末作为加热材料，锯末的燃烧热值约为31500-33500 kJ/kg。在燃烧过程中不容易起明火苗，这样热量损失小。同时未燃烧的锯末起到保温作用，有利于热量向土层内传递。在充分考虑融冻过程中各种因素（热传递过程中的热量损失），完成一个桩位的融冻需要热量大约14200kJ。将锯末燃烧热的有功效率取值为0.2，则融化单个桩位的锯末用量在综合考虑后按2.5㎏/桩来设置。

电极加热法

采取电极加热法进行融冻处理，将Φ12的钢筋制作长度为40cm的电极插入冻土层中，通电进行加热。经估算完成一个桩位的融冻作业需消耗3～4度电。

本项目采用锯末火烤桩位融冻法进行施工作业，锯末堆放点燃数量按照第二天的工程桩的施工数量进行安排。夯实水泥土桩晚间不进行施工作业，因此在晚上进行加热融冻，保证白天工程施工的正常进行。如果遇到特殊情况，白天不能正常施工，则加热处理过的桩位重新进行处理。

在每个桩位上堆放锯末，点燃锯末不能有明火苗，靠热量将冻土层焖热融化，一个桩点一般放置2.5～3kg的锯末，摊开面积略大于桩的截面积。为保证桩位的误差在规范要求范围内，融冻区域的中心与桩位中心需重合，具体做法是将桩位测放点插上标记。

桩位融冻法效果评价

施工期间基坑内的最大冻土深度为40cm，我们对融冻处理后的桩位选取四根桩在桩位用N10轻型触探仪进行试验探测共进行了12组试验，在桩径范围内轻型触探仪的击数同原装土，结果表明冻土层已经被融化，冻土层融化范围满足成桩需要。具体探测结果详见表1

表1探测试验结果（桩径D=350mm）

注：

从N10轻型触探仪的锤击次数明显看出，桩位周围没有实施加热融化区域还处于没有化开的状态。采用原桩位融冻方法取得预想效果，但锯末火烤存在的问题是在堆放锯末时，造成融冻面的中心偏离设计桩位中心，从而造成桩位的偏差较大。由于加热融冻的面积略大于桩的截面积，控制好融冻面的中心和桩位的中心重合是关键。

融冻法经济效益比较

我们对复合地基冬季施工采取的解决冻土层的四种工艺进行了经济效益比较。采取冻土破碎法施工，机械费用比较高。同时破碎的冻土不能作为夯实水泥土桩的土料，需要清理出去，还要补足桩体施工用的土料；草帘覆盖法的材料和人工成本比较高，同时影响施工的进行，效率比较低；电热垫融冻法、锯末火烤法的费用比较小，冻土融化后可以作为施工用的土料。

本项目冬季施工中采取锯末火烤桩位融冻处理9973根，消耗锯末27.6吨。

在同时施工其他项目中处理冻土采用的方法是冻土破碎和草帘覆盖法，经了解破碎设备每个台班完成300根桩。设备租金为1200元/台班。草帘的费用为5元/㎡。

对四种方法进行了处理冻土层单桩的成本对比，结果见表2

表2单根桩处理冻土层成本对比

注：机械破碎法和草帘覆盖的费用包括换土的费用。

采取桩位融冻法处理冻土层的成本比较小，施工效率得到明显的提高。同时夯实水泥土桩的土料采取原孔土进行拌合、夯实，没有冻土，夯实水泥土桩的施工按照规范和冬季施工要求执行。在今年开春后进行桩头清理后进过单桩复合地基检测和褥垫层施工，经验收复合地基符合施工规范和设计要求。

结语

采用桩位融冻法处理冻土层明显提高施工效率，降低施工难度。

冬季施工中只进行水泥土桩的成桩施工，采取桩位融冻法仅对桩位处进行加热融冻处理，桩间土不需要进行加热融冻处理，施工单位可以根据现场条件选择使用锯末火烤或者电加热。

对于其他类型的复合地基施工，冬季成桩作业施工同样可以采用桩位加热融冻方法来提高施工效率。桩位融冻法成本低，操作简单，适合北方地区的地基处理冬季施工中采用，具有较好的经济效益和推广使用价值。

参考文献

［1］ 宁宝宽，陈四利，刘斌.冻融循环对水泥土力学性质影响的研究.

低温建筑技术 ，2004年第5期（总第101期）

［2］ 《建筑地基处理技术规范》JGJ79—2002

［3］ 《建筑工程冬季施工规程》JGJ104-97

［4］ 余正.土壤的比热和热导率的测量.土壤，1986年第1期

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。