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1引言
公路路基施工是整个公路施工工程的关键所在,稍有偏差,将给整个工程埋下质量隐患。例如,在公路施工中常会遇到诸如软土路基,黄土路基等不良路基,如不加以特别处理,会引起填方路堤施工后沉降或不均匀沉陷,路面纵横坡变碎,平整度下降,导致行车颠簸等,严重影响公路的正常使用,造成大量的人力、物力、财力浪费。因此,路基施工应根据施工当地地形、地质状况、公路等级、所在地区的气候、结合施工填挖方平衡等来选择施工方法。
2路基填压
公路路基的强度和稳定性很大程度取决于路基填料的性质及其压实的程度。从现有条件出发,改进填土要求和压实条件是保证路基质量经济有效的方法。
2.1路基填料
现行《公路路基设计规范》(以下简称规范)规定了对路基填料的要求。对路基填料的最小强度和最大粒径给了量化的标准,采用承载比实验(CBR)值表征路基土的强度,引入了路床的概念。对上路床的填料提出了限制条件,高速公路和一级公路路面底以下0cm-30cm的路床填料,其CBR值应大于8,对下路床及下面的填土也给出相应的规定值。
2.2路基压实
当前路基施工,普遍采用了大吨位的压路机,碾压效果有了明显的改善。对于提高路基土的压实度起了很好的作用。规范规定高速公路和一级公路路面底面以下80cm-150cm部分的上路堤其压实度必须≥95%,对其它等级公路当铺筑高级路面时,其压实度亦应按高速公路和一级公路的标准采用。此外,还增加了对路堤基底的压实度不宜小于93%的规定。随着我国高速公路的飞速发展,路基施工技术也取得了相当大的进步,对于特殊路基的处理技术也日渐成熟和完善。
(1)过湿地区路基的填压。过湿土地基的填筑比较简单,一般采用填砂砾垫层和加铺土工格栅的方法,该方法简单易行,处理效果较好。但路基的压实是相当困难的,规范对此作出了若干调整:一是压实度标准可根据试验资料确定或较表列数值降低2—3个百分点;二是对于天然稠度小于1.1,液限大于40,塑性指数大于18的粘质土,用于下路床及下路堤填料时,可采用规定的轻型压实标准;三是改善填料的性质,在土中掺加生石灰,通常可以获得预期的效果,也可采用新型吸水材料加固。
(2)黄土路基的压实。与其他公路路基黏性土相比,黄土尤其易受水的侵害,是一种特殊的黏性土。常将黄土路基划分为两类:非湿陷性黄土和湿陷性黄土。其中,湿陷性黄土主要分布在我国中西部地区,其作为路堤填筑材料时,由于受水浸湿后,本身结构被迅速破坏,应有强度减小,若施工不当则会发生很大的下沉量,引起路基失稳,特别是高路堤地段的填筑更是会引发一系列的工程病害。因此,黄土路基的压实也应根据实际情况的不同合理选择。
①冲击压实:冲击压实处理地基的原理是用一定的冲击能量使土体里的水分扩散固结并挤密压实土体而达到加固土体的目的。冲击压实技术只适合于浅层湿陷性及湿软性黄土地基的处理,且其有效影响深度一般不超过80cm,冲压遍数以30遍左右为宜。在冲压施工的过程中应注意:保持最佳含水量;受冲击压实机的机型限制,被冲压的路基长度一般不应小于120m,宽度不宜小于15m;每一层冲压前,应先沿路基边沿冲压5遍左右,以减少在冲压过程中冲击能对路基的侧向挤压作用;用冲击压实机进行路堤边沿压实时速度应稍慢,否则,可能引起车身滑出路堤;冲压时应注意轮迹的连续性,特别是调头处,不要预留空白带而影响压实效果。
②强夯施工:又称动力固结法,是用起重机械将8t~40t夯锤起吊到6m~25m高度后,自由落下,给地基以强大的冲击能量的夯击,使土中出现冲击波和冲击应力,迫使土体孔隙压缩,土体局部液化,在夯击点周围产生裂隙,形成良好的排水通道,孔隙水和气体逸出,使土粒重新排列,经时效压密达到固结,从而提高地基承载力,降低其压缩性的一种有效地基加固方法。
3路基排水
水是影响路基强度和稳定性的一个重要因素,水的侵蚀会造成许多路基病害的。同时,从环境保护和不损害当地农田水利设施考虑,必须做好路基排水,形成排水系统,并与地区排水规划相协调,防止因各种原因造成的水患,给路基、路面施工造成不必要的损失。
公路排水主要包括两个方面:一是地下排水,即减少地下水、农田排灌水对路基稳定性及其强度的影响;二是路表排水,除将路面、地面的水迅速排出之外,应最大限度地减少雨水对路基、路面质量的影响,减少因路表水排水不畅或路表水下渗对路基、路面结构和使用性能产生的损害。
地下水排水设计可以采用适当提高路基最小填土高度或在路基底部设置隔水垫层等办法。在施工前开挖临时排水边沟,排除施工期地表水并降低地下水,同时在路基底部掺加低剂量石灰处理,设置40cm厚的稳定层等,可起到较好的效果。路表排水设计,一是可以通过路面横坡、边沟、边沟急流槽等将路表水迅速排出路基以外。二是设计中央分隔带纵向碎石盲沟、软式透水管及横向排水管将施工期进入中央分隔带的雨水及运营期中央分隔带的下渗水迅速排出路基之外。三是设计泄水孔以迅速排除桥面水。四是采用沥青封层、土路肩纵横向碎石盲沟或排水管将渗入路面面层的水引出路基之外。路面渗水的排水设计,沿路面边缘设置由透水性填料集水沟、横向出水管和过滤织物组成的路面边缘排水系统,通过设置沥青封层、土路肩纵横向碎石盲沟和排水管,将渗入路面面层的水引出路基之外。由于通过沥青面层下渗的水量有限,设计中应在每10m左右设置一道Ф5cm横向排水管以确保路面下渗水的排除。
4路基防护
路基防护主要有三个方面。
(1)坡面防护。坡面防护的目的是防止地表水流的冲刷、坡面岩土的风化剥落以及与环境的协调。通常措施是采用石砌圬工防护,混凝土预制块护坡多用在路堤边坡,连片的及带窗孔的护面墙,用于路堑边坡。但由于石砌圬工及混凝土防护存在造价高、易破损等诸多问题。现在,种草防护技术应用较为广泛,边坡较高则采用砌石框格种草防护,起到改善生态环境、美化景观和坡面防护的三重效果。石砌圬工防护的使用仍较普遍,混凝土预制块护坡多用在路堤边坡,连片的及带窗孔的护面墙用于路堑边坡。破裂的或易于风化破碎的岩石路堑边坡采用锚杆挂铁丝网或高强塑料网格喷浆或喷射混凝土以及喷射纤维混凝土防护也有较好的效果。但考虑到石砌圬工及混凝土防护造价高、易破损等诸多问题,从环境保护的角度出发,建议大力推广既能改善生态环境又美化景观的种草防护技术。
(2)冲刷防护。传统的方法是用砌石、抛石、铁丝石笼和挡土墙防护,改进后可以用高强土工格栅代替铁丝做石笼,用聚脂或聚胺脂类土工织物混凝土护坡模袋做成的护面板防护受水冲击的边坡,很能适应土体不均匀沉降。
(3)支挡防护。挡土墙用于支挡防护目前仍占主要。①石砌的重力式挡土墙多用于石料丰富、墙高较低、地基较好的场合;②钢筋混结构的悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙和板柱挡土墙其受力比较合理,墙身圬工体积小,也已广泛应用于公路路基的防护;③垛式挡土墙易于调整墙的高度,并采用预制构件拼装,是一种特殊形式的挡土墙。
参考文献
2提升建筑工程施工技术的对策
2.1树立先进的施工理念
在市场经济体制下,竞争是相对公平和开放的。在这种环境之下,要想实现企业的生存和发展,就必须提高自身的核心竞争实力。面对经济全球一体化浪潮带来的机遇和挑战,对于很多建筑工程施工单位来说,树立先进的施工理念是提高自身竞争力的一项主要措施。要想持续提高自身的施工技术,不仅需要资本作为基础,还需要各项先进的技术作为支撑。在扩大自身资本运作的基础上,不断坚持创新和发展,树立先进的施工意识,通过自身的研究,对现存的各种施工技术进行改造和创新,并将研究的新技术应用到项目工程施工过程中。施工单位要想获得较高的回报,就必须坚持高效的创新理念,这种高效的创新理念不仅有利于提高建筑企业自身的创新实力,同时还能够将新技术转化为新的生产力,并最终提高施工的质量。
2.2促进新技术的全面实践和应用
当今社会是一个信息社会,是科学技术和信息交融的社会,市场经济的飞速发展为我国经济发展产生了积极的影响,使科学技术成为企业竞争的核心。在这样的背景之下,所有的行为都应该以促进经济的发展为基本前提,并全面实现经济效益最大化,在发展过程中如果背离了这种原则,建筑企业就无法很好地在激烈的市场环境中生存下去。建筑单位在发展过程中,如何通过完善建筑工程监理制度促进施工技术的提高,是这个时期我们应该重点思考的问题。建筑单位要想更好地发展,就需要坚持以技术创新为导向,在建筑项目工程施工过程中,积极引进和应用各种先进的施工技术,不断加强科学技术的创新力度,以提升建筑企业的经济效益为标准,平衡经济发展和技术创新之间的利益关系,构建和谐的发展战略。例如,在项目施工过程中,外墙施工缝经常出现问题,砼导墙在施工过程中很容易出现质量问题,因此,我们可以采用取消砼导墙这个施工环节,并选择在楼层部位安装铁板模板的施工方式来提高施工质量。
随着城市经济的快速发展和城市化进程的加快,电力工程建设项目日益增多。采用电力电缆输送电能,占地面积小,不占地面空间,不受路面建筑物的影响,也不需要在路面架设杆塔和导线,易于向城市供电而且使市容整齐美观。因此,现在缆化的工程也越来越多。常规电缆工程的施工都是开槽铺设电力管道,施工时需要占用路面,妨碍交通;开挖回填时容易损坏原有管线;渣土外运引起漏洒扬尘;回填坑槽及恢复路面容易造成不均匀沉降,路面下陷或突起,给车辆和行人带来不便。而且由于用电申请时间的不一致,常常是今天挖开,明天填上,后天又“破肚开膛”,产生了令市民深恶痛绝的马路“拉链现象”。因此,常规的施工技术越来越不适应城市发展的需要。
近几年来,厦门市加大了城市规划、建设和管理的力度,《厦门城市道路管理办法》也规定,新建道路交付使用未满5年不准“开膛破肚”。2007年1月还专门出台了《厦门市人民政府办公厅关于加强岛内城市道路挖掘施工管理工作的通知》,新的管理办法严格了审批权限,规定挖掘时间在5天以内、开挖长度在100米以下的项目由市政园林局归口审批;超过这些期限的由市政园林局和市城管办联合会审,影响重大的开挖项目还要报市政府审批。此外,厦门市还首次建立了道路挖掘计划预申报制度,规定每年12月份报送下年度、每年5月份报送下半年较大的道路管线建设项目计划;除紧急情况外,没有预申报的开挖项目不予审批。道路挖掘施工现场必须规范设立公示牌,并经道路分级管辖的市政管理部门验收合格后方可开工。这些规定也增加了常规电缆工程的施工难度。申请时不容易,申请到了又要支付高额的城市道路挖掘修复费。因为是属于惩罚性质的赔偿,例如开挖水泥砼路面,不管实际开挖宽度的大小,就算只开挖30厘米宽,也是按整块板的面积计算,赔偿金额很大。
在这种情况下,非开挖技术的优势就体现出来了。非开挖技术是指利用各种岩土钻掘的技术手段,在地表不开沟(槽)的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的施工新技术,改传统的挖槽铺管和修复施工方式为钻孔铺管和修复。与传统的挖槽施工法相比,非开挖技术具有不影响交通、不破坏环境,施工周期短,社会效益显著等优点,尤其适合在一些无法实施开挖作业的地区,如闹市区、高速公路、铁路、建筑物、河流、农作物及植被保护区等,进行管线铺设、更新或修复。按施工工艺可分为:导向钻进铺管技术、遁地穿梭铺管技术、顶管掘进铺管技术、顶管铺管技术。其中导向钻进铺管技术的优点是:采用导向仪导向,导向探测与管线探测相结合,能有效调整钻头,避开管线,适合复杂地层条件下施工;铺管直径、长度和材料范围较宽,适合1000mm以下管径,主要采用PE管铺设和钢管铺设;对地表干扰小,施工速度快,施工精度高,是发展最快的一种非开挖施工法。又因为厦门城区的地下管网比较复杂,所以我局进行非开挖施工时大多采用导向钻进铺管法。下面就详细介绍一下导向钻进铺管法的施工工艺。
首先,对所铺设管线的位置地形进行测量,设计出钻孔的最佳曲线,开挖工作坑和接受坑。
其次,进行导向钻的施工。先用放置在地表的导向钻机,根据预先设计的铺管线路钻一个远小于预铺管道口径的导向孔,然后回拖回扩头,将孔径扩大到超过预铺管道口径的1.2—1.5倍,随后将管线拉入,实现非开挖铺设新管。导向钻铺管施工由3个阶段组成,即钻导向孔、回拖扩孔和回拖管材。
1钻导向孔
用导向钻头从预定的入土点以一定的倾角准确地按规定管线走向钻进。导向钻头为前端带喷射口的斜面非对称式钻头,内部放置有定位信号发射仪,钻头前端喷射出高压泥浆的射流作用与钻头的切削作用共同在地下形成孔壁,泥浆还起到和降温作用,并使孔壁迅速固定成型。在地面上用接收机可以探测到钻头在地下的经纬坐标、深度、倾斜率、斜面方向等参数,通常每钻进一根钻杆定位一次。钻杆长度随机型而变,机型越大,钻杆越长。钻机操作人员根据测出的参数,判断钻孔位置与设计轨迹的偏差,随时进行调整,确保钻孔沿设计轨迹前进。当回转和给进同时进行时,钻孔呈直线延伸,而只给进不回转时,受斜面反力作用,钻孔朝钻头斜面的方向偏转。钻杆不断补接,直到钻头达到接收井或从目标位置钻出地面。
2回拖扩孔
导向孔完成后,在接收井中或目标位置将导向钻头更换为直径大于已有管孔的锥形回扩头。这种钻头表面有呈螺旋状排列的高硬度碳化钨金属,使之在回拉钻杆的作用下将孔扩大,钻头圆周上分布的小孔可喷射出高压泥浆,其作用与钻导向孔过程相似。在回程扩孔时,泥浆泵会向孔壁提供足够的钻进泥浆液,在松动的孔壁表面迅速形成一层护壁泥浆层,回抽时要在回扩头后侧不断补接钻杆。回扩头到达钻机后,在接收井接上新回扩头再次回扩。扩程可反复多次,使管孔直径逐次扩大,直到管孔达到设计要求。
3回拖管材
扩孔结束后,应用清孔器进行清孔。清孔时要注意泥浆比重,保证泥浆质量。当清孔达到铺管要求后,进行回拖前的准备工作,复查管材的质量及搬运过程中是否损伤,管材焊(连)接是否符合规定,检验完毕后方可铺设。回拖管材时,产品管材在扩好孔的孔中是处于悬浮状态,管壁四周与孔洞之间由泥浆,这样既减少了回拖阻力,又保护了管材在回拖时防腐层的磨损。此时,操作人员要注意控制好钻机的拉力和速度,确保所铺设管材不受损害。
最后,在完成牵引管施工后,才开始砌筑检查井。
下面举个工程实例来说明一下非开挖技术在电力工程施工中的具体应用。
例:新建110KV湖滨南变10KV梅园线工程的设计是从新建110KV湖滨南变馈出一条电缆至禾祥梅园开关站901,该电缆从变电站引出后沿着湖滨南路北侧已建电缆管沟及新建的管沟向东敷设敷设至梅园开关站901。其中,有一段需要横穿湖滨南路。而湖滨南路属于市区主要干道,车辆川流不息,地下管线纵横交错,道路两侧还有绿化乔木。众所周知,管线横穿道路采用常规方法施工,公路的一半基槽需采用大开挖的方式,待管线铺设完毕回填后,再施工另一半管线。该施工方法虽然简单,但对交通运行及市区环境都不可避免产生了一定的影响:施工时容易引起噪音,粉尘,震动和废气;妨碍交通(堵塞,中断或改线);破坏环境(绿化带,公园和花园);影响市民生活和商店的营业;安全性差;综合施工成本高。而这些不足正好是非开挖技术的优势所在。因此工程采用导向钻进铺管技术,以非开挖方式进行电力管道穿越。该工程开挖4M*2M*1M的工作坑和接受坑,扩孔直径达φ500MM,采用φ160×4根PE管穿越,穿越长度约为46米,最大穿越深度为自然地面以下3m;钻机入土点位于湖滨南路北侧,出土点位于湖滨南路南侧;入土角度为10°,出土角度6°。该工程具有不污染环境,不影响交通,施工周期短等优点。
参考文献
1 前 言
近年来,随着我国公路建设规模的进一步扩大,市政桥梁取得了前所未有的发展,其施工技术也有较大的提高,其中桩基施工尤为明显。桥梁桩基多采用钻孔灌注桩施工,且以反循环钻进成孔较为常见,这种施工技术能较好解决钻进速度,且排渣连续性好,它还具有最大的优点是孔壁护膜可较薄,但不减弱桩基的摩擦力。本人于2005~2006年期间所主持施工的顺德苏岗大桥工程正是成功地运用了这一施工技术,其桩基础就是以反循环钻进成孔。本文主要对市政桥梁桩基施工中运用反循环钻成孔方法的施工特点、要点、优点、缺点、适用范围、常见问题与处理方法进行了分析,以供同仁参考。
2 反循环钻成孔的施工技术
2.1工程概况
苏岗大桥工程是一座桥长428.8m,宽18.63m的大桥,桩基础φ1000、φ1500钻孔灌注桩,共132根,有效长度45~65m,桩端持力层为进入中风化岩层1.5D;桩基地质条件是:上覆为砂、砂砾、亚粘土等沉积层,下伏为花岗岩石。
2.2反循环钻成孔灌注桩适用范围及基本原理
反循环钻成孔适用于填土、淤泥、粘土、粉土、砂土、砂砾等地层;当进入软岩时可采用圆锥式钻头;当进入硬岩时可采用滚轮式钻头。反循环钻成孔不适用于自重湿陷性黄土层,也不宜用于无地下水的地层。对于大卵砾石层、大抛石层和大孤石层,反循环钻进效率反而很低。
反循环钻成孔施工法是在桩顶处设置护筒(其直径比桩径大15%左右),护筒内水位要高出自然地下水位2m以上,保持孔壁静水压力在0.02MPa以上,以保护孔壁不坍塌,省去切削套管。钻机工作时,旋转盘带动钻杆端部的钻头切削破碎岩土;钻进冲洗液从钻杆与孔壁间的环状空间中流入孔底,冷却钻头,并携带岩土钻渣,混合液在负压作用下从钻杆内腔上升到地面溢进沉淀池后返回泥浆池中净化,净化后的冲洗液又返回孔内形成循环。
2.3施工程序
设置护筒安装反循环钻机钻进,直至桩端持力层测定孔底沉渣并进行第1次处理孔底沉渣移走反循环钻机测定孔壁插入钢筋笼插入导管第2次处理孔底沉渣水下灌注混凝土,边灌边拔导管。混凝土全部灌注完毕后,拔出导管和护筒, 成桩。
2.4施工特点
(1)反循环施工法是在静水压力下进行钻孔作业的, 故护筒的埋设是反循环施工作业中的关键之一。
(2)要使反循环施工法在无套管情况下不坍孔,必须具备5个条件:①确保孔壁周围的静水压力在0.02MPa以上,护筒内的水位要高出地下水位2m以上。②泥浆造壁。在钻进中,孔内泥浆一面循环,一面对孔壁形成1层泥浆膜。泥浆的作用是将钻孔内不同土层中的空隙渗填密实,使孔内漏水减少到最低限度;保持孔内有一定水压以稳定孔壁;延缓砂粒等悬浮颗粒的沉降,易于处理沉渣。③保持一定的泥浆比重。在粘土和粉土层中钻进时泥浆比重取1.02~1.04;在砂和砂砾等容易坍孔的土层中钻进时,必须使泥浆比重保持在1.05~1.08。④钻进时保持孔内缓慢的泥浆流速。⑤保持适当的钻进速度。钻进速度同桩径、钻深、土质、钻头的种类与钻速及扬水能力有关。在砂和砂砾层中钻进需考虑泥膜形成所需的时间;在粘性土中钻进则需考虑泥浆泵的能力并需防止泥浆浓度的增加。
(3)反循环钻机的主体可在与旋转盘离开30m处进行操作,这使得反循环法的应用更加方便。
(4)钻进时钻头不需每次上下排弃钻渣,只要在钻头上部逐节接长钻杆(每节长度一般为3m),就可以进行深层钻进,与其它的桩成孔法相比,越深越有利。
2.5施工要点
(1)规划施工现场时,应首先考虑冲洗液循环、排水、清渣系统的安排,以保证反循环作业时,冲洗液循环通畅,污水排放彻底,钻渣清除顺利。
(2)在粘性小的土层中钻进时,为保证要求的粘度、比重,可在泥浆中掺入MC(羧甲基纤维素钠盐)、膨润土等材料; 成孔时,由于地下水稀释等使泥浆比重减小时, 亦可添加膨润土等材料。
(3)为使冲洗液净化,清水钻进时,钻渣可在沉淀池内通过重力沉淀后予以清除;在泥浆钻进时,宜使用多级振动筛、旋流除砂器或其它除渣装置等进行机械除砂清渣。
(4)钻头吸水断面应开敞、规整,减少流阻,以防碎砖块、卵砾石等堆挤堵塞;钻头体吸口端距钻头底端高度不宜大于250mm;钻头体吸水口直径宜略小于钻杆内径;碎砖、卵砾石等的尺寸不得大于钻杆内径的4/5。
(5)对于泵吸反循环钻进方式,起动离心泵,待反循环正常后,才能开动钻机慢速回转下放钻头至孔底。开始钻进时,应先轻压慢转,待钻头正常工作后,逐渐加大转速,调整压力,并使钻头吸口不产生堵水。
(6)气举反循环钻进方式钻进时,为了保证不堵吸渣口,应事先开空压机送风吸泥, 然后开动动力头,慢慢进给;停钻时,要先停止钻进,然后停止动力头,最后停风。
(7)第1次孔底沉渣处理:终孔时停止钻具回转,将钻头提离孔底500~800mm,维持约1个孔容积量的冲洗液循环,并向孔中注入含砂量小于4%的新泥浆或清水,令钻头在原地空转数十分钟,直至达到清孔要求为止。维持反循环的时间,视孔底沉渣厚度、桩孔容积大小而定。
(8)第2次孔底沉渣处理:在灌注混凝土之前进行第2次沉渣处理,通常采用普通导管的空气升液排渣法或空吸泵的反循环方式。
2.6反循环钻成孔灌注桩优缺点
(1)优点: ①振动小,噪声低;②可施工超大直径(4.0m以上)、超大深度(100m以上)的桩;③用天然泥浆即可保护孔壁;④几乎在各种土层和岩层中均可施工,采用特殊钻头可切削岩石;⑤可进行水上施工;⑥可在地下水位下厚细砂层(厚度5m以上)中钻进;⑦钻进速度较快。
(2)缺点:①很难在比钻头吸渣口径大的卵石层或漂石中钻进;②土层中有压力较高的承压水或地下水流时,成孔较困难;如果水压头和泥浆比重等管理不当,会引起坍孔;③切削出来的土砂中水分多,弃土困难;④废泥水处理量大;⑤暂时架设的规模大。
2.7常遇问题与处理措施
反循环钻成孔灌注桩施工中常遇问题有: 真空泵或灌注泵起动过程中的问题、在某些岩土层中进尺缓慢、钻头脱落、转台不能旋转、孔壁坍塌、桩端持力层松动及垂直精度不良等。处理措施:①及时更换或补焊钻头,并向桩孔中回填片石,在钻进面先用小冲程钻进,然后逐渐加大到正常冲程,转入正常钻孔;②在溶洞顶板施钻时应先用小冲程开孔,并注意旋转钻头,溶洞开口后,要及时抛填片石和粘土块填筑,逐渐进入正常钻孔;③穿越溶洞时应改用小冲程钻进,防止击垮溶洞顶板,并准备好拖拉设施,系好滑车钢丝绳,做好钻机撤离准备。
3 施工效果
运用反循环钻成孔施工方法, 孔底无沉渣,成孔效果好,成孔进度快,苏岗大桥桩基工程施工进度比原计划提前22天完成,有效降低了工程造价。
4 结 语