CFG桩长螺旋钻孔芯管泵送混合料成桩施工工法

1、2009.1工法交流总第 17 期CFG 桩长螺旋钻孔芯管泵送混合料成桩施工工法赵怀远田卓伦龚妇容宋小慧一、前言京沪高速铁路DIK427+626.93 DIK427+962 段路基设计采用CFG桩网复合结构加固地基, 由 CFG桩、桩间土和顶部褥垫层构成。桩网复合结构是在地基处理过程中，下部土体得到竖向增强体“桩（ CFG）”的加强形成复合地基加固区，在桩顶得到水平向增强体“网（土工格栅）”的加强形成复合地基加固区，使网 - 桩 - 土三者协同作用，整体共同承担上部荷载。具有沉降变形小而且完成快、工后沉降较易控制、稳定性高、施工方便等优点。CFG 桩是采用适量的水泥、粉煤灰和砂石料加水拌和制成

2、的一种粘结度较高的桩体，故称之为水泥粉煤灰碎石桩，简称CFG桩。该段路基基底采用CFG桩加固，桩径0.4m，间距 1.5 1.6m，正方形布置，桩长3.5 16.7m，桩尖深入角砾土0.5m 或至灰岩面，共计2292 根，总长度27041m，单桩承载力600kN。桩体砼强度等级为 C20，桩顶设0.6m 三七灰土垫层，中间夹铺两层高密度聚乙烯单向拉伸土工格栅，以形成复合地基。CFG 桩的施工可采用长螺旋钻孔芯管泵送混合料灌注和振动沉管灌注成桩两种施工方法。结合长螺旋钻机具有成孔效率高、质量好、无振动、无冲击、无噪声、无污染及机械化程度高等优点，我作业处采用长螺旋钻孔芯管泵送混合料成桩的施工方法

3、；并在不断总结经验，完善施工工艺的过程中形成本工法。二、工法特点施工工艺完善、简便，可操作性强。施工质量能够得到很好控制，满足设计及验收标准的要求。进度稳定，控制措施完善，工期保障性强。三、适用范围本工法适用于粘性土、粉土以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。四、施工工艺（一）材料要求CFG桩桩体材料为普通硅酸盐水泥、粉煤灰、碎石、石屑，按 C20 混凝土配比设计，混合料 28 天强度不小于 20MPa。1、水泥： PO32.5 级普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，根据地下水对混凝土侵蚀类型、侵蚀程度，依据铁路混凝土与砌体工程施工规范（ TB102102001）及铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定（

4、铁建设（ 2005） 157 号）有关规定执行。2、碎石：粒径8 25mm。3、砂：含泥量小于5%的中粗砂。4、粉煤灰：等级要求不低于级。5、泵送剂：泵送剂用于改善拌和站泵送性能，应控制掺入量，拌合料泵送性能满足施工要求时可以不掺泵送剂。12009.1工法交流总第 17 期（二）施工设备及机具要求选用长螺旋钻机的原则：设备型号应符合设计桩径、设计加固深度的要求。（三）施工工艺流程1、施工工艺流程见图1。钻机就位拌和 CFG桩混合料钻孔至设计标高泵送 CFG桩混合料清混合料注满芯管后按规定速度除边泵送边提拔钻杆至地表弃土移位施工下一根桩按上述工序施工完全部CFG桩后打桩结束清除桩间土、凿桩头CF

5、G桩基检测验桩、验基槽桩顶扩大头三七灰土垫层施工及验收CFG桩复合地基验收图 1长螺旋钻机施工CFG桩施工工艺流程图2、施工工艺（ 1）核查地质资料原地面处理前，采用静力触探法沿线路纵向每100m检验 2 点，（监理单位100%见证检验，勘察设计单位现场确认） ；对地基地质资料进行核查，结合设计参数，选择合适的施工机械和施工方法。（ 2） CFG的工艺性试验根据客运专线铁路路基施工质量验收暂行标准和客运专线铁路路基工程施工技术指南要求，在施工前做了4 根 CFG试验桩，以复核地质资料以及设备、工艺、施打顺序的可行性，确定混合料配合比、坍落度、搅拌时间、拔管速度等各项工艺参数，并用低应变检测技术

6、检测了桩身的完整性及用平板载荷试验检测了桩的单桩承载力，确认了CFG桩的设计参数如下：钻进电流： 50 70MA22009.1工法交流总第 17 期停钻电流： 80 120MA钻进速度： 1 1.2m/min混合料配合比： 水泥：砂：石 : 粉煤灰 : 外加剂 =320:738:1106:48:1.9(kg/m3) 坍落度： 160 200mm搅拌时间：不少于1min提钻速度： 1.5 1.7m/min泵送压力： 5.5 7.5MPa（ 3）场地平整机械平整至CFG桩顶标高以上50cm，作为工作垫层， 表面做成 2%排水横坡， 用压路机碾压密实，四周人工开挖排水沟。（ 4）测量放样根据 CFG

7、桩位平面布置图，用全站仪测量放出线路的中心线，再采用经纬仪及钢尺放出每个桩的桩位，在桩位中心打入钢钎，用白灰标明，并作编号记录。（ 5）钻机就位应使钻杆垂直对准桩位中心，确保 CFG桩垂直度容许偏差不大于 1%。现场控制采用在钻架上挂垂球的方法测量该孔的垂直度，也可采用钻机自带垂直度调整器控制钻杆垂直度。每根桩施工前现场工程技术人员进行桩位对中及垂直度检查。满足要求后，方可开钻。（ 6）成孔钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动马达钻进，一般先慢后快，钻进速率为1 1.2m/min ，避免形成螺旋孔，成孔至设计深度，确保桩端抵达基岩面并满足设计要求，施工桩顶标高应高出设计

8、桩顶标高不少于 0.5m。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则容易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。判断钻头是否到了持力层一般有两种方法：在桩机驾驶室观测电流的变化。钻机开始钻孔及软弱地层钻孔时，电流表指针在5070MA，当钻头遇到持力层时，瞬间的电流将增大到120MA以上，同时电压下降。此时，应判定钻头已达到持力层。在钻机旁直观观察。当钻头到达持力层时，钻杆上部的动力头发生颤动和轻微的摆动，钻机的动力明显减弱，此时，应判定钻头已达到持力层。（ 7）混合料的拌合及运输混合料搅拌采用750 拌和站集中拌和，按照配合比进行配料，每盘料搅拌时间按照普通混凝土的搅拌时间进行控

9、制。一般控制在 100 120s，具体搅拌时间根据实验确定，电脑控制和记录。混合料出厂时塌落度可控制在 180 200mm。混凝土搅拌运输车集中运输到施工现场。（ 8）混合料灌注钻孔至设计标高后，停止钻进，由现场指挥员通知钻机停钻，当钻杆芯管充满混合料时开始提拔钻杆，混合料泵送量应与提钻速度相配合，泵送压力维持5.5 7.5MPa 时提钻速率为1.5 1.7m/min ，并保持连续灌注。施工桩顶高程宜高出设计高程30 50cm，每根桩的投料量应不小于设计灌注量。灌注成桩完成后，桩顶盖土封顶进行养护。32009.1工法交流总第 17 期（ 9）整机移位一根桩灌注达到控制标高后进行下一根桩的施工时

10、，采用“跳桩”法，即隔排隔列施工。可保证新打桩不扰动旧桩，造成旧桩断桩或桩体上升；同时又有利于及时清理场地内堆积的桩内土，重新测量并准确恢复桩位，从而保证桩位的5cm允许偏差。（ 10）清除桩间土、桩头处理 CFG桩施工完毕，待桩体达到一定强度（一般 3 7d）后，可进行开挖。清土和截桩时，不得造成桩顶设计标高以下桩身断裂和扰动桩间土。对基槽开挖：如果基槽较浅，可采用人工开挖；基槽较深采用人工开挖效率太低时，可采用机械和人工联合开挖，但必须遵循如下原则：a、不可对设计桩顶标高以下的桩体产生损害；b、应尽量避免扰动桩间土。c、对于这两点，关键在于要留置足够的人工开挖厚度。采用机械、人工配合开挖，

11、人工开挖厚度留置多少，与桩体强度和土质条件等有关，施工时在现场通过试验确定。但人工开挖留置厚度一般不宜小于20cm。d、基槽开挖至设计标高后，多余的桩头需要剔除，剔除桩头时宜采取如下措施：找出桩顶标高位置；用钢钎或截桩机等工具沿桩周向桩心逐次剔除或截断多余的桩头直到设计桩顶标高，并把桩顶修平；严禁用重锤或重物横向击打桩体；桩头设计标高处，桩头表面不可出现斜平面。如果在基槽开挖和剔除桩头时造成桩体断至桩顶设计标高以下，必须采取补救措施，可采取 C20混凝土接桩至设计标高。注意在接桩头过程中保护好桩间土不被扰动。（ 11）桩顶扩大头施工CFG施工完毕在其混合料初凝后，进行打桩土清运，清运时不可对扩

12、大头以下的桩身造成损害，不可扰动桩间土。清完桩土后根据设计标高来开挖并凿除多余的桩头，在桩顶安装直径100cm、高50cm的模板，灌注C30混凝土桩顶扩大头。注意桩身深入扩大头的尺寸不得小于10cm。（ 12）三七灰土褥垫层施工CFG桩整体施工完毕，达到设计强度后即可进行0.6m 厚的三七灰土垫层施工，中间夹铺两层高密度聚乙烯单向抗拉土工格栅（TGB160HDPE），第一层土工格栅为横向铺设，第二层为纵向。0.6m厚三七灰土垫层的压实标准按基床底层压实标准进行检测，。五、机具设备 （见表 1）表 1主要施工机械设备表序号设备名称型号规格单位数量产 地单机功率 (kW)1螺旋钻机KLB600台套

13、2河北902混凝土输送泵QZ-60 型台2上海903混凝土搅拌车3辆2上海6m4电焊机交流 28kVA台2天津285全站仪TCR1201R300台1瑞士徕卡6水准仪NAL132台套1苏州六、劳动组织（见表 2）42009.1工法交流总第 17 期表 2施工人员计划表（两班两机）序号工种或岗位数量说明1钻工12钻孔2混凝土工12混合料浇筑3修 理 工2机修加工4水 电 工4供水、供电、污水排放5司机8混凝土运输等6技术人员6现场值班、统计、测量、试验、质检、安全管理7管理人员4项目经理等后勤人员及管理人员合计48七、技术要求和质量标准（一）技术要求1、成桩过程应连续进行，尽量避免因待料而中断成桩

14、。2、搅拌好的混合料通过溜槽注入到泵车储料斗时，需经一定尺寸的过滤栅，避免大粒径或片状石料进入储料斗，造成堵管现象。3、为防止堵管，应及时清理混合料输送管。应及时检查输送管的接头是否牢靠，密封圈是否破坏，钻头阀门及排气阀门是否堵塞。4、管内泵压混合料成桩施工的坍落度宜为160 200mm。（二）质量标准1、过程检验施工过程质量检验主要应检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩位偏差、桩顶标高、褥垫层厚度及其质量和桩体试块抗压强度。CFG桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法见表3。表 3 CFG 桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法序号检验项目允许偏差检验数量检验方法1桩位（纵横向）50mm按成桩总

15、数的经纬仪或钢尺丈量2桩体垂直度1%10%检验，且每经纬仪或吊线测钻杆倾斜度3桩体有效直径不小于设计值检验批不少于 5开挖 50 100cm深后，钢尺丈量根2、施工后质量检测成桩 28d 后进行桩身强度、完整性以及单桩或复合地基承载力检测。（ 1）桩身强度检测成桩过程中，抽样做混合料试块，每台机械一个台班做一组（3 块） 150mm150mm150mm 的试块，标准养护，测定28d 无侧限抗压强度不小于20MPa。（ 2） CFG桩身完整性检测桩身完整性：抽取不少于总桩数10的桩进行低应变动力检测桩身的完整性。（ 3）单桩承载力检验单桩承载力的检验不少于总桩数的2，且每检验批不少于3 根；单桩

16、承载力（平板荷载试验）不小于 600kN，且桩身压缩量小于10mm。（ 4）复合地基承载力检验52009.1工法交流总第 17 期检验不少于总桩数的2，且每检验批不少于3 根桩，单桩复合地基承载力（平板荷载试验）不小于 600kN。（三）施工质量控制要点1、水泥、粉煤灰、碎石及砂等原材料应符合客运专线铁路路基施工质量验收暂行标准及设计要求。2、施工中应检查桩身混合料的配合比、坍落度和提拔钻杆速度、成孔深度、混合料灌入量等。3、钻进应先慢后快。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺。4、CFG桩成孔至设计标高后，停止钻进， 开始泵送混合料，当钻杆芯内充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵

17、料。5、施工中应保证排气阀正常工作，防止排气阀被水泥浆堵塞。6、桩机移至下一桩位施工时，应根据轴线或周围桩的位置对需要施工的桩位进行复核，保证桩位准确。7、系统施工结束后，应对桩顶标高、桩位、桩体质量、地基承载力以及垫层的质量做检查。八、施工安全及环保控制措施1、机械设备操作人员必须经过专业培训，熟悉机械操作性能，经专业管理部门考核取得操作证后上机操作。2、机械设备操作人员和指挥人员严格遵守安全操作技术规程，工作时集中精力，谨慎工作，不擅离职守，严禁酒后驾驶。3、机械设备发生故障后及时检修，决不带故障运行，不违规操作，杜绝机械和车辆事故。4、施工现场的一切电源、电路的安装和拆除必须由持证电工操

18、作；电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器。各孔用电必须分闸，严禁一闸多用。孔上电缆必须架空2.0m 以上，严禁拖地和埋压土中，电缆、电线必须有防磨损、防潮、防断等保护措施。照明应采用安全矿灯或12V 以下的安全灯。并遵守施工现场临时用电安全技术规范JGJ46 的规定。5、易于引起粉尘的细料或松散料运输时用帆布、盖套等遮盖物覆盖。6、施工废水、生活污水不直接排入农田、耕地、灌溉渠和水库，不排入饮用水源。7、驶出施工现场的车辆应进行清理，避免携带泥土。九、综合效益京沪高铁路基CFG桩采用的是长螺旋钻孔芯管泵送混合料成桩，施工质量安全可靠，此工法具有沉降变形小而且完成快、完工后沉降较易控制、稳定性高、施工方便等优点。同时长螺旋钻机具有成孔效率高、质量好、无振动、无冲击、无噪声、无污染及机械化程度高等优点，给京沪高速铁DIK427+626.93 DIK427+962 段路基段施工降低了施工成本，经济效益显著。十、工程实例（一）京沪高速铁路D1K427+626.93 D1K427+962段路基，全长335.07m，采用桩径40cm、桩长3.5 16.7m 的 CFG桩网复合结构加固地基，形成复合地基，提