浅谈CFG桩常用施工方法及质量控制措施

浅谈CFG桩常用施工方法及质量控制措施[摘要]文章简述CFG桩成桩常用施工方法和工艺流程,详细论述振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工过程中经常遇到的质量问题,针对这些问题提出有效的质量控制措施。[关键词]CFG桩;流程;质量问题;控制措施[作者简介]胡泰铭,广西大业建设集团有限责任公司工程师,监理工程师,建造师,广西南宁,530000[中图分类号]TU473.1[文献标识码]A[文章编号]1007-7723(2010)07-0086-0003CFG桩是英文CementFly-ashGravel的缩写,意为水泥粉煤灰碎石桩,由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和,用各种成桩机械制成的可变强度桩。通常有三种成桩施工方法:振动沉管灌注成桩(适用于粉土、粘性土及素填土地基)、长螺旋钻孔灌注成桩(适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土)和长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩(适用于粘性土、粉土、砂土以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地)。CFG桩复合地基,通过改变桩长、桩距、褥垫厚度和桩体配比,能使复合地基承载力大幅度提高。它具有沉降变形小、施工简单、造价低、承载力提高幅度大、适用范围较广、社会和经济效益明显等特点,广泛地用于工业厂房和民用住宅的地基处理和加固。一、施工工艺流程(一)振动沉管灌注成桩施工工艺流程1.复核放线。定桩位点和水准点,确定施打顺序。施打顺序一般有连续施打和间隔跳打两种类型。2.根据设计桩长和沉管入土深度确定振动沉管机的机架高度和沉管长度,桩机组装就位。3.桩机就位后,调整沉管垂直度,垂直度偏差不大于1%。4.混合料搅拌。按设计配合比配制混合料,混合料的搅拌须均匀,搅拌时间不得少于2min,混合料坍落度宜为30～50mm,成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm。5.开机。开始沉管,沉管过程中要将桩机调整稳定,严禁倾斜和错位,将沉管下沉至设定标高,停机。6.投料。停机后检查沉管设计标高符合要求时,将搅拌机搅拌好的混合料投入管内,直至混合料面与进料口齐平。7.开机拔管。开机后,留振5～10s开始拔管。拔管速度要均匀,拔管线速度应控制在1.2～1.5m/min左右;如遇淤泥土或淤泥质土,拔管速度可适当放慢。8.沉管拔出地面。确认成桩桩顶标高符合施工组织设计要求的标高后,用粒状材料或湿粘性土封顶,然后移机进行下一根桩的施工。(二)长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工工艺流程1.钻机就位。就位后校正钻杆的位置和垂直度,垂直度的容许偏差不大于1%。2.钻进成孔。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,启动电机,将钻杆旋转下沉至设计标高,关闭电机,清理钻孔周围土。成孔时应先慢后快,这样能避免钻杆摇晃,也能及时检查并纠正钻杆偏位的差值。3.混合料搅拌。按设计配比配制混合料,混合料坍落度宜为160～200mm。4.灌注及拔管。CFG桩成孔到设计标高后,停止钻进,开始泵送混合料。当钻杆芯管充满混合料后开始拔管,严禁先拔管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在2～3m/min,成桩过程宜连续进行,应避免中途停机而导致CFG桩出现断桩或缩颈现象。5.移机。移机前对下一根桩的桩位进行清理、辨识,确保桩位的准确性;必要时移机后清洗钻杆和钻头。二、成桩常见施工质量问题和控制措施(一)振动沉管灌注成桩施工质量问题和控制措施1.避免施工扰动使土的强度降低。由于振动沉管成桩工艺与土的性质具有密切关系,因此,一定要考虑加固前土的密实度。对饱和软粘土,振动将引起土的孔隙水压力上升,强度下降。振动时间越长,对土和已打成桩的不利影响越严重。在软土地区施工时,应采取静压振拔技术。此外,对密实砂层和硬土层也不宜采用振动沉管成桩法。2.缩颈和断桩。在饱和软土中成桩,当采用连打作业时,新打桩对已打桩的影响主要表现为挤压,即把已打桩挤压成椭圆形或不规则形,甚至产生严重的缩颈和断桩。特别是在上部有较硬的土层或中间硬土层中的成桩,由于桩机的振动力较大,对已打桩的影响主要为振动破坏。若采用隔桩跳打工艺,此时已成桩结硬强度不高,在中间补打新桩时,已成桩有时会被震裂。为避免上述现象的出现,需要根据不同土质,在施工中选择合适的成桩顺序,并根据土层情况选用适当的施工工艺和设备。此外,提升沉管线速度太快也容易造成桩径偏小、缩颈或断桩。经过大量工程实践证明:拔管速率应控制在1.2～1.5m/min为宜。3.桩体强度不均匀。桩机卷扬系统提升沉管线速度太快时,要控制拔管速度。一般采用提升一段距离,停下留振一段时间,非留振时,速度太快可能导致缩颈甚至断桩。成桩后有时会出现桩的端部桩体水泥含量偏少、浮浆过多或混合料产生离析、桩体强度不均匀,这主要是因为提升沉管线速度太慢或留振时间过长引起的。因此,在施工过程中要将拔管速度控制在1.2～1.5m/min,且要保持速度均匀,同时还要控制好留振时间。(二)长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工质量问题和控制措施1.堵管。堵管是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺中常遇到的主要问题。它直接影响CFG桩的施工效率,增加工人劳动强度,还会造成材料浪费。特别是故障排除不畅时,使已搅拌的CFG桩混合料失水或结硬,增加了再次堵管的几率,给施工带来很多困难。一般情况下产生堵管的原因有以下几点:(1)混合料配合比不合理。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时,混合料的和易性不好,常会发生堵管。因此,要注意混合料的配合比,尤其要注意将粉煤灰掺量控制在70～90kg/m3的范围内,坍落度应控制在160～200mm之间。(2)混合料搅拌质量有缺陷。在CFG桩施工中,混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头最后到达钻杆管芯内。混合料在管线内借助水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线。坍落度太大的混合料,易产生泌水和离析,在泵压作用下,骨料与砂浆分离,摩擦力加强,导致堵管。坍落度太小,混合料在输送管路内流动性差,也容易造成堵管。(3)施工操作不当。钻孔进入土层预定标高后,开始泵送混合料,管内空气从排气阀排出。若提钻时间较迟,在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出,容易造成管路堵塞。(4)冬季施工措施不当。冬季施工时,混合料输送管及弯头均需作防冻保护;防冻措施不力,常常造成输送管或弯头处混合料的冻结,造成堵管。冬季施工时,有时要采用加热水的办法提高混合料的出口温度。此时要控制好水的温度,水温最好不要超过60℃,否则会造成混合料的早凝,产生堵管,影响混合料的强度。(5)设备缺陷。弯头曲率半径不合理也会造成堵管。弯头与钻杆不能垂直连接,否则也会造成堵管。混合料输送管要定期清洗,否则管路内因有混合料的结硬块,也会造成管路的堵塞。2.窜孔。在饱和粉土、粉细砂层中成桩经常会遇到这种情况,打完X号桩后,在施工相邻的Y桩时,发现未结硬的X号桩的桩顶突然下落,当Y号桩泵入混合料时,X号桩的桩顶开始回升,此种现象称为窜孔。发现窜孔的条件有如下三种:(1)被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂;(2)钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动;(3)土体受剪切扰动能量的积累,足以使土体发生液化。由于窜孔对成桩的质量产生严重影响,施工中应采取的预控措施有:(1)采取隔桩或隔排跳打方法;(2)设计人员根据工程实际情况,采用桩距较大的设计方案,避免打桩的剪切扰动;(3)减少在窜孔区域的打桩推进排数,减少对已打桩扰动能量的积累;(4)合理提高钻头钻进速度。(三)桩头空芯主要是施工过程中,排气阀不能正常工作所致。钻机钻孔时,管内充满空气,泵送混合料时,排气阀将空气排出,若排气阀堵塞不能正常将管内空气排出,就会导致桩体存气,形成空芯。为避免桩头空芯,施工中应经常检查排气阀的工作状态,发现堵塞及时清洗。(四)桩端不饱满这主要是因为施工中,先提钻后泵料所致。这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水浸入桩孔,影响CFG桩的桩端承载力。为杜绝这种情况,施工中前、后台工人应密切配合,保证提钻和泵料的施工同步完成。三、CFG桩的承载性能检测根据地基处理技术规范规定:1.当P-S曲线极限荷载来确定,其值不小于对应比例极限的2倍,可取比例极限作为承载力特征值;其值小于对应比例极限的2倍时,可取极限荷载的一半作为承载力特征值。2.当P-S曲线是平缓的光滑曲线时,可按相对变形值来确定承载力特征值,且该值不应大于最大加载压力的一半。对于CFG桩复合地基,当以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基,可取s/b(或s/d)等于0.008所对应的压力;当以粘性土、粉土为主的地基,可取s/b(或s/d)等于0.01所对应的压力为复合地基承载力特征值。按相对变形确定复合地基承载力特征值不大于最大加载压力的一半。实际工程中由平缓光滑的P-S曲线确定复合地基承载力容易发生如下错误:(1)只注意s/b(或s/d)等于0.01所对应的压力,而忽视了不应大于最大加载压力的一半的限制。如设P1为s/b=0.01所对应的压力,P2为最大加载压力,P3为最大加载压力的一半。取P1为复合地基承载力特征值是不妥的,应取P3。(2)只注意最大加载压力的一半,而忽视了s/b(或s/d)等于0.01所对应压力的限制。如上例,取P3为复合地基承载力特征值是不妥的,应取P1。四、结语1.CFG桩体的置换作用明显,复合地基承载力提高幅度较大,约在3倍以上。一般来说CFG桩的桩土应力比大都在20～50,远大于石灰桩的2.0～5.0和碎石桩的1.27～4.44。显示出CFG桩的桩体承载力效果优于石灰桩等柔性桩。2.明确了CFG桩的沉降和复合地基承载力的校核方法。3.CFG桩的环境效应十分明显,且地基处理效果令人满意。4.CFG桩具有更高的桩体模量和强度,且施工速度快。[参