贵广铁路CFG桩施工技术总结
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贵广铁路CFG桩复合加固地基施工技术总结
2011-05-31 16:09:53 来源：中华铁道网
随着铁路客运专线建设高潮的来临，CFG桩与褥垫层复合地基施工技术已在铁路客运专线路基工程处理软土地基施工中普遍使用。根据贵广铁路的现场实践和学习，总结出长螺旋成孔泵送混合料施工CFG桩施工技术和在施工过程中应重点控制的工艺、成桩质量控制措施。
[摘要]随着铁路客运专线建设高潮的来临，CFG桩与褥垫层复合地基施工技术已在铁路客运专线路基工程处理软土地基施工中普遍使用。根据贵广铁路的现场实践和学习，总结出长螺旋成孔泵送混合料施工CFG桩施工技术和在施工过程中应重点控制的工艺、成桩质量控制措施。
[关键词] 贵广铁路 复合地基 长螺旋钻孔 芯管泵压 施工技术
CFG桩复合地基是在碎石桩加固地基法的基础上发展起来的一种地基处理技术。由于CFG桩改善了碎石桩的刚性，使其不仅能很好地发挥全桩的侧阻作用，同时也能很好地发挥其端阻作用，有效的提高地基的承载力控制基础的沉降和不均匀沉降量。因此，在客运专线得以广泛采用。
CFG桩的主要材料为碎石、粉煤灰、水泥、及水，其中掺加粉煤灰可以明显增加桩体的后期强度。
CFG桩可用振动沉管机施工，也可用长螺旋钻机，选用哪一类成桩钻机和型号，要视工程的具体情况而定。对存在的夹有硬土层地质条件的地区，单纯使用振动沉管机施工，会造成对已打桩形成较大的振动，从而导致桩体被震裂或震断。对于灵敏度和密实度较高的土，振动会造成土的结构强度破坏，密实度减小，引起承载力下降，故不能简单使用振动沉管机，此时宜采用长螺旋钻机。长螺旋钻孔有效的避免了已打桩被震坏或扰动桩间土导致桩间土的结构破坏而引起复合地基的强度降低。所以，在施工准备阶段，必须详细了解地质情况，从而合理地选用施工机械。这是确保CFG桩复合地基质量的有效途径。
1.工程概况
DK567+767～DK583+952段路基范围内存在多段CFG桩复合地基加固工点，根据工点设计图统计，CFG桩主要集中在涵底、桥路过渡段及部分软基处理段内，管段路基范围内共有CFG桩约20.6万延米。桩径一般为0.5m，桩间距1.5－1.8m不等，呈正方形布置，并与非加固区设置不小于10m长的过渡段，横断面方向一般从线路中心至路堤坡脚外不少于1根。桩长必须穿透软土层（压缩层）至硬层，当硬层为土层、基岩的全风化层时到达无压缩层以下不小于1m，当硬层为强～弱风化层时到达基岩面。当加固区表层为较软的松软土、软黏土时，采用扩大桩帽，扩大桩帽宽1.0m，高0.6m,现浇C20混凝土。
2.CFG桩成桩工艺性试验
2.1成桩工艺：成桩采用长螺旋钻机钻孔，管内泵压混合料成桩，混凝土采用拌和站集中拌合，砼搅拌车运输。
2.2选用材料、配合比及砼供应：
水泥为广西华润水泥集团生产的华润牌P.O42.5水泥； 砂为贺州市寿峰砂场产桂岭江河砂；
碎石规格为5～31.5㎜；级配5～16㎜的占30%，16～31.5㎜的占70%； 粉煤灰为广东台山电厂的II级粉煤灰； 外加剂为山东华伟生产的聚羧酸类高效减水剂； 坍落度要求：泵送混合料控制在160～200mm；
混合料配合比为：水泥：河砂：碎石：水：粉煤灰：外加剂=1:4.84： 7.9:1.08:1.5:0.025；
搅拌时间为90～120s。 2.3试验方案
在DK577+550线路左侧路基坡脚线外采用YTZ-20型长螺旋钻机试桩四根，桩径0.5m，桩间距1.3m，正三角形布置，桩长至硬底以下1.0m。
CFG桩成桩工艺性试验桩位布置见下图：（尺寸单位以米计）：
2.4试验总结 2.4.1过程描述
⑴钻进时根据钻机的支撑臂、钻杆的稳定情况随时调整钻进速度，遵循先慢后快的原则，开始用1档钻进，进尺达到2～3m后用2档钻进，接近硬层时用1档钻进，进入硬岩时的电流由120A变为140A。
⑵灌注混合料
采用长螺旋管内泵压混合料施工。成孔至设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆芯管内充满混合料后开始拔管，钻杆采用静止提拔,成桩过程连续提拔。
⑶拔管速度及坍落度： 1#桩拔管速度控制在2.2m/min；4#桩拔管速度控制在2.0m/min；2#桩拔管速度控制在1.8m/min；3#桩拔管速度控制在1.7m/min。各种速度均可连续灌注。
现场检测坍落度分别在拌和站和施工现场进行，拌和站检测坍落度为200㎜，现场检测为160㎜和170㎜，桩顶超灌50～70cm，混凝土充盈系数1.20。
⑷地质复核：试桩之前采用静力触探仪进行复核，地质情况与设计基本吻合。 ⑸对7天后的混凝土试件进行抗压强度试压：
CFG桩混合料强度：现场制作混合料标准立方体试件3组，经试压一组7天抗压强度为27.3 Mpa，达到设计强度(20 Mpa)的136%，满足设计要求。
⑹桩身完整性检测：
CFG桩桩身完整性采用低应变动力试验检测，检测工作由铁正中心实验室承担，经检测4根桩全部为I类完整桩。
2.4.2试桩结论
⑴选用的机械设备类型、配备合理，确定了施工设备。采用长螺旋钻成孔管内泵压混合料灌注的施工工艺、施工方法成桩速度快、质量好，适合该地区地质条件的CFG桩施工，确定了施工工艺及施工方法。
⑵确定了混合料原材料和试验配合比是正确的。混合料的各种材料技术指标均满足规范要求，采用试验配合比的抗压强度满足设计要求。
⑶确定了相关参数。采用该套施工设备、施工人员施工时，泵送混合料配合比的坍落度控制在160～200mm；混合料搅拌时间控制在90～120s；拔管速度控制在2.2m/min。
⑷桩顶超灌不小于50cm，用湿粘性土封顶。
⑸施工顺序按成排顺序施工，成桩后不允许机械扰动。
⑹CFG桩成桩7天后，先找出桩顶设计标高，然后人工用钢钎等将多余桩头凿除，凿除后桩头表面平整，桩长不短于设计值。
3.CFG桩工程施工工艺及方法 3.1长螺旋钻机施工工艺流程
CFG桩施工工艺流程图
3.2施工前的准备工作
3.2.1施工设计图纸及有关施工资料到位后，组织技术人员进行图纸复核，组织相关人员培训、学习相关技术规范及设计文件，做好施工前的技术准备工作。
3.2.2施工前做好地质核对工作，采用静力触探对地质进行复核，确定地质条件是否与设计相符。根据施工图，对施工人员进行技术交底，要求施工过程要严格按照工艺性试验确定的机具、工艺及各项参数施工。
3.2.3施工前应完成所有的原材料取样、试验等工作，保证所有的材料都是合格品。 3.3长螺旋钻机人员配备：
每班组有普工4人、钻机操作手1人、修理工及电工各1人、技术负责人1人、现场施工记录人员1人、试验人员1人、现场工班长1人、测量人员1人，计12人。
3.4方法及过程
⑴场地平整，当地基表层有淤泥或软弱层时，要挖除到位并按设计要求换填合适的填料，压实后地基压实系数K≥0.9后方可进行CFG桩施工。施工前放出施工桩位，桩位中心点用竹签插入地下，并用白灰明示。
⑵钻机就位：钻机就位后，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％。采用在钻架上挂垂球的方法，在钻架上刻上明显的对照位置线，每根桩施工前都有专门的人员进行桩位对中及垂直度检查，满足要求后，方可开钻。 ⑶混合料搅拌：混合料搅拌按配合比进行配料。每盘料搅拌时间按照普通混凝土的搅拌时间进行控制，控制在90～120s，塌落度控制在160mm～180mm。
⑷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，启动电机钻进。先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。在成孔过程中，发现钻杆摇晃或难钻时，放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移及钻杆、钻具损坏。根据钻机塔身上的进尺标记，成孔到达设计标高时，停止钻进。
为保证CFG桩的施工质量，加强工程地质复核，在该区域范围内第一个孔进行地质复核，作为本区域CFG桩施工的依据。在钻进时，记录每米电流变化并记录电流突变位置的电流值，作为地质复核情况的参考。
⑸灌注及拔管：钻孔至设计标高后，停止钻进，开始混合料灌注，钻杆芯管充满混合料后开始拔管，施工桩顶高程须高出设计高程50cm，每根桩的投料量应不少于设计灌注量，灌注成桩完成后，桩顶盖土封顶予以保护。
在灌注混合料时，对于混合料的控制采用记录泵压次数的办法，对于同一种型号的输送泵每次输送量是一个固定值，根据泵压次数来计量混合料的投料量。
灌注时采用静止提拔钻杆，拔管速度控制在2～3m/min。
⑹移机：上一根桩施工完毕，钻机头进行保护，移位，进行下一根桩的施工。
4.CFG桩成桩质量控制要点
CFG桩质量控制的主要对象是：桩位、桩数、桩径、有效桩长、钻杆垂直度、桩底是否到持力层等指标，现场管理和监控要点如下：
⑴测量桩位前应对施工现场原始地面标高进行抄平测量，并用平地机平整碾压后放出各桩的准确位置，将线路纵坡、横坡考虑在内后，原地面标高控制在±5cm以内。施工桩顶高程控制在高于设计垫层底标高30cm处。将施工区域进行划分，并将各桩进行编号，定机定人进行管理。
⑵布桩时，CFG桩的数量、布置形式及间距必须严格按设计要求。并遵循从中心向外推进施工，或从一边向另一边推进施工的原则。不宜从四周转向内推进施工。
⑶对进场施工的所有长螺旋钻机在开钻前应由施工技术人员对标尺、刻画进行复核，消除标识误差。尤其是钻机初始标识要指定专人进行复查。使用反差大的反光贴条每0.5米进行标识，粘贴在钻机导向架上，利于夜间记录人员识别读数。
⑷现场管理人员每根桩都要根据桩机上的垂球测定导向架垂直度，以保证桩身垂直度不大于1%，确保桩体的正常受力。 ⑸长螺旋钻施工。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。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。
⑹判断钻头是否到了持力层一般有两种方法：一是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120～130安，当钻头遇到持力层时，瞬间的电流将增大到160安以上，同时电压下降。此时，应判定钻头已达到持力层。二是在钻机旁直观观察。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, 加固深度应穿透软弱土层（压缩层）以下不小于1.0m。
⑺CFG桩成桩过程由现场值班人员指挥，桩机操作手和地泵操作手密切配合，按照先泵料后拔管的原则，严禁先拔管后泵料。严格控制拔管速率。拔管速率太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不匀，桩顶浮浆过多，桩身强度不足和形成混和料离析现象，导致桩身强度不足。整个施工过程中，应安排质检人员旁站监督，并作好施工原始记录。记录的内容主要有桩号、钻孔深度、瞬间电流值、孔深、拔管速度、单孔混合料灌入量、堵管及处理措施等。
⑻桩体质量检验应在成桩28天后进行，采用低应变动力试验检测CFG桩桩身完整性；采用复合地基载荷试验检测复合地基承载力。清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土，开挖时不得采用机械大面积开挖。CFG桩桩身混合料28天龄期标准立方体抗压强度不小于20Mpa。
⑼增加入岩程度是控制单桩承载力的最好措施，对嵌岩桩一定要在砼带压灌注一定量后才可以提钻，以保证桩底嵌固良好。在粘土层中钻孔时要加快进展速度，以防螺旋钻的离心作用在钻孔壁上造成泥皮而降低桩摩阻力。增强泵送时孔内压力，加大砼的充盈性。
5.成品保护
5.1 CFG桩施工完毕，待桩基达到一定强度（一般3-7天）后可进行开槽。 5.2土方开挖时不可对设计桩顶标高以下的桩体产主损害，尽量避免扰动桩间土。 5.3剔除桩头时先找出桩顶标高位置，用钢钎等工具沿桩周向桩心逐次剔除多余的桩头，直到设计桩顶标高，并把桩顶找平，不可用重锤或重物横向击打桩体，桩头剔至设计标高处，桩顶表面不可出现斜平面。
6.技术经济指标
CFG桩桩长可以从几米到二十多米，并且可全桩长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40％ ～ 75％之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大并具有很大的可调性。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础联接，保证桩间土始终参与工作，与传统的桩基相比，对于提高整体路基的刚度大大优于其他桩基且施工进度较快，桩体砼利用粉煤灰做为掺合料，提高了砼的耐腐性，大大降低了工程造价，CFG桩用来加固地基是一种行之有效的方法。（作者为：中铁十四局二公司 赵光强）
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