客运专线软基处理CFG桩施工技术总结.doc

客运专线软基处理CFG桩施工技术总结

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[摘要] 近年来，由于铁路客运专线的高速发展，采用混凝土CFG桩对地基进行加固成为在软土地基上填筑路基的常用手段。笔者对目前本单位施工的客运专线CFG桩施工地段进行了调查研究，对CFG桩加固软基施工进行了总结，可为类似工程的CFG桩加固软基施工提供借鉴。

    摘要：近年来，由于铁路客运专线的高速发展，采用混凝土CFG桩对地基进行加固成为在软土地基上填筑路基的常用手段。笔者对目前本单位施工的客运专线CFG桩施工地段进行了调查研究，对CFG桩加固软基施工进行了总结，可为类似工程的CFG桩加固软基施工提供借鉴。
    关键词：软基处理 CFG桩 施工技术
    一、工程概况及施工要求
    研究范围内工程概况：共研究四处CFG桩加固软基地段，桩径均为0.5m，桩长4m～9.5m，桩间距1.6m、1.8m，正方形布置，总计数量29.5万延米。施工完毕后经自检及第三方检测，桩身完整性及复合地基承载力均达到设计要求。施工要求：桩长穿透软土至持力层，嵌入持力层深度不小于1.0m。桩体材料由碎石、石屑、粉煤灰、水泥配合而成，抗压强度不小于15Mpa。桩位允许偏差：纵横向50mm，垂直度偏差不大于1%。
    二、施工工艺
    常用的施工方法有振动沉管成桩、长螺旋管内泵压混凝土成桩两种。两种施工工艺特点对照见表1。

    1、试桩。在大面积展开施工前对所在工点进行试桩，通过试桩复核地质资料，确定各项施工参数。试桩结束，编写试桩工艺性报告，为大面积施工提供依据。试桩数量不少于2根。⑴试桩程序：报审试桩方案→工艺性试桩→检测。试桩注意事项：1）试桩在设计地质钻孔旁边或者重新进行了地质钻探，已探明了地层的地方进行，这样才能准确记录钻机进入持力层的电流大小。2）不同机型、不同持力层地层，钻头进入持力层的电流值大小均不一样，所以不同的机型在同一地段、同一机型在不同地段均要进行试桩，以确定进入持力层的电流值大小。(2)检测： 试桩结束28天后，全长钻取芯样，检测桩身混凝土密实度、强度、桩身直径、垂直度等，编写工艺性试验报告。
    2、工艺参数。(1)QB-60型振动沉管桩机。1）混凝土理论配和比：水泥(155Kg):粉煤灰(155Kg):碎石(1041Kg):砂(859Kg):外加剂(2.48Kg):水(150Kg)。2）坍落度:出机坍落度控制在60mm～80mm，入管坍落度控制在40mm～50mm。3）拔管速度：在一般土层中控制在1.2～1.5m/min，在软弱土层中控制在0.6～0.8m/min。4）混凝土灌注充盈系数：1.3～1.4。5）进入持力层电流值：110A。为减小对相邻桩的挤压，施工时采用跳排施工。(2)ZBL-800B型长螺旋钻机。1）混凝土理论配和比：水泥(204Kg):粉煤灰(136Kg)：碎石(1067Kg):砂(773Kg):外加剂(2.72Kg):水(160Kg)。2）混凝土坍落度:160mm～180mm。3）泵压混凝土充盈系数:1.2～1.3。施工时以流水顺序，向后依次退打。
    3、振动沉管桩机施工工艺。(1)施工前准备。平整场地、清除障碍物；测量放样，确定桩位准确位置，放样桩位后打入木桩或点白灰做标记；在桩机沉管表面标出明显的进尺标记，并根据桩长、沉管入土深度确定机架高度和沉管长度。(2)施工步骤。钻机按设计桩位就位，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%；根据试桩时确定的进入持力层的电流值来控制沉管深度。沉管过程中每1m记录电流表电流一次，并对土层变化处予以说明；拌合水泥、粉煤灰、砂、碎石等混合料，拌合时间为1～2min。向管内投放混凝土时，投放数量不应小于设计量，如果灌注混凝土不足，可以在拔管过程中向管内补给。遇到饱和砂土或饱和粉土层时，不得停机待料，以免造成混合料离析、桩身缩径、断桩和夹泥等。每拔管0.5～1.0m，留振5～10s，如此反复，直至桩管全部拔除。混凝土投放量与拔管速度相配合，边投放边拔管，保持连续灌注。机械移位，重复上述步骤进行施工。(3)注意事项。拔管速度在一般土层中控制在1.2～1.5m/min，在软弱土层中控制在0.6～0.8m/min，拔管过程中不允许反插。施工桩顶标高要高于设计标高50cm，桩顶浮浆厚度不超过20cm。钻机支撑脚经常会压在桩位旁，使原标定的桩位发生偏移，所以在进行下一根桩施工时，要根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位正确。
    4、长螺旋桩机施工工艺。(1)施工前准备工作。同振动沉管桩机。(2)施工步骤。钻机就位：钻机就位时用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，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%。钻进成孔:钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至地面，启动马达钻进。钻进时一般要先慢后快，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，及时纠正。在成孔过程中如果钻杆摇晃或难钻时，要放慢进尺，否则容易导致桩孔严重偏斜，甚至使钻杆、钻具扭断或损毁。泵送混凝土及提钻:钻头钻至设计标高后，停止钻进，开始泵送混凝土。长螺旋钻机混凝土坍落度控制在160～180mm，每盘料搅拌时间不小于60s。当钻杆芯管充满混凝土后开始拔管，混凝土泵送量要与拔管速度相配合，边灌注边提钻，保持连续灌注，均匀提升，做到钻头始终埋入混凝土内1m左右。严禁先提钻后泵送混凝土。机械移位，重复上述步骤进行施工。(3)注意事项。长螺旋钻机排出的土较多，经常将邻近的桩位覆盖，有些还会出现钻机支撑脚压在桩位旁，使原标定的桩位偏移。所以，在进行下一根桩施工时，要根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位正确。
    5、CFG桩进入持力层确定。振动沉管桩机主要是通过钻进过程中电流值的变化来判断是否进入了持力层。电流值在软土中较小且平稳，到达持力层时电流值较大且上升较快。钻头到达持力层时的电流值通过试桩确定。实际施工时按进入持力层的电流值来控制桩长，设计桩长仅做参考。长螺旋钻机在进入持力层时电流变化不明显，难以根据电流变化来判断是否进入了持力层。在施工时桩长按以下方法确定：钻进至设计深度取出土样，量出持力层顶面距地面的高度，再加上设计要求进入持力层的深度即为所需施工的桩长。施工中要经常验证桩长，以达到设计要求。
    6、过程控制要点。在施工过程中，严格控制振动沉管桩机的拔管速度，要始终保持均匀一致，并很好地控制留振时间，以免因混凝土产生离析，造成桩体强度不均匀。振动沉管桩机的振动力较大，成桩时必须采用跳排或跳桩施工，中间轮空的桩，要待周围桩混凝土强度达到施工图标示强度的60%以上，方可施打。采用这种施工方法可防止断桩、缩径等质量通病。密实砂层和较硬的土层，不宜选用振动沉管法成桩，以防振动挤密使土的结构产生破坏，密度减小，承载力降低。整个施工过程中，安排技术人员旁站监督，并作好施工原始记录，记录钻压电流值、孔深、单孔混凝土灌入量、堵管及处理措施等。
    7、质量检测。CFG桩施工完毕要进行检测，检测项目有：（1）桩位偏差、桩体有效直径、桩体混凝土强度等。（2）低应变检测桩身完整性。（3）复合地基承载力检测地基加固效果。研究范围内CFG桩加固地基后设计要求的复合地基承载力要达到198KPa、274.2KPa、307.9KPa三种，实际检测结果均能达到设计要求。低应变检测结果：Ⅰ类桩70%，其余为Ⅱ类桩，出现个别Ⅲ类桩，桩身完整性较好。
    三、施工过程中常见问题及预防措施
    1、振动沉管成桩常见问题及预防措施。(1)缩径。1）产生的主要原因分析：在地下水位以下或在饱和淤泥质土中振动沉管时，土受到强制扰动挤压，土中空气和水不能很快扩散，局部产生孔隙水压力，当套管拔出时，混凝土强度尚低，部分桩体受挤缩径。桩间距过小，施工时受邻桩挤压。拔管速度过快，混凝土来不及下落，而被泥土填充。混凝土过于干硬或和易性差，拔管时对混凝土产生摩擦力或管内混凝土量过少，混凝土出管的扩散性差，引起缩径。2）预防措施及处理方法：施工时每次向管内尽量多装混凝土，使其自重抵消桩身所受的孔隙水压力。一般使管内混凝土高于地面或地下水位1.0m～1.5m，使之有一定的扩散力。桩间距过小，采用跳打法施工。拔管速度不得大于0.8～1.0m/min。用和易性好的低流动性混凝土灌注。(2)断桩。1）产生的主要原因。拔管速度过快，混凝土尚未流出套管，周围的土迅速回填，形成断桩。在流态淤泥质土中，孔壁不能自持，灌注的混凝土密度大于流态淤泥质土密度，造成混凝土在该层中坍塌。桩中心距过小，打邻桩时受挤压断裂，或混凝土终凝不久，受振动和外力扰动断裂。2）预防措施及处理方法：采用跳打法施工。跳打要在相邻成型的桩达到施工图标示强度的60%以上进行。严格控制拔管速度，一般为1.0～1.5m/min；对于松散性和流态淤泥质土，不宜多振，要边振动边拔管。已出现断桩，采用复打法解决。(3)桩身夹泥。1）产生的主要原因：在饱和淤泥质土层中，拔管速度过快，混凝土骨料粒径过大，塌落度过小，混凝土还未流出管外，土即涌入桩身，造成桩身夹泥。2）预防措施及处理方法：控制拔管速度和混凝土骨料粒径，拔管速度以0.8～1.0m/min为宜；混凝土应拌制均匀，和易性好。
    2、长螺旋成桩常见问题及预防措施。(1)堵管。1）产生的主要原因：A、拌合料配合比不合理。当拌合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时，拌合料和易性不好，常发生堵管。B、拌合料拌制质量有缺陷。坍落度太大的拌合料，易产生泌水、离析，造成堵管现象发生。坍落度太小，拌合料在输送管内流动性差，也容易造成堵管。C、施工操作不当。2）预防措施及处理方法。混凝土配合比要注意细骨料和粉煤灰的掺加量，特别是注意粉煤灰掺量宜控制在120～140kg/m3左右。混凝土坍落度控制在160～200mm，若拌合料可泵性差，可适量掺入泵送剂。钻杆进入土层预定高程后，开始泵送混凝土，管内空气从排气阀排出，待钻杆芯管及输送管充满混凝土且呈连续体后，应及时提钻，保证混凝土在一定压力下灌筑成桩。
    3、Ⅲ类桩处理。CFG桩在进行低应变检测桩身完整性时，会出现个别的Ⅲ类桩，对此类Ⅲ类桩，采用以下方案处理。(1)接桩。对于断桩部位较浅的桩(1.5m内)，采用接桩的办法进行处理，具体做法:1）根据检测出的桩身缺陷深度，人工挖槽至桩身缺陷处。2）清理桩身表面，找出断桩部位，凿除上部混凝土，凿平桩头，并用水冲洗干净。3）对下部桩身进行低应变检测，检测下部桩身的完整性。4）如果下部桩身完整，即可立模浇注混凝土至桩顶。接桩混凝土强度比设计强度高一等级，采用C20混凝土，接桩直径比设计直径每侧各加大0.1m。5）混凝土浇注时，采用小型插入式振动棒振捣。接桩过程中要注意桩间土的保护，不得扰动相邻桩。6）混凝土强度达到60%以上时及时拆模回填土，回填时要对称夯填密实，注意减小对桩身的扰动。7）对整桩再次进行低应变检测，确认整桩的完整性。如果下部桩身不完整或接桩后不完整，此桩按报废处理，进行补桩。(2)补桩。如果断桩部位较深(大于1.5m)，则受场地及地下水的影响，开挖通常比较因难，这时采用补桩的方法解决。补桩时要注意不能破坏其它的桩。(3)Ⅲ类桩相邻桩的处理。出现Ⅲ类桩后，要加大检测频率，与此桩相邻的4个桩均要进行低应变检测，检测其完整性。如果相邻的4个桩中也出现了Ⅲ类桩，则同样采取上述的方法处理。

    四、结束语
    研究总结的CFG桩加固软土地段软土厚度相对较薄，桩长最长不超过10m。在沿海地带软土层厚地区，若采用CFG桩对软土地基加固，其工艺还须进一步研究提高，从而保证软基加固的质量。