CFG桩施工中常见的问题-质量控制措施及应注意的质量问题.doc

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CFG桩施工中常见的问题、质量控制措施及应注意的质量问题
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，与桩间土和褥垫层一起形成复合地基。CFG桩是针对碎石桩承载特性的一些不足加以改进发展起来的。和桩基相比，CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力，工程造价一般为桩基的1/3~1/2，经济效益和社会效益非常显著。由于CFG桩复合地基技术具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉的特点，目前已成为应用较为普遍的地基处理技术。
1 施工设备
长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机组成的完整的施工体系(图1)。其中长螺旋钻机是该工艺设备的核心部分。目前长螺旋钻机根据其成孔深度分为12m、16m、18m、24m和30m等机型，施工前应根据设计桩长确定施工所采用的设备。

图1 长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺流程图
2 施工中常见的问题及质量控制措施
2.1 堵 管
堵管是长螺旋钻管内泵压CFG桩成桩工艺常遇到的主要问题之一。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。产生堵管有如下几种原因：
2.1.1 混合料配合比不合理
细骨料和粉煤灰用量较少时，混合料和易性不好，常发生堵管。因此要注意混合料中配合比这两种材料的掺入量(配比)，特别是注意粉煤灰掺量宜控制在60~80kg·m-3。
2.1.2 混合料搅拌质量有缺陷
施工过程中混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头达到钻杆芯管内。混合料在管线内借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离通过管线。因此设计和搅拌的混合料必须确保混合料能顺利通过刚性管、高强柔性管、弯管和变径管，到达钻杆芯管内。
坍落度太大的混合料，易产生泌水、离析，在管线内水浮到上面。在泵压的作用下，水先流动，骨料与砂浆分离，摩擦力剧增，从而导致堵管。坍落度太小，混合料在输送管内流动性差，也容易造成堵管。施工时坍落度宜控制在16cm~20cm，若混合料可泵性差，可适量掺入泵送剂。
搅拌好的混合料通过溜槽注入到混凝土储料斗时，需经一定尺寸的过滤栅。有时过滤栅不起作用，可能将混入粗骨料中的大石块或片石漏入混土泵储料斗。泵送混合料时，大石块或片石可能在管线内或动力头内腔管处堵塞，造成堵管。
2.1.3 设备缺陷
弯头是连接钻杆与高强柔性管的重要部件，当泵送混合料时，弯头曲率半径以及弯头与钻杆的连接形式。对混合料的正常输送起着至关重要的作用。若弯头的曲率半径不合理，会发生堵管；输送管与钻杆垂直连接，也将发生堵管。正确的连接方式如图2所示。
混合料输送管无论是刚性管还是高强柔性管，若施工结束后清洗不彻底，管内易产生混合料硬块体，会妨碍润滑砂浆流动，造成堵管。此外，管接头不牢固，垫圈破损，导致水泥砂浆流失，也会造成堵管。

图2 正确的弯头连接示意图
1-底座；2-浮子；3-弹簧；4-杠杆；5-顶杆；6-平衡重；7-电磁阀；8-阀座；9-弯夹；10-膜片；11-远传压力表；12-压力显示器

有些生产厂家的钻机，钻头设计不合理，密封不严，在具有承压水的粉细砂中成桩时，承压水带着砂通过钻头间隙进入钻杆芯管。有时形成长达50cm的砂塞，泵入混合料后，砂塞堵住了钻头阀门，混合料无法下落，造成堵管。在高水头下，钻头阀门进水，泵入混合料后，使混合料离析，在钻头阀门处留下松散碎石，堵塞阀门，也无法保证混合料从阀门处下落。
2.1.4 冬期施工措施不当
在北方或高原寒冷地区等，冬季施工时，混合料输送管及弯头均需做防冻保护，一旦保温效果不好，常在输送管和弯头处造成混合料结冻，造成堵管。冬季施工经常采用加热水的办法来提高混合料的出口温度。通常是直接用火加热储水箱，水温不能很好控制，一旦水温过高，如超过60°以上，搅拌混合料时，会使混合料早凝，也产生堵管。
2.1.5 施工操作不当
钻杆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，待钻杆芯管及输送管内充满混合料，介质成连续体后，应及时提钻，保证混合料在一定压力下灌注成桩。若注满混合料后不及时提钻，混凝土泵一直泵送，在泵送压力下会使钻头处的水泥浆液挤出，同样可使钻头阀门处产生无水泥浆的干硬沙浆的混合料硬块，使管线堵塞，混合料不能下落。
2.2 窜 孔
在饱和粉土、粉细砂层中施工常遇到这种情况。打完1号桩后，接着打相邻的2号桩时，随着钻杆的钻进，发现已打完尚未结硬的1号桩桩顶突然下落，有时甚至达2m以上。当2号桩泵入混合料时，能使1号桩下降的桩顶开始回升。泵入2号桩的混合料足够多时，1号桩桩顶恢复到原标高。工程中称这种现象叫窜孔。实践表明，窜孔发生的条件为：
(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。
大量工程实例证实，当被加固土层中虽然有松散粉土、粉细砂，但没有地下水时，施工没有发现有过窜孔现象；被加固土层有松散粉土、粉细砂且有地下水，但桩距很大，每根桩成桩时间很短时，也很少发生窜孔；只有在桩距较小，桩的长度大，成桩时间长，成桩时一次移机施打周围桩数量过多时才发生窜孔。鉴于此，工程中常用如下的方法防止窜孔：
(1)对有窜孔可能的被加固地基尽量采取大桩距的设计方案。增大桩距目的在于减少打新桩时对已打桩的剪切扰动。
(2)改进钻头，提高钻进速度。
(3)减少在窜孔区域打桩推进排数，如将一次打4排改为2排或1排。尽快离开已打桩，减少对已打桩扰动能量的积累。
(4)必要时采用隔桩、隔排跳打方案，但跳打要求及时清除成桩时排出的弃土，否则会影响施工进度。
发生窜孔后一般采取如下方法处理：当混合料灌注到发生窜孔土层时，停止提钻，连续泵送混合料，直到窜孔桩混合料液面上升至原位为止。对采用上述方法处理的窜孔桩，需通过低应变检测或静载试验，进一步确定桩身的完整性和承载力是否受到影响，以满足设计要求。
2.3 钻头阀门打不开
施工过程中，发现有时钻孔到预定标高后，泵送混合料提钻时钻头阀门打不开，无法灌注成桩。阀门打不开一般有两个原因：
(1)钻头构造缺陷，如当钻头阀门盖板采用内嵌式时，有可能被砂粒、小卵石等卡住，导致阀门无法开启。
(2)当桩端落在透水性好、水头高的砂土或卵石
层中时，阀门外侧除了土侧向压力外，主要是水的侧压力。阀门内侧的混合料侧压力小于阀门外的侧压力，致使阀门打不开。当钻杆提升到某一高度后，侧压力逐渐减小，管内混合料侧压力不变，当管内侧压力大于管外侧压力时，阀门打开，混合料突然下落。
这种情况在施工中经常发生。阀门打不开多为这种情况。可采用改进阀门的结构形式或调整桩长，令桩端穿过砂土进入粘性土层的措施，来避免这一情况发生。
2.4 桩体上部存气
截桩头时，发现个别桩桩顶部存有空间不大的空心。主要是施工过程中，排气阀不能正常工作所致。
钻杆成孔钻进时，管内充满空气。钻孔到预定标高开始泵入混合料。此时要求排气阀能将管内空气排出。若排气阀被混合料浆液堵塞，不能正常工作，钻杆管内空气无法排出，就会导致桩体存气并形成空洞。
为杜绝桩体存气，必须保证排气阀正常工作施工时要经常检查排气阀是否发生堵塞，若发生堵塞必须及时采取措施加以清洗。
2.5 先提钻后泵料
有些施工单位施工时，当桩端达到设计标高后为了便于打开阀门，泵送混合料前将钻杆提拔30cm。这样操作存在下列问题：
(1)有可能使钻头上的土掉进桩孔；
(2)当桩端为饱和的砂卵石层时，提拔30cm易使水迅速填充该空间，泵送混合料后，混合料不足以使水立即全部排走，这样桩端处的混合料可能存在浆液与骨料分开现象。
这两种情况均会影响CFG桩的桩端承载力的发挥。
CFG桩应严格按照设计方案施工，遵守国家现行施工及验收规范的有关规定。
3施工中应注意的质量问题
3.1 减小施工扰动土的强度降低
CFG桩复合地基区别于桩基的主要特点就是：充分考虑利用桩间土的承载力，所以施工中应减小扰动土的强度降低。
3.2 控制成桩质量
CFG成桩质量问题主要有缩颈、断桩、桩体强度不均和不足。解决这些质量问题应从以下几方面着手：
3.2.1选择正确的打桩顺序
在饱和软土中成桩，宜采用隔桩跳打。
在饱和的松散粉土中施工则不宜采用隔桩跳打方案。
3.2.2 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拔管速率过慢会造成桩顶浮浆过多，桩身强度不均匀。正常的拔管速率应控制在112~115m/min。
3.2.3 正确的混凝土配合比
配合比应符合《粉煤灰在混凝土及砂浆中应用技术规程》中的规定。重点应控制坍落度，坍落度过大，桩顶浮浆过多，桩体强度也会降低坍落度控制在3~5cm，和易性好，成桩质量易控制
3.2.4 设置保护桩长
每根桩在加料时，要比设计桩长实际所需混凝土量多加0.5m桩长的混凝土，保证桩长除满足设计要求外，在桩顶多压0.5m桩长的混凝土。将沉管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混凝土加振3~5秒钟，提高桩顶混凝土的密实度。上部用土封顶，增大混凝土表面的高度即增加了自重压力，可提高混凝土抵抗周围土挤压的能力，避免新打桩导致已打桩受振动挤压，混凝土上涌使桩径缩小。在基础施工时再将保护桩长剔掉，确保成桩与设计标高一致
3.3 及时观测及时反馈
施工过程中要观测新打桩对未结硬的已打桩的影响，注意已打桩桩顶标高的变化，确定是否产生缩颈。观测新打桩对结硬的已打桩的影响，注意已打桩桩顶的位移情况。及时把观测结果反馈给施工管理人员，以便及时发现施工过程中的问题，及时解决问题，保证施工质量。