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CFG桩施工技术与质量控制讲解

发表于:2020-03-06  来源:中南大学土木建筑学院 浏览量: 79 次

关键词:CFG桩 施工技术 质量控制

 

水泥粉煤灰碎石桩,简称CFG桩,是由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合,用成桩机具制成的一种具有一定粘结强度的桩。由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。CFG桩有振动沉管灌注,长螺旋钻孔灌注,长螺旋钻孔、管内泵压混合料,泥浆护壁钻孔灌注四种成桩工艺。

CFG桩复合地基是目前应用最广泛,也是最有效的地基处理方法之一,具有造价经济、质量合理、工期较短的优势。在施工中,存在着地质条件、基础类型、结构类型、地基承载力和变形要求等各种原因,对桩身质量影响较大,出现了诸如桩端虚空、不饱满,桩身缩颈,断桩等各种质量问题,影响复合地基承载力。

一、CFG 桩施工工艺

施工工艺的选择是确保成桩质量关键的第一步,应综合考虑地基条件、加固要求、环境保护、工程造价等多方面因素。在CFG桩复合地基的施工工艺上,最主要有振动沉管法和长螺旋钻管内泵压CFG桩法两种。振动沉管法是目前应用最广泛的成桩工艺。具有工艺简单,工程造价低的优势,但受地质因素影响大,存在噪声污染。长螺旋管内泵料CFG钻机成桩工艺钻孔成桩一步到位(见图1),无噪声污染,成桩质量可靠,但工艺复杂,成本较高。

对淤泥质土层等无坚硬土层和密实砂层的地质条件,且远离城区或振动噪声混凝土限制不严格的地方,优先选用振动沉管法,施工效率高,造价相对较低。对于粘性土、密实砂土等穿透性要求较高的土层,以及对噪声混凝土和泥浆污染比较严格的地方,建议采用长螺旋管内泵料CFG钻机成桩工艺,先用长螺旋钻孔达到设计的预定深度,然后提升钻杆,同时用高压泵将混合料通过高压管道的长螺旋钻杆的内管压到孔内成桩,利用混凝土的自密性达到强度和桩身承载力要求。

对部分存在的夹有硬土层地质条件的地区,灵敏度和密实度较高的土,如采用振动沉管法,会破坏土的结构强度,密实度减小,使得承载力下降。宜采用长螺旋钻孔,再用振动沉管机制桩的组合,可有效避免振动对桩间土的结构破坏而导致的地基强度降低。

二、CFG桩施工工艺流程

CFG桩施工工艺流程见图2。

三、桩帽施工

在施工中,当单独使用CFG桩加固软弱地基时,应截桩头设桩帽,以提高桩的荷载分担,增强桩对地基承载力和减小地基沉降所发挥的作用。浇筑桩体时,桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m。截桩时,不得造成桩顶标高以下桩体断裂和扰动桩间土,只能采用切割或人工剔凿,不得采取动力扰动,如挖机等。

桩帽施工流程:人工开挖→清除CFG桩设计桩顶以上部分桩间土→截除桩顶设计标高以上桩头(图4)→模板安装→混凝土浇筑(见图5)。

图4 切断桩头

图5 切割后的桩头                   图6 桩帽浇筑完成

四、施工中的注意事项

以长螺旋管内泵料CFG钻机成桩工艺为例,在施工中注意以下事项:

1)了解场地工程地质条件和水文条件

根据土层特点,制定详细的施工组织计划,对钻头和活门的结构进行改进。钻头结构应考虑适应硬土层钻进的需要。

2)掌握机械设备的性能参数

了解混凝土泵的泵送速度和泵送效率,混凝土输送管的尺寸,钻机卷扬机的提升速度情况。

3)做好施工前的准备工作

施工人员的合理配备;施工现场各工序间的衔接和配合;施工现场和搅拌站间的协调;场地平整。

4)做好标识,确保成孔深度不小于设计桩长;同时还要考虑施工工作面的标高的差异,核对实测地面与设计原地面的差异,做相应增减。

5)保证混凝土的质量

除保证强度外,施工过程中应保证混凝土具有良好的和易性。

6)加强泵机与钻机司机间的配合,保证灌注过程中无提空现象。确保桩身不出现空洞、夹砂浆、夹泥断桩。严格执行标准化作业,先泵混凝土后拔管。拔管过程中始终保证钻头埋入混凝土,即始终保证钻杆内有混凝土。

7)控制好提拔钻杆时间

当钻孔达到预定的深度以后,开始泵送混凝土,待钻杆芯管及输送软、硬管内混凝土连续时开始提拔。禁止在泵送混凝土前提钻杆。要经常检查排气孔,确保泵送混凝土时畅通。

五、CFG桩复合地基的施工要求

1)施工时应按设计配合比配制混合料,在搅拌机中加水搅拌,加水量由混合料坍落度控制,长螺旋钻孔,管内泵压混合料成桩施工的坍落度为160mm~200mm,振动沉管灌注成桩的坍落度宜为30mm~50mm,振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超出200mm。

2)长螺旋钻孔,管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后,应准确掌握提拔钻杆的时间,混合料泵送量应与拔管速度相配合,以保证管内有一定高度的配合料,遇到饱和砂土或饱和粉土层,不得停泵待料,沉管灌注成桩施工拔管速度应按均匀线速度控制,拔管线速度应控制在1.2m/min~l.5m/min之间,如遇淤泥或淤泥质土,速度应尽可能放慢。

3)桩顶标高应超出设计桩顶标高不少于0.5m。施工中桩顶标高应高出设计桩顶标高,留有保护长度。成桩时桩顶不可能正好与设计标高完全一致,一般要高出桩顶设计标高一段长度,桩顶一般由于混合料自重压力小或由于浮浆的影响,靠桩顶一段桩体强度较差,同时已打桩尚未硬结时,施打新桩可能导致已打桩受到振动挤压,混合料上涌使桩缩小,增大混合料表面的高度即增加了自重压力,可提高抵抗周围土挤压的能力。

4)成桩过程中抽样作混合料试块,每台机械1d应做一组(3块)试块(边长为150mm的立方体),标准养护为28d,测定其立方体抗压强度。

5)沉管灌注成桩在施工过程中应观测新施工桩对已施工桩的影响,当发现桩断裂并脱开时,必须对工程桩逐桩静压,静压时间一般为3min,静压荷载为保证使断桩接起来为准。

6)复合地基的基坑可采用人工或机械、人工联合开挖。机械、人工联合开挖时,预留人工开挖厚度应由现场试开挖确定,以保证机械开挖造成桩的断裂部位不低于基础底面标高,且桩间土不受扰动。

7)褥垫层铺设宜采用静力压实法,当基础底面下桩间土的含水量较小时,也可采用动力压实法,褥垫夯实后的厚度与虚铺厚度的比值不得大于0.9。

8)复合地基检测必须在桩体强度满足试验荷载条件时进行,一般宜在施工结束14d~28d后进行。

9)复合地基承载力宜用单桩复合地基载荷试验确定,试验数量不应少于3个试验点,抽取总桩数的0.5%~1%,进行低应变动力检测桩身结构完整性。

10)施工中桩长允许偏差为100mm,桩径允许偏差为20mm,垂直度允许偏差为1%。对满堂布桩基础,桩位允许偏差为0.5倍桩径;对条形基础,垂直于轴线方向的桩位允许偏差为0.25倍桩径;顺轴线方向的桩位允许偏差为0.3倍桩径;对单排布桩桩位允许偏差不得大于60mm。

六、CFG 桩施工中存在的质量通病及控制措施

在施工中,由于各种因素的影响,主要存在的质量问题有缩颈、断桩、桩体强度不均和不足等。

1、桩身垂直度及桩位偏差(见图7)

主要原因:操作手未按技术交底进行作业;旁站人员未对桩机进行有效监控;技术交底未明确具体作业方式。 

图7 桩位偏差

控制方法:垂直度控制,在桩机悬挂双向垂球;旁站人员在桩机就位后进行实测,判定桩身的垂直度偏差是否满足规范或设计要求。

桩位偏差:施工前清除地下障碍,平整压实场地以防钻机偏斜;放桩位时认真仔细,严格控制误差。

桩机的水平度和垂直度在开钻前和钻进过程中注意检查复核。

2、短桩(见图8)

主要原因:标识不清;施工队伍偷工减料;旁站人员不足、控制不严,管理人员巡查不够。

控制方法:在桩机机身上做明确的长度标识,为方便夜间施工控制,需用反光材料进行标识;标识的最小刻度一般为50cm或25cm;增加必要的旁站人员,进行现场培训;分部和经理部管理人员加强巡视,特别是夜间施工的巡视。

图8 短桩

3、浅层断桩(见图9)

主要原因:上覆土清除时间、机械不妥;桩头破除方式不妥;褥垫层施工方法不当。

控制方法:在桩身强度达到设计强度的70%以上后,用小型挖掘机清除上覆土;建议电锯进行切桩头;褥垫层第一层施工时采用机械配合人工进行,大型机械不得进入地基处理区。

图9浅层断桩                                          图10 桩头疏松

4、桩头疏松(见图10)

主要原因:提管速度过快;混合料离析等;停灰面过低,未留相应的超灌长度。

控制方法:按作业指导书规定的提管速度严格控制;预留适当的超灌长度;加强对混合料搅拌、运输、浇筑过程的监控。

5、桩身离析(见图11)

主要原因:混合料工作性能不佳;提管速度过快;提管过程中,停止供混合料。

控制方法:加强对混合料搅拌、运输、浇筑过程的监控;根据混凝土泵的实际功效,确定合理的提管速度;提管过程中,严禁停泵。

图11 桩身离析

6、桩端未进入相应的持力层

主要原因:对瞬间电流控制目的不清,未按瞬间电流、桩长进行双控。

控制方法:细化作业指导书和技术交底,对现场旁站、技术、管理人员进行培训;做好电流桩长的相互控制和配合。

7、桩身混凝土收缩

桩身回缩是普遍现象,一般通过外加剂和超灌予以解决,施工中保证充盈系数大于1。

控制措施:桩顶至少超灌1.0m,并防止孔口土混入;选择减水效果好的减水剂。

七、CFG桩复合地基施工质量的控制措施

1、深入了解地质情况,选用合理的成桩工艺

严格按施工要求,在施工过程中,施工工艺对CFG桩复合地基的质量至关重要,不合理的施工工艺将造成重大的质量问题,甚至导致质量事故,而要选择确定合理的施工工艺必须深入了解地质情况。同时,CFG桩复合地基区别于桩基的主要特点就是CFG桩充分利用了桩间土的承载力,所以,施工过程中应尽量减少扰动原状土而引起土的强度降低。CFG桩成桩工艺中,选用哪一类成桩机和什么型号,与土的性质具有密切关系,要视工程的具体情况而定。

在施工准备阶段,应根据地质情况合理地选用施工机械,这是确保CFG桩复合地基施工质量的有效途径。选择好施工工艺后,要严格按要求施工,把握好施工要点和施工环节。在施工准备阶段确定施工方案时,设计好相应的技术和质量保证措施,做到心中有数。

2、采用正确的打桩顺序

1)在饱和软土中成桩,桩机的振动力较小,当采用连打作业时,由于饱和软土的特性,新打的桩将挤压已打桩,使已打桩被挤扁形成椭圆状或不规则形状,严重的产生缩颈和断桩。此时,应采用隔桩跳打施工方案

2)在饱和的松散粉土中施工,由于松散粉土振密效果好,桩体施工完后,土体密度会有显著增加。而且,打的桩越多,土的密度越大。在采用跳打方式打桩时,一是加大了沉管难度,二是非常容易造成已打桩断裂。此时,隔桩跳打方法不宜采用。

3)当满堂布桩时,不宜从四周转向内推进施工,宜从中心向外推进施工,或从一边向另一边推进施工。但仅凭打桩顺序的改变并不能完全避免新打桩的振动对已结硬桩体产生影响。此时,应采用螺旋钻孔的方案,避免新打桩的振动造成已打桩的断桩。

3、严格控制拔管速率

控制混合料泵送量与拔管速率相匹配,不得停泵待料。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、混合料离析和桩身强度不足等现象。因此施工时,应严格控制拔管速率,正常的拔管速率应控制在1.2m/min~1.5m/min,一般桩顶浮浆可控制在10cm左右。

4、控制好混合料的坍落度

大量工程实践表明,坍落度的大小对CFG桩施工质量影响非常显著。混合料坍落度过大,会形成桩顶浮浆过多,形成桩体的离析和泌水,桩体强度降低;坍落度过小会导致桩体材料流动性降低,频繁堵管。坍落度控制在 3cm~5cm时,和易性好,成桩质量容易控制。

5、设置保护桩长

每根桩在加料时,要比设计桩长多加0.5m桩长的混合料。用插入式振捣棒对桩顶混合料加振3s~5s,提高桩顶混合料密实度。上部基础施工时再将保护桩长剔除掉,确保成桩标高与设计标高一致。同时褥垫层铺设应保证在桩顶以下30mm~50mm,即桩体嵌入褥垫层30mm~50mm。褥垫层铺设宜采用静力压实法,当基础底面下桩间土的含水量较小时,也可采用动力夯实法。施工垂直度偏差不应大于1%,对满堂布桩基础,桩位偏差不应大于0.4倍桩径,对条形基础,桩位偏差不应大于0.25倍桩径,对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。

6、加强施工过程中的管理

加强施工过程中的监测和反馈,加强监测,及时发现问题,以便针对性地采取有效措施。重点应做好施工场地和已打桩桩顶标高观测,经纬仪跟踪进行桩轴线的控制,及时抽查浇筑质量,对承压水压力较高的场地钻探深井降低水压力,褥垫层施工前桩间浮土清除干净等监测工作。

八、CFG桩成桩检测

在CFG桩施工中,桩位、垂直度、有效直径的允许偏差应符合以下规定:桩长允许差不大于10cm;桩径允许差不大于2cm;垂直度允许差不大于1%;桩位允许偏差:

1)筏板基础满堂红布桩的基础不大于1/2D;

2)条基或独立基础:垂直轴线方向不大于1/4D,顺轴线方向不大于1/3D,单排布桩不得大于1/4D,且不得大于6cm。根据要求,成桩7d后及时进行低应变对桩身质量检测。检测前,应做好各项准备工作,从而保证检测工作有序、及时的进行。

检验主要包括CFG桩的数量、布局形式是否符合设计要求;CFG桩的桩身质量完整性应满足设计要求,检验桩总数的10%;处理后的复合地基承载力、变形模量能否满足设计要求及处理后的单桩承载力能否满足设计要求,采用平板载荷试验进行;桩头处理是否符合设计要求,桩头应平整,无破碎,干燥;排除基坑内积水等。

九、结语

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,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。CFG桩桩体材料可掺入工业废料粉煤灰、不配筋,具有非常显著的经济效益和社会效益。

CFG桩在施工过程中严格按照施工要求施工,并采取相应的质量控制措施:合理选择打桩顺序;准确定桩位;严格控制拔管速率及泵送量;控制好混合料的坍落度,避免中途堵泵;设置保护桩长;拔管过程避免反插;控制桩的垂直度;注意成品保护等。CFG桩的施工质量有了保证,可以减少不必要的建筑地基隐患,最大限度地保证广大人民群众的生命和财产安全。

 

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