CFG桩复合地基施工工法

CFG桩复合地基施工工法1. 适用范围CFG桩复合地基处理技术应用广泛，适用于处理淤泥质黏土、软土和承载力在200kPa左右的较密实性土。 2. 工艺原理CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。3. 施工方法和操作要点CFG桩的施工方法按施工设备的不同主要有振动沉管和长螺旋钻管内泵压两种工艺。3.1 振动沉管CFG桩施工工艺3.1.1 施工设备施工设备为振动沉管机，分为DZ、DZKS、DZJ系列。其中DZ系列为普通垂头；DZKS系列又名中空锤，除具有普通DZ系列的功能外，中间有500mm的通孔，可以配合重锤或内夯管进行夯扩桩施工；DZJ系列可通过液压遥控调整偏心力矩，可在运转条件下，实现偏心力矩的调整。3.1.2 施工程序（1）施工准备施工前应具备下列资料和条件：建筑物场地工程地质勘察报告。CFG桩布桩图。图应注明桩位编号以和设计说明和施工说明。建筑场地邻近的高压电缆、地下管线、地下构筑物和障碍物等调查资料。建筑物场地的水准控制点和建筑物位置控制坐标等资料。具备“三通一平”条件。施工技术措施包括以下内容： 确定施工机具和配套设备。材料供应计划。标明所用材料的规格、技术要求和数量。试成孔应不少于两个，以复核地质资料以和设备、工艺是否适宜，核定选用的技术参数。按施工平面图放好桩位，若采用钢筋混凝土预制桩尖，需埋入地表以下30cm左右。确定施打顺序。复核测量基线、水准点和桩位、CFG桩的轴线定位点，检查施工现场所设的水准点是否会受施工影响。振动沉管机沉管表面应有明显的进尺标记，并以米为单位。3.1.3 CFG桩施工桩机进入现场，根据设计桩长、沉管入土深度确定机架高度和沉管长度，并进行设备组装。桩机就位，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%。启动马达沉管到预定标高，停机。沉管过程中做好记录，每沉1m记录电流表上的电流一次。并对土层变化处予以说明。停机后立即向管内投料，直到混合料与进料口齐平。混合料按设计配比经搅拌机加水拌合，拌合时间不得少于1min，如粉煤灰用量较多，搅拌时间还要适当放长。加水量按坍落度35cm控制，成桩后浮浆厚度以不超过20cm为宜。启动马达，留振510s，开始拔管，拔管速率一般以1.21.5m/min（拔管速度为线速度，不是平均速度），如遇淤泥或淤泥质土，须在拔管过程中空中投料，以保证成桩后桩顶标高达到设计要求。成桩后桩顶标高还应考虑计入保护桩长。沉管拔出地面，确认成桩符合设计要求后，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。施工过程中，抽样做混合料试块，一般一个台班做一组（3块），并测定28d抗压强度。3.1.4 施工中常见的几个问题（1）施工扰动土的强度降低振动沉管成桩工艺与土的性质具有密切关系，土的密实度对土的挤密性影响很大。密实的砂土或粉土会振松，松散的砂土或粉土可振密。（2）缩颈和断桩在饱和软土中成桩，桩机的振动力较小，当采用连打作业时，新打桩对已打桩的作用主要表现为挤压，即使得已打桩被挤成椭圆形或不规则形，严重的产生缩颈和断桩。在上部有较硬的土层或中间夹有硬土的土层中成桩，桩机的振动力较大，对已打桩的影响主要表现为振动破坏。采用隔桩跳打工艺，若已打桩结硬强度又不太高，在中间补打新桩时，已打桩有时被振裂。（3）桩体强度不均匀桩机卷扬系统提升沉管线速度太快时，为控制平均速度，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断桩。拔管太慢或留振时间过长，都会使得桩的端部桩体水泥含量较少，桩顶浮浆过多，而且混合料也容易产生离析，造成桩身强度不均匀。（4） 桩料与土的混合当采用活瓣桩靴成桩时，可能出现的问题是桩靴开口打开的宽度不够，混合料下落不充分，造成桩端与土接触不密实或桩端一段桩径较小。若采用反插办法，由于桩管垂直度很难保证，反插容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土等缺陷。3.2 长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺3.2.1 施工设备长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式搅拌机组成的完整的施工体系。其中长螺旋钻机是该工艺设备的核心部分。3.2.2 施工准备（1）材料CFG桩原材料包括砂、石、水泥、粉煤灰和外加剂，在进场前需确定原材料的种类、品质，并将原材料送至试验室进行化验和做混合料配合比试验。水泥：施工中多采用袋装42.5号普通硅酸盐水泥；卵石或碎石：粒径多采用825mm；砂：含泥量小于5%；粉煤灰：级、级粉煤灰；泵送剂。（2）施工现场施工前场地的降水、开挖、水、电等需满足CFG桩施工要求。降水CFG桩施工要求地下水位应降至基底标高下0.51m，确定降水深度时还应考虑集水坑等的深度。基坑开挖当CFG桩在基坑内施工时，基坑开挖需满足下列要求：A、开挖深度开挖深度应根据基底设计标高和保护土层厚度确定。开挖时，要求工作面平整，严禁超挖。B、开挖范围开挖范围需考虑CFG桩边桩和角桩施工时的工作面，工作面的确定取决于机身尺寸和工作特性。另外还需根据场地料场和搅拌机的布置情况，在基坑内预留混凝土泵的位置。C、坡道为方便施工机械进出坑底作业面，需在基坑适当的位置开挖一段坡道。坡道宽度、弯度和坡度需保证施工机械顺利进出基坑。坡道表面需做适当硬化处理。施工道路和料场通往坡道、料场的道路和料场的表面需做适当硬化处理，保证施工时道路平整、通畅。施工用水、电施工时需保证混合料搅拌的用水量，要求所用的水对CFG桩混合料没有腐蚀性。施工用电根据施工工艺所采用的设备用电的总容量确定。施放桩位在CFG桩施工前应根据设计图纸，确定建筑物的控制轴线，并将CFG桩的准确位置施放到CFG桩作业面上。施放的桩位应明显、易找、不易被破坏。（3）施工资料施工前应准备下列资料：工程地质勘察报告；建筑物场地邻近的高压电缆、地下管线、地下障碍物和构筑物的调查资料；地基处理方案；施工组织方案；CFG桩复合地基施工图；施工中各种记录、报审、报验表格。3.2.3 CFG桩施工（1）钻机就位CFG桩施工时，钻机就位后，应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子l%。（2）混合料搅拌混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确，上料顺序为：先装碎石或卵石，再加水泥、粉煤灰和外加刺，最后加砂，使水泥、粉煤灰和外加剂夹在砂、石之间，不易飞扬和粘附在筒壁上，也易于搅拌均匀。每盘料搅拌时间不应小于60s。混合料塌落度控制在1620cm。在泵送前混凝土泵料斗、搅拌机搅拌前应备好熟料。（3）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和地面时，启动马达钻进。一般应先慢后快，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便和时纠正。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。钻进的深度取决于设计桩长，当钻头到达设计桩长预定标高时，于动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制桩长的依据。正式施工时，当动力头底面到达标记处桩长即满足设计要隶。施工时还需考虑施工工作面的标高差异，作相应增减。在钻进过程中，当遇到圆砾层或卵石层时，会发现进尺明显变慢、机架出现轻微晃动。在有些工程，可根据这些特征来判定钻杆进人圆砾层或卵石层的深度。（4）灌注和拔管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，严禁先提管后泵料成桩的提拔速度宜控制在23m/min，成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。若施工中因其它原因不能连续灌注，须根据勘察报告和已掌握的施工场地的土质情况，避开饱和砂土、粉土层，不得在这些土层内停机。灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。（5）移机当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。施工时由于CFG桩排出的土较多，经常将临近的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。3.2.4 CFG桩施工中常见的问题和质量控制措施（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。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，混合料和易性不好，常发生堵管。因此混合料配合比要注意这两种材料的掺人量，特别是注意粉煤灰掺量宜控制在6080kg/m3。混合料搅拌质量有缺陷在CFG桩施工过程中，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。混合料在管线内是以圆柱体形状，借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线的。因此所设计和搅拌的混合料必须确保混合料圆柱体能顺利通过刚性管、高强柔性管、弯管和变径管而到达钻杆芯管内。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1620cm，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泵储料斗时，需经一定尺寸的过滤栅；有时过滤栅不起作用，可能将混入到粗骨料中的大块石或片石漏入混凝土泵储料斗，泵送混合料时，大块石或片石可能在管线内或动力头内腔管处堵塞，造成堵管。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，弯头曲率半径以和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；弯头与钻杆垂直连接，也将发生堵管。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，管内会产生混合料结硬块体，会妨碍润滑砂浆流动，以至造成堵管。此外，管接头不牢固，垫圈破损，也会导致水泥砂浆流失，造成堵管。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，待钻杆芯管和输送管充满混合料、介质是连续体后，应和时提钻，保证混合料在一定压力下灌注成桩。若注满混合料后不和时提钻，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少浆的混合料塞体，使管线堵塞，混合料不能下落。（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号桩泵人混合料时，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：被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂。钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动。土体受剪切扰动能量的积累，足以使土体发生液化。当被加固土层中虽然有松散粉土、粉细砂，但没有地下水，施工未发现有窜孔现象；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，也很少发生窜孔；只是在桩距较小，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，用如下的方法防止窜孔：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新打桩对已打桩的剪切扰动，避免不良影响。改进钻头，提高钻进速度。减少在窜孔区域打桩推进排数。尽快离开已打桩，减少对已打桩扰动能量的积累。必要时采用隔桩、隔排跳打方案，但跳打要求和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：当提钻灌注混合料到发生窜孔土层时，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其桩身完整性和承载力是否受到影响。（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：钻头构造缺陷，如当钻头阀门盖板采用内嵌式时，有可能有砂粒、小卵石等卡住，导致阀门无法开启。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，主要是水的侧压力很大。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。对这一问题，可采用改进阀门的结构型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。（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。（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：有可能使钻头上的土掉进桩孔。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。3.3 清土和CFG桩桩头处理3.3.1 弃土清运CFG桩施工工艺不同，其清土内容也不同。本节主要讲述长螺旋钻管内泵压CFG桩施工清土，对振动沉管CFG桩施工工艺可参考其中的保护土层清运部分。对长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺，清土包括CFG桩钻孔弃土清运和保护层清运两部分。在CFG桩施工中，由于采用排土成桩工艺，其排出的土量取决于桩长和桩间距。在施工中和时清运打桩弃土是保证CFG桩正常施工的一个重要环节，它可以减少施工中找桩位和设备就位的时间，提高工作效率。当场地土质在施工中存在窜孔时，和时清土便于施工监测，容易发现窜孔桩和采取措施；另外和时清运打桩弃土，场地内废弃的混合料强度较低，亦可减轻清运的难度。施工中可采用下述方法：（1）CFG桩施工完毕后在其混合料初凝后，人工将桩身保护桩长大部分挖除，或使其与桩身断开，一般留下30cm的保护桩长。（2）采用挖掘机清运弃土，挖掘机进入处理范围内禁止在打桩工作面行走，行走时还必须用打桩弃土在打桩工作面再铺行走垫层，其垫层到桩顶不得小于1m。（3）挖掘机工作时，须严格控制标高，防止挖断工程桩和扰动打桩工作面以下的保护土层。（4）运土车辆禁止进入处理范围内，由挖掘机将场地弃土倒至基坑边后，再装入运土车运走。打桩弃土清运完毕后，其下50cm的保护土层采用人工开挖，清除保护土层时不得扰动基底土，防止形成橡皮土。施工时严格控制标高，不得超挖，更不允许超挖后自行回填。3.3.2 桩头处理保护土层清除后即进行下一道工序，将桩顶设计标高以上桩头截断。截桩具体方法如下：（1）找出桩顶标高位置，在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎，用大锤同时击打，将桩头截断。严禁用钢钎向斜下方向击打或用一个钢钎单向击打桩身或虽双向击打但不同时，以致桩头承受定的弯矩，造成桩身断裂。最好用截桩机截桩。（2）桩头截断后，用钢钎、手锤将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高(桩顶标高允许偏差O20mm)。（3）如果在基槽开挖和剔除桩头时造成桩体断至桩顶设计标高以下则必须采取补救措施。假如断裂面距桩顶较近，可接桩至设计桩顶标高。注意在接桩头过程中保护好桩间土。4. 劳动力组织 表4-1 劳动力组织表（每台桩机）序号工 种人数备 注1混合料拌制4原材料计量和混合料拌制2钻孔2钻孔并检测钻孔深度3混合料下料24自卸车司机2运送混合料和弃土5装载机司机1原材料转移6挖机司机1清理弃土和作业面平整7机械维修1检查、维修机器5. 材料和设备5.1 主要材料 CFG桩主要材料有水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂、水。原材料必须符合设计和相关规范要求，水泥和粉煤灰必须有出厂合格证和质量证明书，水必须经复检合格后方可使用，避免对混合料有腐蚀性。5.2 主要设备表5.2-1 主要机具设备表序号机具设备名称数量备 注1挖掘机1台2装载机1台3自卸汽车2辆4搅拌机1台5CFG桩钻机1台6坍落度测定仪1套7测温装置1个8含气量测定仪1台9抗压试模30组15015015010全站仪1台11水准仪1台6. 安全与质量控制措施6.1 安全措施6.1.1 建立安全检查制度（1）定期安全检查项目经理部每月组织一次由有关部门参加的安全生产检查。查思想、查隐患、查安全知识掌握和制度执行情况，总结经验，和时推广，发现隐患和时采取措施整改，落实到人。（2）专业性安全检查由专业技术人员、安全技术人员和有实际操作和维修能力的工人参加，对某项专业的安全问题或者在施工中存在的普遍性安全问题进行单项检查。（3）经常性安全检查班组进行工前、工后岗位安全检查。各级安全员和安全值班人员日常进行巡回检查。各级管理人员在检查生产同时检查安全。（4）季节性和节假日前后安全检查针对气候特点可能给生产带来的危害而进行的安全检查。节假日前后防止职工纪律松懈、思想麻痹等进行的检查。施工现场各班组要经常进行自检、互检和交接检。由公司工程部向项目经理、项目安全负责人交底，项目安全负责人向施工主管和部门负责人交底，施工主管、部门负责人向施工班组交底。 6.1.2 施工用电安全措施 （1）施工用电必须有经批准的临时施工用电施工组织设计，现场用电按照设计进行。 （2）所有电力线路和用电设备，必须由持证电工安装，并负责日常检查和维修保养，其他人员不得私自乱接、拉电线。 （3）现场使用的用电线路，一律采用绝缘导线，移动线路必须使用胶皮电线，不得有裸露。导线要架空设置，以绝缘子固定，不得捆绑在脚手架上。 （4）在潮湿场所和容器、罐内作业时应使用24V 的安全电压做照明。 （5）室外的配电箱必须做防雨罩，并上锁，钥匙由值班电工统一管理。总配电箱和分配电箱均设漏电开关，开关箱内的漏电开关动作电流不大于30mA，所有用电设备均采用“一机一闸一漏电”。 （6）配电系统采用TN-S 接零保护系统，PE线截面不小于1/2 相线。所有出线电缆末端均做重复接地，接地电阻不大于10。电力设备的外壳和所有金属工作平台均与PE线相接。 6.1.3 施工机械安全措施 （1）施工现场机械设备的安装，应严格执行验收制度，并由持有操作证的人员操作，实行定机定人。 （2）各类施工机械的安全防护设施和安全措施，必须严格按照有关的安全技术规程配置，并保持齐全有效，严禁拆除机械设备上的各种安全防护设施。（3）所有施工现场的机械保管、修理，操作人员必须严格执行机械设备的保养规程和安全操作规程，必须严格执行设备定期保养制度、定期维修制度，做好机械设备的清洁、紧固、润滑、调整和防腐工作，严禁机械超负荷使用、带病运转和在作业中进行维修。 （4）所有机械设备必须在醒目处悬挂操作规程和注意事项。 6.2 质量控制措施（1）钻孔过程中钻机电流表如交替升降为正常，若发现电流持续高电流不下降而且钻杆摇晃或难钻时要放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移和钻杆、钻具损坏。（2）终孔要以设计桩长、钻至基岩面（钻机不在下降，并有上顶晃动现象为准）为原则，如与设计差别较大要上报监理提出变更。（3）钻机钻至设计标高时要上提10cm左右，保证钻机端部阀打开，灌混凝土畅通。（4）提钻时要严格控制拔管速度拔管，提拔钻杆要采用静止提拔，必须保持混凝土面始终高于钻头面，钻头低于混合料面20cm以上。确保钻杆内管和输送软、硬管内混合料连续；（5）施工中提钻与混合料供应必须密切配合，保证提钻和泵料的一致，未泵料不能进行拔管，以防断桩。（6）施工中应经常检查排气阀的工作状态，发现堵管和时清洗，以免成桩空心。（7）CFG桩桩顶必须按设计要求比设计要求高出50cm，以确保桩身有效桩长的强度。（8）要严格按配合比拌合混合料，坍落度要控制在160180mm之间。施工过程中坍落度的损失速度根据现场试验测试得出，并根据测试结果调整坍落度，避免因坍落度损失过快造成混合料堵管；（9）桩顶破除不能采用机械挖除，要人工用钢钎对称截除，以防破坏桩身，而且禁止重型机械在打完桩的上面调头，急转通行。