CFG桩设计及施工方案、工法

CFG桩处理深厚软土地基施工工法一、前言在温(州）福（州）新建时速200公里客货共线铁路设计中，遇到路堤须填筑在典型的海积滩涂溺谷相沉积淤泥层地基上,该淤泥层厚度深且含水量高、孔隙率高、压缩性高、强度低，淤泥层多粘土、粗砂等夹层。下卧层横纵向起伏变化大.为满足新建时速200公里客货共线铁路路基的技术要求,须对深厚层软土地基进行处理。 经过比选,我们对软土层厚度小于25米的软土地基采用了CFG桩进行处理，经总结形成本工法。用CFG桩处理深厚软土地基,其原理是:CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称（即cement fIying-ash gravel pile).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，与桩顶上铺设的土工格栅和褥垫层形成“桩-网结构，让上部荷载均匀地传递到持力层，并且桩间土参与工作,提高地基承载力，以满足地基承载力要求,有效控制工后沉降.本工法在2005年温福铁路软土地基试验段首次应用。二、工法特点1、 本工法解决了对路基下深厚软土地基进行处理的难题.2、 工艺较简单,操作方便,施工进度较快，质量能够保证。3、 工程造价较低。三、适用范围本工法适用于25米以内深厚软土地基的处理。四、施工工艺（一）静压沉管灌注桩工艺流程图测量放线并复核场地布置，按装桩机等设备原材料进场、检验混合料搅拌桩尖预制与埋设桩机桩位对中确认施工顺序沉管至设计标高试桩确定工艺参数和终孔条件检查灌注混合料至预定标高边拔管边投混合料移至下一根桩铺设工作垫层分区与编号（二）施工准备施工场地达到“三通一平”，在路基打桩区域及两侧3米范围内铺设0。81m厚碎石工作垫层（粒径305cm）。打桩作业场地周围设置排水沟。施工范围内的地上、地下障碍物、管线要清理或改移完毕。根据设计桩长，确定桩机的机架高度和沉管的有效长度，桩机的机架高度和沉管的有效长度在配置时应比设计桩长高出6米。桩机有效荷载的标定为确保试桩一次成功，桩底进入持力层长度满足设计要求，在试桩前应对已配重桩机沉管处的抬架支撑力反力进行计算和标定，以确保桩机进入持力层抬架时沉管处的支撑反力不小于单桩设计承载力的2倍。在桩机机架上画出以米为单位的长度标记，以便压入沉管时观察、记录沉管的入土深度.编制CFG桩施工方案（包括区域划分、确定桩顶标高和打桩顺序）并经审批，对操作人员进行技术交底。进行试桩，通过试桩确定桩机配重、提管速度、保护桩长、混凝土坍落度等施工参数和终孔条件。试桩不少于3根。测放桩位并做好标识。对材料进行复试、试配。（三）桩尖的预制与埋设由于桩尖外形特殊，一般采用钢模结合地模进行预制。桩尖的锥体部分埋入地模,柱体部分外露采用钢模,以便桩尖脱膜时地模免受破坏。为提高桩尖预制进度，一般要在桩尖混凝土内掺入早强剂。当桩尖达到设计强度后,方可采取小型挖掘机配合人工按技术放样位置进行埋设。桩尖应埋入地表下300mm左右，平面位置偏差控制在50mm之内。(四)桩机进场根据设计桩长、沉管入土深度确定机架高度、沉管长度和标定的配重进行设备组装。（五） 桩机就位桩机就位必须平整、稳固。待桩机就位后，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%.（六） 沉管桩机就位后， 扣准埋设好的预制桩尖开始沉管,沉管过程中注意调整桩机的稳定,严禁倾斜和错位。待沉管至设计标高并抬架时应开动马达,原地留振不小于10s(采用中间夹层作为持力层时根据设计要求和现场试验,为避免桩尖穿透持力层可不作留振要求），以确保桩尖进入持力层不小于桩径的1.5倍。沉管过程中做好记录。 （七）材料要求及混合料搅拌水泥采用强度等级为32.5级的普通硅酸盐水泥,水泥进场时应有出厂合格证并有现场见证抽验报告。粉煤灰一般采用细度不大于25的级或级以上的粉煤灰，粉煤灰进场时同样要求必须有合格证并有现场见证试验报告。粉煤灰具有一定的抗腐蚀能力。碎石粒径采用2040mm级配，其含泥量不大于3且符合国家现行标准。普通混凝土用碎石或卵石质量标准检验方法JGJ53的规定。石屑一般采用粒径2。520mm含泥量不大于5%，细模度符合中砂要求.当石屑缺少时,可采用中砂或粗砂代替石屑.为控制成桩后桩顶浮浆厚度不超过200mm，混凝土的坍落度应控制在3050mm之内。混合料应严格计量，强制搅拌，每盘混合料的搅拌时间不得小于1 min。（七） 投料终孔后须尽快用料斗进行空中投料,直到管内混合料面与钢管料口平齐，如上料量不够，须在拔管过程中补充投料，以保证成桩桩顶标高满足设计要求。 （八）拔管 投料后即可进行拔管， 拔管时速度一般控制在0。81。0 m/min，边振动边拔管， 拔管速度保持均匀一致，在拔管过程中不允许反插。 （九）封顶 当桩管拔出地面，确认桩符合设计要求后，其上部可用粒状材料或粘土进行封顶并做好标记。此时应注意，封顶的顶面标高应加上保护桩长的高度。(注:保护桩长是指成桩时预先设定加长的一段桩长，一般取5070cm，扩大桩头施工时将其剔掉，以确保顶部桩体质量。）(十)砍桩头桩身达到龄期后，在确定桩顶标高施工扩大桩头前，应先凿除桩体保护桩长至扩大桩头底部标高。砍桩头前桩周工作垫层碎石土为避免机械扰动造成断桩宜采用人工进行开挖。砍桩头可采用风稿自上而下凿除混凝土至指定标高，也可用錾子对称截桩至指定标高.（十一）接桩当CFG桩在凿除浮浆后或由于浅部断桩（1。5m之内，超过1.5m接桩开桩土体可能回导致相邻CFG桩断桩）造成桩体顶面标高低于扩大桩头底面标高时，应采用强度高出桩身一级的混凝土进行接桩。接桩部分的桩径应比设计桩径大20cm，与既有桩体的咬结长度不小于20cm，如下图。 五、机具设备我们采用浙江平阳成套设备机械总厂生产的ZJK系列静压夯扩桩机,它由ZJ型静压桩架和DZK型双电机中孔型振动棰的组合，其性能大大优越于一般振动打桩机。同时还配备D40型和BDH-15型桩锤，锤头重量分别为9.25t和10t。DZK动锤和穿心锤的主要技术参数见表1.DZK动锤和穿心锤的主要技术参数表表1 型号DZK40YDZK50YDZK60Y技术参数振动锤落锤振动锤落锤振动锤落锤静偏心力距 NM206.6239.6343偏心块轴转速 rpm960960960静振力 KN212.8246.9343空载振幅 mm5。56。O6.O重量 kg500020005300250053003000落锤高压 m444冲击能量 KN.m78。4117.6117。6允许拔柱力 KN（tf)490(50）800（80）800（8O）电机功率 KW18。52222302电源100m内KVA125150200200m内KVA150200250每台打桩机还配置搅拌机一台、电焊机一台。 此外，还需配置一台小型挖掘机，配合人工埋设预制桩尖,以提高工效。六、劳动组织每台打桩机可配备机组长（指挥者）1人、打桩机操作1人、后台拌料4人、前台运料3人，共9人组成打桩机组。一个工地可根据需要进多台打桩机。此外， 整个施工段设测量定位3人、埋设桩尖3人。另，砍桩头和接桩、制作扩大头可根据具体情况进行安排.七、质量要求1 严格过程控制：定位偏差、垂直度要求符合规范，严格按施工参数：配合比、塌落度、终孔条件、拔管速度施工.2 做好检测和测试工作。3 为避免出现CFG桩断桩率较高的质量通病，采取以下措施:（1） 采用片石、碎石工作垫层的石块粒径不大于30cm.（2） 由于设计满堂布桩且间距较小,一般采取连打跳排的施打工序。且施工新桩时与已打邻桩的间隔时间不应小于7d,必要时可在混合料内掺入缓凝早强剂.（3） 桩时应从路基中间向四周推进施工。八、安全环保措施1 进行全员安全意识教育。2 工人进入工地必须戴安全帽、穿工作服和胶鞋。3 焊作业时工人必须使用防护面罩，戴防护手套，穿绝缘鞋。4 高空作业必须佩带安全带。5 雨天不宜进行打桩施工,施工时必须穿雨衣，绝缘雨鞋。暴雨及台风天气要暂停施工。6 施工现场的所有电源、电路、电器的设置、安装必须遵守施工现场临时用电安全技术规范（JGJ4688）的规定.7 打桩机操作人员、专业电工、电焊工必须持証上岗，并严格遵守安全技术操作规程.8 易以于引起粉尘的细料或松散料用帆布、盖套等覆盖.9 施工废水不直接排放。 九、效益分析1 应用CFG桩对深厚软土地基进行处理，在铁路路基施工中尚属首次， 它的成功实施为在我国沿海海积滩涂地段修筑时速200公里客货共线铁路提供了可行经验，为温福铁路全线对25米以内深厚软土地基的处理中如何进行CFG桩的施工提供了指导性意见.2 CFG桩造价低，不到预应力管桩造价的二分之一，具有明显的经济效益。十、 工程实例2005年，中铁24局在温福铁路DK275+000DK275+090试验段及DK118+550DK118840应用CFG桩对软土（淤泥）层厚度小于25米的软土地基进行处理，路基填筑完成后两个月，测得的桩顶最大沉降量为57 mm,说明应用CFG桩处理深厚软土地基是十分有效的.