论路基基底进行加固处理中CFG桩施工技术
2015-06-03
1工程概况
DK1771+270.34～DK1771+420.62段位于岩溶发育区，地表有13～21m厚的红黏土，路基采用CFG桩加固，桩径0.5m；桩间距1.3～2.0m，正三角形布置，桩长8～15.8m，桩顶设0.6m厚的碎石垫层，中间铺一层抗拉力≮80KN的土工格栅。根据工点的地质条件、业主要求以及长螺旋钻机施工有成桩速度快，低噪音，无振动、对桩间土扰动小等优点，本段CFG桩施工全部采用长螺旋芯管泵送混合料灌注成桩的施工方法。
2施工方案
2.1目的
对路基基底进行加固处理，提高基底承载力，使其满足客运专线路基在工后沉降和稳定方面的要求，为顺利铺设无碴轨道打下坚实的基础。
2.2施工设备
长螺旋钻机管内泵压混凝土成桩，是由长螺旋钻机、混凝土泵、混凝土搅拌站、混凝土运输车组成完整的施工体系，长螺旋钻机是该工艺的核心部分。本段采用YTZ20型号的长螺旋钻机一台。YTZ20长螺旋钻机采用前置式操纵室，视野开阔，便于操作，且钻塔可折叠不需拆卸，整机移位方便，现场组装亦方便快捷，可有效提高施工效率。
YTZ20主要性能参数表
2.3劳力布置
每台长螺旋钻机配领工员、技术员、司机、电工各一名，普工两名。领工员负责指挥协调各工序操作，控制施工质量，技术员提供技术服务并负责施工记录、兼质量检查员工作，钻机司机操作长螺旋钻机，电工负责电器设备的安装和安全使用，普工负责对点、连接和移动输送管。
2.4施工准备
①地质勘察完毕、施工图纸、施工组织设计已齐全。
②施工场地范围内的地面、地下障碍物均已排除或处理。场地已平整，对影响施工机械运行的松软场地已进行平整压实，压实系数＞0.9，并有排水措施。
③施工用水、电、道路及临时设施均已就绪。
④现场已设置测量基准线、水准基点，并妥加保护。
⑤施工前进行了成桩工艺性试验，数量为4根，确定了工艺参数（混合料配合比、坍落度、拌和时间、钻进速度、钻进时电流值、提升速度、混凝土灌注速度、灌注量等）。灌注混合料时提管速度2～3m/min；每根桩的钻进时间为8～12min，成桩时间为5～8min，移位时间为5～10min。
2.5施工工艺
CFG桩施工工艺流程：平整场地→测量放线→桩机对位→长螺旋钻进→停钻→泵料→泵料拔芯管→转移钻机→检测→下道工序。
①利用全站仪和钢尺根据桩位布置图放出轴线控制桩和CFG桩位，用一定直径和深度的白灰点或钉下竹钎来表示桩位。
②钻机对位。在机架或钻杆上设置标尺，以便控制和记录孔深。就位后利用轴线桩校正好钻杆的位置、应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆。下放钻杆，使钻头对准桩位点，调整钻杆垂直度，确保钻杆垂直度的偏差不大于1%，然后启动钻机钻孔，达到设计深度后空转清土，在灌注前不得提钻。
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及地面时,启动电机,将钻杆旋转下沉至设计标高。成孔时应先慢后快,这样能避免钻杆摇晃，也能及时检查并纠正钻杆偏位的差值。钻进过程中，如果进尺明显变慢，机架出现轻微晃动，与设计标高、前期地质勘察结果相比较,如果相符则可以停钻。
④灌注及拔管。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,严禁先拔管后泵料。混凝土泵的泵送量与钻机的提拔速度匹配是CFG桩施工的关键核心。钻机提拔速度宜控制在2～3m/min,根据提拔速度进行泵送量的匹配，严禁产生超拔。搅拌站提供混凝土时，中间可停止提钻等待搅拌机拌制混凝土，但等待时间应远小于混凝土的初凝时间。若出现等待时间大于初凝时间的情况，则应重新钻孔成桩。
⑤移机。当一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。由于施工时排出的土较多，易将临近的桩位覆盖；钻机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，应根据轴线或周围桩的位置对需施工桩的桩位进行复核，保证桩位准确。
⑥清土及截桩头
检测结果显示，99%的Ⅲ类桩是在清理桩间土及截桩头的过程中产生，施工中我们采用了两种不同的方法清理桩间土及处理桩头。
a.桩间土的清除
第一种是在桩身达到设计强度后，利用小型挖机配合手推车清理桩间土。第二种是在CFG桩灌注完毕后，人工利用小推车将桩间土及桩头混合料同时清除，即采取软截除的办法进行桩头的处理。第一种方法适用于桩间距较大的地段，第二种方法适用于桩间距较小地段。
b.桩头处理
第一种是人工进行凿除，第二种是采用截桩机从四周水平切割完毕后，在切割位置按同一角度对称放置2个或4个刚钎，用大锤同时击打，将桩头截断。
人工凿除对桩本体产生较大的拢动且桩头表面凹凸不平，须用小型砼打磨机进行抛光后，才能进行低应变的检测；机械切割后桩头表面平整，可直接进行低应变的检测。通过对比我们选择了机械切割的方法进行桩头的处理。
3CFG桩效果检查及验证
客运专线路基验标规定CFG桩桩身质量、完整性采用低应变方法检测，检验数量或频次为：总桩数的10％，按复合地基设计时，采用平板载荷试验方法检测，检验数量或频次为总桩数的2‰，且每检验批不少于3根。
3.1低应变检测
将第一批施工的CFG桩前300根进行了全部检测，共有11根Ⅲ类桩，其余均为Ⅰ和Ⅱ类桩，Ⅲ类桩均为在清理桩间土及截桩头的过程中产生的断桩，断桩位置在距桩顶0.4～1.0m之间。改为第二种截桩头工艺后，产生Ⅲ类桩的几率大大降低，在自检120根桩中，没有出现Ⅲ类桩。
4CFG施工中常见的问题及质量控制措施
4.1导管堵塞
堵管是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺常遇到的问题，它直接影响CFG桩的施工效率,增加工人劳动强度,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,增加了再次堵管的机率,给施工带来很多困难。
产生堵管的原因有以下几点: ①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。②混合料搅拌质量有缺陷。在CFG桩施工中,混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头最后到达钻杆芯管内。混合料在管线内借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线。坍落度太大的混合料,易产生泌水、离析,泵压作用下,骨料与砂浆分离,摩擦力加剧,导致堵管。坍落度太小,混合料在输送管路内流动性差,也容易造成堵管。③施工操作不当。钻孔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,待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。若注满混合料后不及时提钻,混凝土泵一直泵送，在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出,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，使管路堵塞，混合料不能下落。④设备缺陷。弯头曲率半径不合理也能造成堵管。弯头与钻杆不能垂直连接,否则也会造成堵管。混合料输送管要定期清洗,否则管路内有混合料的结硬块,还会造成管路的堵塞。
控制措施： ①保证粗骨料的粒径、混凝土的配比和塌落度符合要求，泵送时坍落度应控制在140mm～160mm之间，混合料的拌和时间不小于120s。②灌注管路避免过大变径和弯折，每次拆卸导管都必须清洗干净。③加强施工管理，专人指挥协调钻机操作手和混合料泵车操作手，使混合料泵送和钻杆提升默契配合，及时发现和解决问题。
4.2偏桩
一般有桩平移偏差和垂直度超标偏差两种。多由于场地不平整、桩机对位不仔细和钻杆跑偏等原因造成。
控制措施：①施工前清除地下障碍，平整压实场地以防钻机偏斜；②认真放设桩位，并插明显标志，严格控制误差。③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。
4.3断桩、夹层
断桩是由于提钻太快，泵送砼跟不上提钻速度，钻头上的泥块落入桩孔内；或是用大型机械（装载机或挖掘机）野蛮清理桩间土，造成CFG桩身浅层断桩。如果CFG桩设计标高以下断桩，则必须采取补救措施。假如断裂面距桩头较近，可接桩至设计标高，方法如下图所示；如果是断桩位置较深，应在旁边补加2根CFG桩。
控制措施：①保持砼灌注的连续性。②严格控制提速，如灌注过程中因意外原因造成灌注停滞时间大于混凝土的初凝时间时，应重新成孔灌桩。③严禁用大型机械清理桩间土，用小挖机配合人工清理桩间土。④清理出桩头后，用切割机截桩头，不能用大锤蛮力敲打桩头。
4.4桩身砼收缩
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>1。
控制措施： ①桩顶至少超灌0.5m，并防止孔口土混入。②选择减水效果好的减水剂。
4.5窜孔
在饱和粉土、粉细砂层中成桩时会发生窜孔现象。发生窜孔的原因有以下几条：①被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂;②相邻桩在竖直方向上有相互连通的空洞或裂纹，二者形成一个“连通器”。
控制措施：采取隔桩、隔排跳打方法，等桩具有一定强度时再打相邻的桩。
4.6桩头质量问题
①桩头空芯。主要是施工过程中,排气阀不能正常工作所致。钻机钻孔时,管内充满空气,泵送混合料时,排气阀将空气排出,若排气阀堵塞不能正常将管内空气排出,就会导致桩体存气,形成空芯。为避免桩头空芯,施工中应经常检查排气阀的工作状态,发现堵塞及时清洗。②桩端不饱满。这主要是因为施工中为了方便阀门的打开,先提钻后泵料所致。这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水浸入桩孔,影响CFG桩的桩端承载力。为杜绝这种情况,施工中前、后台工人应密切配合,保证提钻和泵料的一致性。③多为夹泥、气泡、砼不足、浮浆太厚等，一般是由于操作控制不当造成。
控制措施： ①防止桩口土块混入砼中。 ②保持钻杆顶端气阀开启自如，防止砼中积气造成桩顶砼含气泡。③桩顶浮浆多因孔内出水或砼离析造成，应超灌排除浮浆后才终孔成桩。
4.7单桩承载力低
主要与桩底情况有关，桩底承载力不足，没有施工到设计标高。
控制措施：①控制桩长，施工到设计标高桩底一定要在无压缩层上。②灌注桩身混凝土时一定先泵送混凝土后提钻，以保证桩底嵌固良好。③在粘土层中钻孔时要加快进展速度，以防螺旋钻的离心作用在钻孔壁上造成泥皮而降低桩摩阻力。
5成品保护
①清运弃土时不可对设计桩顶标高以下的桩体造成破坏；不可扰动桩间土。
②采用挖掘机清运弃土时，应防止CFG桩浅层断桩。
6安全质量环保措施
6.1安全措施
①钻机操作工、混凝土输送泵人员具有熟练的操作技能并了解施工的全过程。
②机械、电气设备达到国家安全防护标准；施工中发现设备运转异常，立即关闭电源进行检修。
③机电设备固定就位，不随意搬动，电动部分设置网罩，电箱电线悬挂。
④施工中钻机置于平整坚实的地面上，钻机移位时平稳并保持钻杆垂直，防止倾斜倒塌。
6.2环保措施
①水泥和粉煤灰等细颗粒散体材料，遮盖存放，运输时防止遗撒、飞扬。
②废弃物及时清理，不随处抛撒。施工机具采取降低噪声措施，减少扰民。
7注意事项
7.1施工桩顶标高高于设计桩顶标高50cm，浮浆厚度不超过20cm。
7.2CFG桩加固深度应穿透软弱土层（压缩层）到达无压缩层（硬层）以下1.0m或基岩面。
7.3现场记录人员应严格组织安排和劳动纪律，上班时间必须坚守工作岗位，严禁脱岗。认真填写《CFG桩施工记录表》，真实填写表中的各项施工内容。成孔和成桩时间按现场实际施工时间记录到秒。
7.4电流应记录钻头到持力层时瞬间的电流数据。
7.5当日记录的《CFG桩施工记录表》应当天完善复核人、质检人、分项工程技术负责人的签字。各项记录必须真实、清晰、不得涂改表中记录的内容。
8结语
通过几段CFG桩施工，基本明确了长螺法CFG桩的施工工艺及参数， 掌握了施工中常见问题有效的预防和处理措施，确保了CFG桩的施工质量。
