CFG桩复合地基施工工艺及成桩常见问题改方案.docx
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CFG桩复合地基施工工艺及成桩常见问题改方案
CFG桩复合地基施工工艺及成桩常见问题
南雄市住房和城乡规划建设局刘辉
摘要：
结合厦漳跨海大桥海平互通工程施工实例，详尽阐述CFG桩复合地基施工工艺,并对CFG桩成桩常见问题进行探讨，为今后类似工程提供参考和借鉴.
关键词：
CFG桩复合地基施工工艺成桩常见问题
1、前言
CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，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。
CFG桩复合地基同碎石桩复合地基相比,具有变形模量高，承载力提高幅度大，施工速度快，操作简便等特点。
其自身本构关系呈线弹性模型,弹性模量受混合料塌落度、石屑率、水泥粉煤灰比影响。
CFG桩复合地基具有置换作用、挤密作用、边载作用和对土的约束作用等复合地基效应。
CFG桩施工工艺经过几十年的改进,目前应用较普遍的长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩施工能较好地满足工程质量和进度的要求。
它以成桩速度快、低噪音、无振动、对桩间土扰动小、施工简单、造价低、承载力提高幅度大、适用范围较广、社会和经济效益明显等特点，广泛应用于各类工程的地基处理和加固施工。
另外，褥垫层的摊铺、碾压施工工艺也能利用一般成熟路基填筑工艺较易地控制施工质量，以实现模块化、标准化和流水化施工。
本文结合厦漳跨海大桥海平互通工程施工实例，主要介绍高速公路软基处理CFG桩的应用，阐明CFG桩的原理，对CFG桩的施工工艺详尽阐述,并对CFG桩成桩常见进行探讨，为今后类似工程提供参考和借鉴。
2、CFG桩的工艺原理
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩（CementF1yashGravelPile）的简称，是掺加适量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和,制成具有一定黏结强度和一定压缩性的半刚性桩体,达到置换、压缩、挤密桩间土的作用。
同时，褥垫层采用一定厚度的碎石层夹两层双向土工格栅夹砂的形式，起到挤压褥垫层和桩间土接触，使得桩和桩间土始终参与工作，并使桩间土在桩体沉降不断增加的情况下能不断发挥其承载力作用和协调桩体竖、横向变形的作用。
它通过摊铺机精平和压路机静压的方式将CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成CFG桩复合地基。
CFG桩复合地基施工分为CFG桩长螺旋钻孔灌注施工和褥垫层摊铺、碾压施工两道工序.在施工过程中，CFG桩施工工艺较简单，其施工主要是长螺旋成桩机械和混凝土拌和、运输、泵送设备相配合,操作方便且施工进度较快，质量能够得到保证。
其长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩法具体工艺原理是采用长螺旋钻机钻进成孔，达到设计标高后后由混凝土泵将混合料从钻杆内空腔泵压进土体,同时提升钻杆，形成桩体。
配套设备主要有长螺旋钻机、混凝土输送泵、连接管道、弯头等。
泵送砼坍落度控制在16～20cm，成桩后浮浆厚度以不超过20cm为宜。
褥垫层施工的工艺原理是采用人工配合小型挖掘机挖除桩间土及桩头,铺设一定厚度的碎石垫层和砂垫层以及两层双向土工格栅的形式，人工配合机械摊铺、碾压施工。
3、工程简介
海平互通位于漳州龙海市港尾镇后丰村附近区域，为一般式互通，与招商大道连接。
其中软土路基段落为A匝道AK0+982。
8～AK1+049.1段,该段软基段落均为新建匝道，地基处理方法为CFG桩复合地基。
设计桩径为0。
5m,桩长9。
5m～11.5m,桩间距为1。
7m*1。
7m及1。
7＊1.9m，共860根，总长9427m。
桩身混凝土强度为C20，桩帽为双面配筋的现浇C30钢筋混凝土板，桩帽与桩为现浇混凝土连接,桩顶设50cm厚级配碎石砂加筋褥垫层，夹两层双向钢塑复合土工格栅。
本工程属于海积一级阶地地貌软土发育工程地质区，地形较平缓。
该填方路段地层为高压缩性土层，地层主要为第四系海积层：
流塑状淤泥及淤泥质粘土，厚约0。
0～1.60m;可硬塑状粉质粘土层；松散—中密状砂层；中密状卵石层，在7度地震作用下,不会发生震陷液化；下卧南园组J3n凝灰熔岩及其风化层.该段路基土工程地质性质较差，软土层厚度较小但埋深较大.场区内地下水主要为赋存海积砂层中的孔隙水及基岩中裂隙水,主要接受大气降水及潮汐侧向补给，水位水量随季节性变化不大。
4、施工工艺
考虑到挤土效应的影响，本工程设计采用长螺旋钻管内泵压施工工艺。
CFG桩复合地基处理断面见图4。
—1软土地基处理刚性桩复合地基横断面示意图。
图4—1软土地基处理刚性桩复合地基横断面示意图
CFG桩长螺旋钻管内泵压施工工艺流程框图见图4—2：
CFG桩施工工艺流程框图。
4。
1、施工准备
、场地平整。
施工现场必须清除地上和地下一切障碍物后再予以平整。
施工前应预留保护土层，厚度一般为300mm～500mm,场地平整后的高低误差须小于100mm。
、对原材料质量进行检验，合格后方可使用。
、必须做好两侧排水工作,完善场地排水系统,以保证雨雪天正常施工并保证施工质量。
⑷、机械组装和检查，保证钻杆具有足够长度，满足桩长变化需要。
⑸、根据砼供应量的大小设计配备相应功率的搅拌站及砼运输车的数量；同时规划好场地内多台桩机的施工作业面及施打方向，以此安排便道及错车平台的修整和布设。
4。
2、桩基施工
4。
2.1、钻机就位
钻机就位时,由现场技术员检查桩位无误后，通知施工员可以安装钻机就位。
钻机移至第一根桩就位，用自动水平仪调整机架，通过底座支垫调节调整水平,调整钻杆与地面垂直,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，并且在桩旁的机架侧面用红油漆作好钻孔深度的水准标高标志，填写施工标识并挂在桩机上。
开机前须检查导向架的垂直度，施工中随时观察和保持钻机底盘的水平和导向架的竖直，桩体垂直度偏差不得超过1。
5%，桩位偏差不大于50mm，成桩直径不得小于设计值。
图4-3长螺旋钻机桩位对准图图4—4长螺旋钻机垂直度控制图
4。
2。
2、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，启动钻机钻入，钻进时应先慢后快。
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，当标记处与标志持平时,钻杆就达到设计标高。
施工时由现场技术员或施工员用钢卷尺检查深度和垂直度并且作好检查记录，现场钻机操作员作好钻进记录（内容含岩层情况、钻进时间、进度尺寸、钻机状况等）.
当遇到较硬土层,钻杆出现摇晃，进尺困难时，应放慢进尺，同时现场技术员积极探明情况，给总工程师做出书面汇报，一起参与现场处理,作好处理记录，直到钻至设计标高.
施工桩长应根据设计要求、地质情况和钻进电流变化综合控制，确保桩体穿透软土层进入持力层不小于1。
0m.
4.2。
3、泵送混合料
混合料采用C20商品混凝土,坍落度要求160mm～200mm,混合料不得离析，配合比必须按确定的试验配合比要求认真控制，采用长螺旋成孔管内泵压砼成桩施工工艺，每根桩的投料量不少于设计灌注量。
混凝土浇筑前必须重新检查成孔深度和垂直度并填写混凝土浇筑申请,合格后方可浇筑.
混凝土浇筑前必须检查混凝土塌落度、和易性并记录。
混凝土运到灌注点不能产生离析现象。
灌注首批砼之前在用同配合比的无石子砂浆湿润导管，然后再放入首批砼。
在确认初存量备足后，可开动混凝土泵，将混凝土直接泵入导管内，在初期泵入混凝土时应控制泵入的速度,并注意观察提钻速度。
提钻和泵压混合料要密切配合防止提钻过快.提钻速度应根据混凝土的泵送速度和孔径的大小等因素确定，提钻过程须保证钻头没入混合料面，提升速度宜控制在2m/min～3m/min.
做好混凝土用量记录和提管时间记录.混凝土灌注必须连续进行，中间不得间断。
应避免因后台供料慢导致停机待料,也应防止供料过快导致堵管.钻孔产生的弃土应及时人工清除至路基范围以外。
混凝土灌注过程中，应始终保持导管位置居中，提升导管时应有专人指挥掌握.不使骨架倾斜、位移，混凝土灌注到桩孔上部0.5m以内时，可不再提升导管,直到灌注至设计标高后一次拔出。
灌注至桩顶设计标高后必须多灌一倍桩径长度约500mm，以保证凿去浮浆后桩顶混凝土的强度。
提钻后，将桩体钢筋缓慢插入桩内，再对桩头上部2m~3m进行振捣。
打桩过程中，应经常检查桩身混合料的配合比、坍落度、提钻速度、成孔深度、混合料的灌入量，并做好记录。
混凝土浇筑应做混凝土强度试块，每浇注一个班次或者100m3混凝土时留设一组标养试块，试块应养护好，达到一定强度后立即拆模送往养护室标准养护；混凝土施工完毕后，及时收集混凝土出厂合格证、混凝土强度报告，做混凝土强度评定。
4.2。
4、移机
成桩后，移机到下一根桩继续施工。
在同一排桩施工时，纵向、横向平移钻机采用钻机机座的导轨自动平移.
横向移机操作：
把钻杆落位放好，机塔和底盘加固稳定，启动转盘和导轨，使机头左右转向，利用四个支撑腿把钻杆移到指定的桩位，整个操作熟练时2分钟完成。
纵向移机操作：
把钻杆落位放好，机塔和底盘加固稳定,启动导轨和支腿，使机头前后移动,利用四个支撑腿把钻杆移到指定的桩位，整个操作熟练时3分钟完成。
钻机到位后,技术人员要重新做“桩机就位"的各项工作，保证桩位准确。
4.2。
5、凿除桩头
施工结束后注意保护桩头,在龄期未到之前禁止重型机械碾压。
成桩24小时后清土，开挖时应将顶部施工质量差的浮浆段人工凿除，严禁采用机械直接开挖至桩顶标高。
清土采用小型机械设备及人工挖土、运输；小型机械挖土时应离开桩边20cm，余土用人工清除，避免对桩体造成破坏；坑底预留20cm土层人工清除，找平;人工截桩，采用3根钢钎间隔120°，沿径向楔入桩体，直至上部桩体断开，桩顶采用小钎修平。
如因剔桩造成桩顶开裂、断裂，按桩基混凝土接桩规定,断面凿毛，刷素水泥浆后用高一级混凝土填补并振捣密实.
CFG桩施工质量检验标准见表2—2：
CFG桩施工质量检验标准表.
表2-2：
CFG桩施工质量检验标准表
项目
序号
检查项目
合格标准
检查方法
主控项目
1
原材料
资料完整，试验项目符合设计要求
查产品合格证书及抽样送检
2
桩径
不小于设计值
抽查桩数的3％
3
桩身强度
不小于设计值
取芯法，总桩数的5％
4
单桩承载力和复合地基承载力
不小于设计值
受检桩数按闽高路工[2000]150号文件执行
5
桩身完整性
按桩基检测技术规程
宜采用反射波法，受检桩数按闽高路工［2000]150号文件执行，如上述3条能判定桩身完整性，可减少相应的检测数量
一般项目
1
桩距（mm）
±100
抽查桩数的3%
2
桩垂直度
≤1%
抽查桩数的3%
3
桩长
不小于设计值
查施工记录
4.2.6、碎石砂垫层施工
级配碎石砂加筋垫层含碎石70%，粒径20～40mm，含泥量不大于5％，强度不低于四级。
中粗砂含量30％,含泥量不大于5％,细度模数＞3，渗透系数不小于5×10-3cm/s.
桩顶加筋垫层土工合成材料采用双向钢塑复合土工格栅，格栅强度不小于80KN/m，对应变形率小于3％。
格栅保护层采用聚乙烯，厚度为1mm。
碎石砂垫层施工见图4-5碎石砂垫层施工示意图
图4—5碎石砂垫层施工示意图
垫层铺设前必须对碎石砂垫层材料作检验，各项指标符合设计及规范要求，并报请监理工程师审批同意使用后方可用于铺设垫层。
在垫层铺设过程中，每填筑5000m3送检一次。
碎石砂垫层铺设要点：
、铺设垫层采用填筑法施工，分段铺设，用汽车将碎石砂运到场地，用推土机摊平，分层压实，压实厚度宜为15cm～20cm，密实度要达到93%。
如需起拱,其起拱坡度应符合设计要求.
、垫层横向应延伸出坡脚外1m，在桥头台前，纵向应伸出坡脚外1m，以利排水，两端应采用砌片石或其它方式防护，以免材料流失，严禁使用包边粘土将垫层包裹。
、复合地基碎石砂垫层施工应在桩体施工并经检验合格后进行。
土工格栅布设要点：
、铺设土工格栅前认真平整场地，清楚杂物、石块等.
、铺设土工格栅时，保持其连续性，不要出现扭曲、折皱、重叠的现象，要求尽量拉伸。
、为保持土工格栅的整体性，施工中土工格栅的连接采用绑扎锚固法，要求连接强度不小于格栅强度。
、土工格栅铺号后尽快进行填土，避免长时间暴晒。
、土工格栅上下界面处填土其最大粒径不得大于6cm，以免被穿透、击破土工格栅，摊铺宜采用轻型推土机或前置式装载机。
一切车辆、施工机械只容许沿路堤的轴线方向行驶。
图4-6砂垫层铺设图图4-7土工格栅铺设图
图4-8碎石垫层摊铺、碾压图
5、成桩常见问题
5。
1、堵管
、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，要注意混合料的配合比，尤其要注意将粉煤灰的掺量，坍落度应控制在160mm～200mm之间.
、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.
、施工操作不当。
钻孔进入土层设计标高后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，待钻杆芯管及输送软、硬管内混合料连续时开始提钻。
若提钻时间较晚，在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出,容易造成管路堵塞。
、冬期施工措施不当.冬期施工时，混合料输送管及弯头均需做防冻保护，防冻措施不力，常常造成输送管或弯头处混合料的冻结，造成堵管。
冬季施工时,必要时应采用加热水的办法提高混合料的出机温度，但要控制好水的温度，水温不宜超过60℃，否则会造成混合料的早凝，产生堵管，影响混合料的强度。
、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，应圆顺连接。
混合料输送管要定期清洗,否则管路内残余的混合料结硬后，还会造成管路的堵塞。
5.2、窜孔
在饱和粉土、粉细砂层中成桩经常会遇到这种情况，打完X号桩后，在施工相邻的Y桩时,发现未结硬的X号桩的桩顶突然下落，当Y号桩泵入混合料时，X号桩的桩顶开始回升，此种现象称为窜孔。
发生窜孔的条件有如下三条:
、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.
施工中采取的预控措施:
、采取隔桩、隔排跳打方法；
、减少在窜孔区域的一次连续施工的桩数,减少对已打桩扰动能量的积累；
、合理提高钻头钻进速度。
5.3、接桩方法
如出现零星断桩，可采用如下接桩方法：
将断桩以上土方开挖,开挖直径为1.4D（D为设计桩径），将上部断桩取出，然后将桩四周加深开挖20cm，将断桩处的桩头，凿毛凿平，然后浇筑砼。
5。
4、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。
5.5、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.边灌注边提钻，保持连续灌注,均匀提升，做到钻头始终埋入混凝土内1m左右。
严禁采用先提钻后灌注混凝土，形成往水中灌注混凝土的错误作法.
6、结语
随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，复合地基由于其充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。
CFG桩软基处理方法质量易控制，造价低,经济、社会、环境效益明显,有极大的发展潜力。
（参考文献：
刘建军。
CFG桩施工中常见问题及质量控制措施［J］。
山西建筑；路基施工及验收标准）
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