01CFG桩振动沉管施工技术.docx
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01CFG桩振动沉管施工技术
CFG桩振动沉管施工技术
编制:
周建刚审核:
梅魁
审定:
公司技术中心
1工程概况
1.1CFG桩简介
CFG桩（英文Cementflying-ashgravelpile简称），它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。
又称作水泥粉煤灰碎石桩。
CFG桩复合地基是一种新的地基处理技术，但其实CFG桩于1988年就立题进行试验研究，并应用于工程实践，1994年被建设部列为全国重点推广项目，1997年被视为国家级工法，并列入国家行业标准《建筑地基处理技术规范》。
后来又大量应用于高速公路软基加固，近两年才引用到了铁路施工中。
所以在普通铁路施工规范及验标中都没有CFG桩相关规定和标准。
CFG桩由于在桩体材料中加入工业废料粉煤灰，可以减少环境污染，又达到料废物利用的目的，具有显著的经济效益和社会效益，CFG桩桩体不配筋，又充分发挥了桩间土的承载力，与普通混凝土桩相比，所需桩数较少，其造价一般只有桩基的1/3～1/2，工程造价也低廉，所以会重点推广。
1.2CFG桩在本工程中的应用
新广州站及相关工程中大量使用CFG桩，桩长累计达300km，桩间距1.1～1.5m不等。
1.3设备选型及施工前期准备
（1）主要施工设备及其技术参数
目前CFG桩机主要有沉管振动工和长螺旋钻两种。
新广州站及相关工程采用的是浙江瑞安昌盛建筑工程机械厂生产的DZ-60Y振动打桩锤和配套振动打桩架，其性能大大优越于一般振动打桩机。
DZ-60Y振动打桩机的主要技术参数见表1.3-1。
表1.3-1DZ-60Y振动打桩机系列的主要技术参数表
型号
DZ—60Y
静偏心力距Nm
294
偏心块轴转速rpm
1050
激振力kN
363
重量kg
4000
允许加压力kN
137
允许拔桩力kN
157
电机功率kW
55
电源
100m内
kVA
200
现场配置50型搅拌站一台、运输蹦蹦车3辆，和使用1＃搅拌站配置2台混凝土灌车。
（2）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。
此外，整个施工段设测量定位3人、凿桩头和接桩、制作扩大头可根据具体情况进行安排3人。
1.4施工前期准备
（1）清除地表下各种障碍物（包括人防工程、建筑垃圾、地下管线、电缆等），对地表松软地段需要进行清淤换填，同时将施工场地填至砂砾垫层底标高上50cm左右，以保证成桩后凿除桩顶浮浆后的桩有效长度满足设计要求。
另外作业范围内场地压实度要求达到90%以上。
（2）保证进场临时道路畅通，施工用电采用发电机，开工前在现场设置一大水池，贮存水以提供施工用水。
（3）组织材料进场，进场水泥、粉煤灰、碎石必须具备出厂合格证，并经现场取样送试验室复检合格，存放场地要充分满足施工需要，现场布局合理。
（4）根据桩位平面图及中心线，用经纬仪定向，钢尺量距，确定桩位。
2施工方法
2.1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。
2.2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％。
2.3沉管
（1）根据设计要求测放桩位，并作醒目标识。
一般可利用钎子插入地下，用白灰（或红绳系上）标识。
（2）移动桩机就位进行沉管对中，即调好桩机垂直并使桩管中心与桩位中心重合，利用垂球控制桩机垂直度偏差不大于1%。
（3）启动桩机，振动沉管，振动过程中要观察沉管是否有挤偏现象，下沉速度是否异常等。
（4）如在沉管时水或泥土可能进入桩管时，先在桩管内注入高1.5m左右的封底混凝土，然后开始沉管。
（5）根据桩机管架上的进尺判定该深度或贯入深度是否达到规范和设计要求；另外对有规定桩底要求进入持力层时，应根据试桩参数（即进入持力层时达到激振电流和留振时间）来控制终孔。
（6）沉管过程中专人做好施工记录，包括每米沉管的振动时间和每米激振电流变化情况。
2.4灌浆和拔管
沉管达到设计要求深度后，立即灌注混和料，减少时间间隔，以免管底渗入水泥浆，影响成桩质量。
（1）施工前选择好混和材料规格。
根据施工经验和本工程的实际要求，混合料按设计配合比经搅拌机加水拌和，拌和时间不得少于1min，如粉煤灰用量太大，拌和时间还要适当放长，加水量按塌落度5～7cm控制，成桩后浮浆厚度以30～50cm为宜（施工时作适当的调整）。
（2）合理布置搅拌机的位置，以缩短混合料出料至倒入沉管加料口的时间间隔，使混合料进入桩管后有较好的流动性，当气温过高时，考虑加缓凝剂。
（3）搅拌时严格按照配合比设计进料，并搅拌均匀。
（4）混合料出料至桩基吊斗后利用卷扬机将料斗拉至桩管加料口逐渐倒入，使管内空气能够排除，以免形成气体，影响成桩质量；沉管至设计标高后须尽快投料，直到管内混合料与钢管投料口平齐。
若投料口量不够，应在拔管过程中投料，以保证成桩桩顶标高满足设计要求。
（5）桩管内灌满混凝土后开始拔管，拔管前，应原位留振约10s后再振动拔管，拔管速度不超过1.5m/min，每上拔1m左右应停拔而进行倒打轻击，在沉管底拔至设计桩顶前倒打和轻击不得中断。
拔管过快易造成局部缩径或断桩；拔管太慢，震动时间过长，会使桩顶浮浆增厚，易使混合料离析，导致桩身强度降底。
对淤泥或淤泥质土，拔管速度可适当放慢，拔管过程中不宜反插留振。
成桩后桩顶标高应考虑计入保护桩长。
（6）拔管时第一次不宜过高，控制在能容纳第二次所需要灌入的混和料量为限，加灌混和料时控制管内混和料面不底于自然地面，一般高出2m为宜。
（7）灌混合料过程中按规定制作和保养混泥土试块（每台班一组3块）。
（8）沉管上拔至距地面2m时要特别放慢速度，以保证这段桩身直径符合要求；沉管拔出地面后若发现桩身混合料面低于设计桩顶标高时，应立即将桩顶浮土清理干净，补灌混合料至设计标高并用振捣器振实。
（9）灌入过程中由专人统计混合料用量，计算充盈系数，理论灌量由沉管外径和桩长计算得出，一般情况下充盈系数大于1。
（10）施工结束后注意保护桩头，在龄期未到之前禁止重型机械局部碾压，并不得填土加载。
（11）为避免刚施工的桩遭挤压，施工相邻桩时采取跳打方式，即隔1～2条施工1条，余下的桩必须等到上次施工的桩接近设计强度时方可进行沉管。
（12）若地下水较高，水压较大，地下水有可能会在邻近桩尚未初凝的桩身内形成临时排水通道，影响桩身质量，施工时在附近开挖集水井排水。
（13）桩管拔出地面后，确认桩符合要求后应用粒状材料或用粘土封顶，然后移机继续下一根桩的施工。
2.5打桩顺序
桩施工顺序，主要应考虑新打桩对已打桩的影响。
打桩顺序有连打法、间接跳打法。
具体采用何种打法最好由现场实际地质情况来确定。
连打法易造成邻桩被挤碎或缩颈，在粘性土中易造成地面隆起；跳打法不易发生上述现象，但土层较硬时，在已打桩中间补打新桩，可能造成已打桩被震裂或震断。
另外施打顺序与土性和桩距也有关。
在软土中，桩距较大时可采用隔桩跳打，但施工新桩与已打桩时间间隔不少于7d。
在饱和的松散粉土中，如桩距较小，不宜采用隔桩跳打。
因为松散粉土振密效果较好，先打桩施工完后，土体密度会明显增加，而且打的桩越多，土的密度越大，桩越难打，在补打新桩时，一是加大了沉管的难度，二是非常容易造成已打桩断桩。
满堂布桩时，无论桩距大小，均不宜采用四周转圈向内推进施工，因为这样限制了桩间土向外的侧向变形，容易造成土体大面积隆起，断桩的可能性增大。
应遵循由“中间向四周”或“一边向另一边”的原则。
具体顺序见图2.5-1。
图2.5-1CFG桩振动沉管施工顺序图
2.6凿桩头
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。
为避免机械扰动造成断桩，凿桩头前桩周工作垫层碎石土应采用人工进行开挖。
凿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。
2.7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，开挖桩间土体可能会导致相邻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20cm，CFG桩接长见图2.7-1。
图2.7-1CFG桩接长示意图
3施工工艺流程
CFG桩振动沉管施工工艺流程见图3.0-1。
图3.0-1静压沉管灌注桩工艺流程
4质量控制标准及检查方法
CFG桩施工中，每台班做一组试块（3块），进行28d强度检验。
成桩28d后按总数的2‰进行单桩承载力或复合地基承载力试验，且每检验批不少于3根。
其承载力、变形模量应符合设计要求。
CFG桩的桩身质量、完整性应满足设计要求，利用低应变检测方法检验，按总桩数的10%进行检验。
CFG桩施工的允许偏差、检验数量及方法符合下表4.0-1的规定。
表4.0-1CFG桩施工允许偏差、检验数量及检验方法
序号
检验项目
允许偏差
检验数量
检验方法
1
桩位（纵横向）
50mm
按成桩总数的10%抽样检验，且每检验批不少于5根
经纬仪或钢尺丈量
2
桩身垂直度
1.0%
经纬仪或吊线测钻杆倾斜度
3
桩体有效直径
不小于
设计值
开挖50～100mm深后，用钢尺丈量
5机械设备检验、操作要求及注意事项
CFG桩施工严格按试桩确定的混合料配合比和技术参数进行，技术人员旁站监督，确保成桩质量。
并作详细的成桩记录。
CFG桩施工时从一边向另一边推进，采用隔桩跳打，邻桩施工间隔时间大于7d，以免窜孔或影响桩身强度增长。
CFG桩应快速施工完，以防缩径、断桩。
用收紧钢丝绳加压方式提高沉管效率时，防止发生翻架事故。
桩入土深度：
摩擦桩以标高控制（桩架上画进尺标记）为主；端承桩以贯入度控制为主。
混合料充盈系数应≥1.2，当小于1时，采用全桩复打；缩径桩局部复打超过缩径处1.0m以上。
每次向桩管内投料时尽量多灌，第一次投料灌满桩管。
拔管过程中随时用测锤检查管内混合料面下降情况，防止拔管过高，造成缩径或断桩。
气温5℃以下灌桩时，混合料加热保暖；桩顶混合料强度达到50%设计强度前，应采取防冻措施。
成桩过程中密切注意地面隆起和桩顶浮浆（不超过20cm）情况，必要时桩顶静压（≥3min/桩，1.2倍桩设计荷载），以防缩径和断桩。
6质量保证措施
（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：
a采用片石、碎石工作垫层的石块粒径不大于30cm。
b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。
（4）桩时应从路基中间向四周推进施工。
7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》（JGJ46—88）的规定。
（7）、打桩机操作人员、专业电工、电焊工必须持证上岗，并严格遵守安全技术操作规程。
a易以于引起粉尘的细料或松散料用帆布、盖套等覆盖。
b施工废水不直接排放。
7后期施工中的工艺改善措施
从前期来看，已施工的CFG桩少数存在桩头以下3～6m范围内桩身完整性有缺陷的问题。
为加强CFG桩质量控制，我们对施工工艺进行如下改进，具体如下：
（1）施工前的原地面处理：
CFG桩开钻前，必须先对原地面进行整修处理，按《铁路路基土工合成材料应用设计规范》（TB10118-2006）要求，原地面必须设横向4%的路拱，为便于排水，两侧坡脚地面标高必须与侧沟顶面标高一致。
路拱成形后，采用光轮压路机压实。
按验标要求，当原地面坡度（纵坡或横坡）大于5%时，必须开挖成台阶，台阶宽度、高度参考设计，高度不小于0.6m，宽度不小于3m。
按设计图进行布孔，打竹片桩，桩顶涂红油漆标示。
施工中若竹片桩破坏，则应及时恢复，保证桩孔偏差满足要求。
两侧路基加固区外，顺线路方向每10m用方木桩打上里程桩，桩上靠路基一侧用黑色油漆标出里程桩号。
（2）目前混凝土采用翻斗车运输时，离析十分严重，必须改用小型混凝土运输灌车运输；
（3）拔管速度要严格控制，尤其是桩头以下6m范围内，拔管速度必须控制在1m/min以内；
（4）严格控制好桩机电流，确保桩底到达持力层。
进入持力层的电流控制标准为：
≥130A，持续10s以上。
（5）加强施工管理，施工员必须全程跟班检查，尤其是要加强夜间施工的监控力度，严格技术交底的严肃性。
施工员必须对钻机就位、电流控制（入土时电流及终孔时电流）、混凝土投料前检查、拔管速度及留振情况等进行认真检查，并作详细记录。
（6）施作桩时，必须按设计文件要求跳桩施工，一般跳桩1～3根，桩间距1.1～1.3m时，跳桩3根，桩间距1.3～1.5m时，跳桩2根，桩间距大于1.5m时，跳桩1根。
（7）按验标要求，CFG桩施工完毕，待达到一定强度后，每根桩必须凿除桩顶浮浆至新鲜混凝土面。
有关桩顶处理及地面整修按《路基表层处理会议纪要》执行。
8沉管振动CFG桩施工记录表
新建铁路新广州站及相关工程花都下行联络线工程
L3DK2+号CFG桩施工记录表
工程名称：
花都下行联络线（L3）路基工程里程：
L3DK2+690.08～980钻机类型：
DZ-60Y坍落度:
mm
设计桩长：
m设计桩顶标高：
m实测地面标高：
m混凝土灌注方式：
吊斗
编号
时间
钻进深度（m）
孔底标高（m）
垂直度（%）
孔位偏差（m）
设备状态
地质情况描述
混凝土灌注量（m3）
起
止
起钻读数
停钻读数
本次进尺
累计进尺
横向
纵向
电压（V）
电流（A）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
工地负责人:
技术负责人:
记录:
监理工程师:
年月日
9施工工序图片
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