李窑试验段CFG桩施工组织设计方案.docx
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李窑试验段CFG桩施工组织设计方案
京沪高速铁路CFG复合地基试验段
CFG桩施工组织设计
编制：
复核：
审核：
批准：
中铁十七局集团京沪高速铁路
CFG复合地基试验段项目经理部
二〇〇七年九月三十日
目录
一、工程概况………………………………………………………………………………….2
二、编制依据………………………………………………………………………………….3
三、施工准备与施工安排…………………………………………………………………..4
3.1施工组织机构………………………………………………………………………….4
3.2选定施工人员设备……………………………………………………………………4
3.3选用材料、配合比………………………………………………………………….5
3.4测量……………………………………………………………………………………6
3.5平整场地………………………………………………………………………………6
3.6精确放样CFG桩的桩位…………………………………………………………….7
四、施工工艺及技术标准…………………………………………………………………….7
4.1长螺旋钻施工工艺流程………………………………………………………………7
4.2施工过程……………………………………………………………………………….7
4.3桩的检测………………………………………………………………………………..10
4.4施工控制及质量标准………………………………………………………………….10
五、质量控制措施……………………………………………………………………………11
5.1拔管速率的控制………………………………………………………………………11
5.2混合料坍落度…………………………………………………………………………12
5.3保护桩长……………………………………………………………………………….12
5.4开槽及桩头处理……………………………………………………………………….12
六、施工中易出现的问题及解决办法……………………………………………………..12
6.1混凝土用量超方………………………………………………………………………12
6.2窜孔……………………………………………………………………………………13
6.3堵管……………………………………………………………………………………13
6.4抱钻……………………………………………………………………………………14
6.5断桩原因分析及其解决方法…………………………………………………………..14
七、施工保证措施……………………………………………………………………………16
7.1质量保证措施………………………………………………………………………….16
7.2安全保护措施……………………………………………………………………………16
7.3环境保护措施……………………………………………………………………………17
八、施工进度横道图……………………………………………………………………………18
一、工程概况
此次京沪高速铁路试验段工程中，由我项目部负责施工的为部分位于天津特大桥与青沧特大桥之间，地形平坦，地势开阔，填方通过。
地层：
黏土，黄褐色，硬塑，厚0~1.3m，σ0=120Kpa；粉质黏土，黄褐色~灰褐色，软塑~硬塑，厚1.2~2.4m，σ0=130Kpa；粉土，黄褐色~黑灰色，密实，潮湿，9.0~9.7m为浅灰色，厚1.7~3.7m；σ0=90~110Ppa；细砂，黄褐色~浅黄色，密实，饱和，含云母，局部夹粉土薄层，其中32.3~35.0为褐黄色，35.0m以下为黄褐色，含贝壳碎片，厚9.5m~13.9m，粉质粘土，黄褐色，软塑，含铁锈斑纹，厚4.6m，σ0=140Kpa。
水文地质特征：
地下水为第四系孔隙潜水，地下水埋深2.2~3.1m。
地下水主要由大气降水补给，水位变幅1~3m。
地下水具硫酸盐侵蚀，环境作用等级为H1。
地震动峰值加速度为1.10g（地震基本烈度为Ⅵ度）。
土壤最大冻结深度为0.5m。
DK190+124.00~DK190+140.00段桩径0.5m，间距1.6m，正方形布置，桩底标高-26.4m，桩顶标高3.95m，桩顶设0.15m厚碎石垫层，其上设0.5m厚钢筋混凝土板。
DK190+140.00~DK190+191.00段桩径0.5m，间距1.7m，正方形布置，桩底标高-19.4m，桩顶标高3.40m，桩顶设直径1m桩帽，其上设0.6m厚碎石垫层，垫层内夹铺两层土工格栅。
DK190+191.00~DK190+239.60段桩径0.5m，间距1.8m，正方形布置，桩底标高-19.4m，桩顶标高3.95m，桩顶设0.15m厚碎石垫层，其上设0.5m厚钢筋混凝土板。
DK190+239.60~DK190+289.95段桩径0.5m，间距1.8m，正方形布置，桩底标高-26.4m，桩顶标高3.95m，桩顶设0.15m厚碎石垫层，其上设0.5m厚钢筋混凝土板。
DK190+289.95~DK190+339.65段桩径0.4m，间距1.6m，正方形布置，桩底标高-19.4m，桩顶标高3.95m，桩顶设0.15m厚碎石垫层，其上设0.5m厚钢筋混凝土板。
DK190+339.65~DK190+354.00段桩径0.5m，间距1.6m，正方形布置，桩底标高-26.4m，桩顶标高3.95m，桩顶设0.15m厚碎石垫层，其上设0.5m厚钢筋混凝土板。
本段工程共有CFG桩2590根，其中883根桩桩长30.35m，直径0.5m，486根桩桩长23.35m，直径0.5m，651根桩桩长23.35m，直径0.4m，570根桩桩长23.3m，直径0.5m，设计总方量12177m3。
二、编制依据
2.1《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》（铁建设〔2005〕160号）。
2.2《客运专线铁路路基工程施工技术指南》（TZ212-2005）。
2.3铁路路基施工规范（TB10210-2001）。
2.4、铁路工程土工试验规程（TB10102-2004）。
2.5《京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）》（2004-12-30）。
2.6《高速铁路CFG桩复合地基综合技术研究试验研究大纲》（2007.6）及其《实施细则》（2007.8）。
三、施工准备与施工安排
3.1施工组织机构
施工负责人：
刘庆华技术质量负责人：
刘红峰
安全负责人：
刘卫民
3.2选定施工人员设备
根据施工桩长和地质资料中砂层的厚度，拟采用长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工CFG桩，自配300kw发电机。
机具、人员配置
设备配备一览表
序号
机械设备
规格类型
单位
数量
备注
1
长螺旋钻机
ZL90
台
4
山东方圆
2
装载机
ZL50
台
2
山东
3
自卸汽车
铁马
台
10
4
挖掘机
EX200
台
4
5
混凝土罐车
五十铃
台
8
混凝土施工设备
6
混凝土拌合机
JS75
台
1
7
混凝土输送泵
方圆HBTB-60
台
4
8
发电机
瑞典300KW
台
4
9
小推车
辆
5
10
捣固棒
台
4
11
串筒及漏斗
套
1
负责路基CFG桩作业人员都是经过培训、工作熟练的工人，并且具有较高的质量意识。
电工、罐车、运输车司机等特殊工种，都经过培训、考试合格，持证上岗。
人员配备工种数量：
螺旋钻机手8人，汽车驾驶员12人，泵送机手8人，装载机手4人，挖掘机手2人，混凝土罐车16人，其他机械及电工4人，普工32人，技术负责人1人，施工负责人1人，现场施工记录人员8人，试验人员2人，测量人员3人，合计100人。
3.3选用材料、配合比
根据京津城际铁路试验配合比，并结合当地料源供应情况，在筹备组提供的合格厂家名录中，我部选定材料厂家如下：
水泥：
选用德州大坝牌水泥，普通硅酸盐水泥PO32.5级；
粉煤灰：
选用山东德州华能电力实业公司粉煤灰；
粗骨料：
选用保定满城李家佐金丰采石厂的石料；
细骨料：
选用石家庄市正定县浙江公铁爆破工程有限公司河砂；
1）堆存骨料的场地，应有良好的排水设施。
2）不同料径骨料必须分别堆放，设置隔离设施，以防相互混杂。
3）骨料堆放时，不宜堆成斜坡，以防产生分离。
4）应避免泥土混入骨料。
5）骨料的堆存应做好产品标识和检验试验状态标识。
水：
1）凡适用于饮用的水，均可以拌制和养护混凝土，未经处理的工业水，不得用以拌制和养护混凝土。
2）对拌制和养护混凝土的水质有怀疑时，应及时进行水质检定。
外加剂：
1）外加剂的掺量由试验确定。
2）如需提高混凝土的早期强度，宜在混凝土中掺加早强剂；
理论配合比为：
水泥：
砂：
5-10碎石：
10-25碎石：
粉煤灰：
水
=300：
711：
464：
695：
100：
230
坍落度控制为：
160~200mm
拌和方式采用拌和站集中拌和供料，拌合站距离施工现场5km。
3.4测量
粗测CFG桩范围的轮廓，测定原地面标高，原地面标高应高出CFG桩设计标高50cm以上。
3.5平整场地
根据所测得的原地面标高和设计桩顶标高对照结果，平整钻孔场地，使其标高比桩顶高50cm左右。
对施工场地内地上和地下管线进行核查、拆迁和防护。
清除地表植被，挖除0.3m左右地表种植土，预留排水坡度，做好排水沟等措施。
场地平整完毕后，必须用30t以上的压路机碾压，以满足长螺旋钻机自重和抗钻机倾倒的要求。
3.6精确放样CFG桩的桩位
在桩位用直径8mm的钢钎竖直打入20cm深孔，在孔内灌注石灰水或石灰粉，并在孔内插入标记物，用一次性木、竹筷，方便钻孔过程中钻孔废泥把桩位埋没后查找。
四、施工工艺及技术标准
4.1长螺旋钻施工工艺流程：
⑴原地面处理⑵测量放线⑶钻机就位⑷钻至设计深度⑸停钻⑹泵送混合料⑺均匀拔管至桩顶⑻钻机移位
图1CFG桩长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工流程图
4.2施工过程
4.2.1首先开挖两侧排水边沟，疏干地表水，清除杂物、腐植土，平整场地。
4.2.2按设计要求测量放线确定桩位，白灰划出桩位及边线范围。
4.2.3钻机就位准确，钻机就位后使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。
在钻机上挂垂球的方法，在钻架上刻上明显的对照位置线，每根桩施工前由测量员进行桩位对中和垂直度检查，满足要求后方可开钻。
4.2.4钻进至设计标高：
按设计桩径、间距、桩深成孔。
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，启动马达钻进。
先慢后快，同时检查钻杆的偏位并及时纠正。
在成孔过程中，发现钻杆摇晃或难钻进时放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移及钻杆、钻具损坏。
根据钻机塔身上的进尺标记，成孔达到设计标高时，停止钻进。
钻孔弃土应及时转运到指定场地。
4.2.5试钻，一般地，设计单位均能在CFG桩施工图中提供地质钻探图和地质资料，但一般的地质断面图只提供地层组成和承载力，没有提供地质土层的塑限和液限，因此必须试钻得出实际地质情况，加以调整钻机。
对于CFG桩钻孔，最关心的是土的粘度和硬度，液限指数越大、土质粘性越大，钻进困难，而且容易产生抱钻现象钻杆无法拔出。
施工一般每100米地段试钻2～3根就能探明实际地质。
4.2.6调整钻机，包括①钻头、钻杆直径，②跳钻间距，③如果可调速电机，要调节转速。
地面标高、桩顶标高推算出钻孔深度，在钻杆上做出标记。
钻进过程中要随时检查钻杆的垂直度，是否晃动，桩位是否偏移，如有上述情况，必须马上调整，放慢钻进速度，否则会使钻杆、钻头等损坏，钻出的孔位也偏斜。
4.2.7灌注混凝土，钻到设计位置时，停钻准备灌注。
混凝土的坍落度应控制在16～20cm,搅拌时间要在60～120s。
泵送混凝土，当混凝土充满钻管内后方可开始拔管，严禁先拔管后泵送混凝土，拔管时钻杆必须停止转动，严禁边拔管边转动，拔管速度宜为1.6～2.2米/分钟，拔管应连续，混凝土泵送也必须连续。
若混凝土供应不及时，造成钻机等料的情况，时间较长可能造成断桩或抱钻现象，尤其是在饱和砂土、粉土层。
混凝土应灌注至设计CFG桩顶标高以上50cm，停止泵送混凝土。
灌注混凝土方量不得少于设计桩加桩头的体积。
灌注完毕后用养护毯片或水泥袋把桩头覆盖好。
4.2.8钻机移位，灌注完成后钻机移至下一桩位钻孔，履带式长螺旋钻机一般后退移动。
4.2.9清除钻泥，钻泥在钻孔过程中必须随时清除，钻机移位后把剩余的钻泥立即清除。
注意：
①除50型挖掘机外，任何机械设备不得进入CFG桩钻孔灌注场地，②挖土时不得扰动桩间原土，③不得挖动已经灌注的CFG桩，使桩头破坏。
4.2.10养护和保护CFG桩，CFG桩都埋在地面以下，无需专门养护，桩灌注完成后强度达到80%方可进行下一步工序，养护期间必须保护钻孔灌注现场，任何机械和材料不得进入钻孔灌注区。
4.2.11挖除桩顶土，CFG桩在养护够7天后，可以挖除桩顶以上的原土。
首先测定地面标高，并做出标记，计算出需要挖深，用50型挖掘机将土一次性挖至设计桩顶标高上20cm处，挖掘机应该分行倒退作业，剩余20cm必须人工清底挖除。
4.2.12切割桩头，灌注CFG桩时要把混凝土面灌注至设计桩顶面50cm以上，使混凝土中的浮浆全部上升至设计桩顶标高以上。
截除桩头的方法是采用改装后的轻型锯石机，锯石机只能垂直切割，不能水平切割，需要用钢管制作一个架子把锯石机水平焊接在上面进行水平切割。
锯桩时，用锯桩机在CFG桩的设计标高处从相对的方向水平锯2个半月状的槽，如图。
CFG桩锯桩示意图
然后把桩头清运出施工场地。
切割桩头注意事项：
①一定要保护CFG桩，不能使桩受撞击，标高控制要严格，要符合规范和设计要求，②严禁用挖掘机扳断桩头，一定使桩受力矩作用断裂，③严禁用钢钎单侧把桩凿断，④用锯桩机锯桩，严禁单侧锯一般就扳断桩头的方法。
4.3桩的检测
4.3.1桩身完整性检测
CFG桩桩身完整性采用低应变动力试验检测，试验桩检测率10％。
根据检测结果判定桩身完整性。
4.3.2CFG桩混合料强度
每台班制作混合料标准立方体试件3组，进行28d标准养护后，进行试件抗压强度检测。
根据检测结果判定其质量情况。
4.3.3CFG桩复合地基静力载荷试验
分别进行单桩、单桩复合地基静力载荷试验，计算沉降与承载力。
检验数量：
桩数的0.2%，且不少于3根。
4.4施工控制及质量标准
按设计及规范要求的频率严格进行检测，同时现场配合监理单位的平行检验及第三方检测单位的检测。
4.4.1CFG桩的数量、布桩形式、间距符合设计要求。
4.4.2桩长、桩顶标高及直径达到设计要求。
4.4.3褥垫层厚度、压实度应符合设计要求。
4.4.4CFG桩施工中，每台班均作检查试件，进行28天抗压强度检验满足设计要求。
4.4.5成桩28天后低应变检测桩身完整性、复合地基承载力、变形模量满足设计要求。
4.4.6CFG桩施工允许偏差符合《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》中的要求。
CFG桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法
序号
检验项目
允许偏差
施工单位检验数量
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
桩体垂直度
1%
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50～100cm深后，钢尺丈量
五、质量控制措施
5.1拔管速率的控制
拔管速率太快将造成成桩桩径偏小或缩径断桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不均，桩顶浮浆过多，桩身强度不足和形成混合料离析现象，导致桩身强度不足。
故施工时，应严格控制拔管速率，拔管速度一般控制在1.6～2.2m/min比较适宜，此处的拔管速度为线速度，不是平均速度，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率适当放慢。
拔管过程不允许反插。
5.2混合料坍落度
坍落度控制在16～20cm，和易性好，满足泵送混凝土的施工要求。
5.3保护桩长
成桩时预先加长不小于50cm的一段桩长，基础施工时将其凿掉。
上部用土封顶。
5.4开槽及桩头处理，铺设褥垫层
开挖时要留置足够的人工开挖厚度，避免对桩体和桩间土扰动和损坏。
桩顶凿除保持顶面平整。
褥垫层厚度、压实度应符合设计要求，采用级配碎石，最大粒径不超过3cm。
虚铺后采用静力压实。
褥垫层宽度大于基础宽度部分加褥垫的厚度。
六、施工中易出现的问题及解决办法
6.1混凝土用量超方，我项目在此前做CFG工艺性试桩时发现存在混凝土用量超方现象，超方系数约为1.4。
6.1.1、原因：
一是在钻孔过程中钻杆的离心力作用、灌注时混凝土自重作用、输送泵泵压作用下CFG桩都要扩孔，使得混凝土用量增加；二是地质原因；三是钻孔深度。
6.1.2、混凝土超用量的处理方法
1）在CFG混凝土超用量大的地段，首推使用缩小钻头和端部钻杆直径的方法，用氧气和乙炔把钻头直径切割小，把钻杆切割成下小上大的倒圆台状。
2）如果驱动钻杆电动机是可调速电动机就把电动机的钻速调慢，固定钻速电动机要把电动机更换为低速钻机，长螺旋钻管内泵压灌注CFG桩钻机的主塔电动机的钻速一般是16～22转/分钟，尽量调到18转以下。
3）调节输送泵的阀门板，使管内泵压减小。
6.2窜孔
所谓窜孔是指在灌注完前一根CFG桩后，钻相邻下一根桩时，前一根桩的混凝土面突然大幅度下降甚至将前一根桩的混凝土钻出，更有可能使下一根CFG桩灌注困难。
形象地说窜孔就是相邻两个宝瓶状桩的瓶腹部分互相侵占了对方的一部分而连接在一起。
窜孔是很难处理的，建议：
如果窜孔现象很严重，一是加大桩间距重新检算，二是采取隔排跳打施工等。
6.3堵管
堵管是指在CFG桩灌注过程中，混凝土凝固在输送泵管中，使混凝土不能正常输送。
引起堵管的原因主要为：
1、洗泵砂浆搅拌不均匀，未能起到润滑管道的作用；2、管道密封不严密，混凝土中的水分流失过快，造成混凝土的塌落度下降，流动性太差形成堵管；3、混凝土塌落度不符合标准；4、管道未能清洗干净；5、混凝土供给不及时。
堵管是长螺旋管内泵压灌注CFG桩最常见、最令施工作业人员头痛的事情，堵管后需要大量人工拆除并疏通输送泵管道，然后重新安装，少则2小时，甚至更长。
堵管不仅影响施工进度，还要影响灌注的CFG桩的质量，甚至损坏钻机。
堵管后，①已经灌注了一部分的CFG桩的混凝土凝固，安装好输送泵管道后，再继续灌注，有可能造成断桩；
②如果是遇到液性指数较大与粘聚力较大的粉土或粉砂层，钻杆停止转动会出现抱钻现象，使钻杆无法拔出；
③已经搅拌的混凝土因时间较长而终凝，不能再使用。
总之，堵管会造成较大的经济损失。
6.4抱钻
抱钻是指在长螺旋钻管内泵压灌注CFG桩，钻孔灌注过程中，钻杆被土层紧紧粘住，无法转动也无法拔出，需要使用其它设备才能拔出，甚至钻杆永远无法拔出，造成较大经济损失。
产生抱钻现象的主要原因是，钻孔区域有很厚的处于流塑状态的饱和土，土液限指数和粘聚力都很大；或者是钻孔过程中由于机械故障或电力供应中断，使钻机停转时间较长，钻杆无法转动。
6.5断桩原因分析及其解决方法
断桩，是指CFG桩成桩后，桩身混凝土面不连续，中间有垂直于桩中心轴线的开裂或间隔。
断桩是CFG桩最大的质量事故。
断桩的原因有很多，主要有：
1）施工保护不够，有大型工程机械在强度未达到的CFG桩区域运行，使桩被压断或把桩头压碎；
2）长螺旋钻机的排气阀设置不当；
3）灌注混凝土时，混凝土灌注供应不及时；
4）地质原因，地下水丰富，易产生断桩；
5）拔管和泵送混凝土配合不和谐；
6）截除桩头时人为的遭到破坏。
6.5.1防止断桩的方法
1）对于施工保护不足造成断桩，最有效的方法是加强已经灌注CFG桩区域的保护，用钢管或其它较结实的材料将场区围护起来，严禁一切大型机械进入。
2）对于排气阀设置不当造成断桩的解决办法，一般在钻机在出厂时排气阀位置已经设置的很好，不需要作改进，只有极少数的钻机才出现这种问题，要经常检查排气阀，并将包裹排气阀的混凝土凿除。
3）混凝土供应不及时造成断桩，加强混凝土调度，及时供应CFG桩混凝土，保证混凝土连续供应，就可以防止因混凝土供应不及时造成断桩。
4）对于地质原因造成的断桩，施工中是很难控制的，对流塑状和地下水丰富的地质情况应对CFG桩处理进行适应性论证。
5）对拔管和泵送混凝土配合不和谐造成的断桩，应寻求操作人员之间的默契配合。
6）对截除桩头时人为遭到破坏的情况，必须用锯石机切割，可有效地避免断桩。
6.5.2接桩方法
断桩大部分出现在浅层，因而断桩可以作接桩处理。
接桩用混凝土和原桩混凝土等级相同或提高等级，直径比原CFG桩直径加大20cm,即在桩头四周加宽10cm。
接桩的方法有两种，一种是浅部断桩，在断桩位置挖一个比设计CFG桩直径大20cm的圆坑，圆坑和CFG桩同心，挖至断桩面下10～20cm处，灌注混凝土至设计桩顶标高；另一种是断桩位置较深，须扩孔下挖，支模板浇注混凝土，模板直径比CFG桩直径大20cm,安装与CFG桩同心，下部比断桩面低10～20cm，拆模板后用原土夯实回填。
如图。
CFG接桩示意图
七、施工保证措施
7.1质量保证措施
7.1.1根据地质情况和设计桩径选择的施工方法，并配备相应的机具。
采用的固化剂和外加剂的品种、规格及性能符合设计要求。
7.1.2必须按照设计的桩位、桩径、桩长和桩数施工，桩长不应小于设计值，垂直度偏差不应大于1%。
CFG桩施工应严格按照试桩确定的工艺操作。
7.1.3施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m，清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。
桩体质量检验应在成桩28天后进行，采用低应变动力试验检测CFG桩桩身完整性；承载力采用复合地基载荷试验。
7.2安全保护措施
1）、现场电气设备均作漏电保护装置，配电线采用三相五线制。
2）、施工机械的使用严格按照有关操作规程规定执行、实行专人专机，无关人员严禁使用。
3）、钻机应放置平稳，安装后钻杆中心线的偏斜应小于全长的1%。
4）、钻孔中如遇卡钻，应立即切断电源，停止下钻，在未查明问题前不得强行启动。
5）、钻孔过程中遇有机架晃动、移动、偏斜应立即停钻。
6）、泵管铺设尽量减少弯头，支撑应牢固，接头处应连接可靠。
7）、严禁将垂直管道直接设在混凝土泵输出口上，输出口应有不少于10m长的水平管。
8）、泵送时料斗内应保持一定量混合料，不得吸空。
9）、清洗泵管时，出口前方10m内不的有人。
10）、软管与混合料泵管、钻机连接处一定要连接牢固紧密。
11）、钻机作业中施工人员必须佩带安全帽。
12）、钻孔使严禁用手清除螺旋片上的泥土，要使用铁锨清除，在清除泥土时，应水平清除，不可随螺旋片旋转上升清除，以免发生意外。
7.3环境保护措施
环境保护是我国的一项基本国策。
施工现场的环境保护，是指按照国家、地方法规和行业、企业要求，采取措施控制施工现场的各种粉尘、废水、废气、固体废弃物以及噪声、振动等对环境的污染和危害，同时要防止水土流失。
环境保护的措施及具体做法：
a实行环保目标责任制。
b加强检查和监控工作。
c对要保护和改善的施工现场环境，进行综合治理。
d要有技术措施，严格执
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