严寒地区CFG施工技术.docx

1、严寒地区CFG施工技术严寒地区CFG桩施工控制技术研究报告中铁十六局集团有限公司二O一二年五月严寒地区CFG桩施工控制技术1.前言为了适应经济快速发展，满足经济日益增长的需要，客运专线工程已经成为我国铁路建设发展的主要方向。哈齐铁路客运专线地处冲积平原（松内平原），贯穿龙凤湿地和扎龙湿地，是连接哈尔滨和齐齐哈尔的经济大动脉。也是我国第一条在高纬度、严寒地区修建的高速铁路，设计时速250km，采用型板式无砟轨道结构。我国东北地区既有铁路冻害比较普遍，路基冻胀和融沉使路基产生不均匀变形，破坏轨道的平顺性，成为影响铁路运行速度和安全的重大隐患之一。普通铁路运行速度和技术标准较低，对路基工程防冻胀措施

2、往往重视不够。而客运专线路基工程防冻胀措施方面目前也没有成熟的经验。面临着如严寒地区客专路基的防冻胀问题、严寒地区无砟轨道板的铺设问题等，本文以管段内400米路基试验段为例，着重介绍了哈齐铁路客运专线在CFG桩施工方面的控制技术和施工工艺，为今后严寒地区的客运专线建设提供了理论依据与施工指导。2.工程概况2.1工程概况本管段路基工程在安达市境内，里程为DK133+621.499DK134+025.499，长度为400m，均为填方路堤, 填筑高度45 m,路基基床顶面宽度13.4 m。基底采用CFG桩加固，桩身强度C20，桩径0.4m，桩间距1.6m，正方形布置，桩长1521m，桩顶设置0.15

3、m碎石垫层，其上应力影响线范围内设0.5m厚C40钢筋混凝土板，每20米设置一道伸缩缝，缝宽0.02m。两侧为C40钢筋混凝土桩帽结构，直径1.1m，厚度为40cm，基床表层填筑级配碎石,厚度不小于0.4m;基床底层顶面以下2m范围内填筑A、B组非冻胀土,其下底层0.3 m填筑A、B组土。路堤边坡坡度为1:1.5;路堤两侧设防冻胀护道(填土),护道宽2.5m,坡度为1:1.5;护道顶面位于基床表层与底层的分界线处;并在护道中设置0.3 m厚渗水层(渗水土)。2.2地形地貌本段路基位于黑龙江省西南部安达市与卧里屯之间，该地区地势平坦，稍有起伏，局部为洼地，海拔高程一般为144.6m146.0m，

4、地面最大起伏1.5m。2.3工程地质本段路基经过地区地层：表层为粉质粘土，黑色，软塑，厚度1.52.0m，0=140KPa；粉砂层， 厚度03.5m，0=90KPa；粉质粘土层，厚度212m，0=160KPa；粘土层，厚度412m，0=170KPa；桩底嵌入中、粗砂层深度约1.2m，0=450KPa550KPa。地震动峰值：0.05g(地震基本烈度度)2.4水文资料沿线地下水为第四系孔隙潜水，地下水埋深0.64.8m（高程140.5144.6m）。地下水主要由大气降水及地表水补给，以蒸发方式排泄，水位变幅13m。地下水具有硫酸盐侵蚀性。侵蚀等级为H1。2.5气象资料沿线大部属于中温带亚湿润亚干

5、旱大陆性季风气候区。冬季严寒干燥漫长，夏季多雨凉爽，春、秋季干旱多风；蒸发强烈且持续时间长，蒸发量大于降水量3倍左右。由于沿线最冷月平均气温均低于-15，属严寒地区。年平均气温4.14.7，极端最高温度38.740.8，极端最低温度-36.8-39.3，年平均降雨量418.1537.5mm，年平均蒸发量1411.21826.mm，平均相对湿度59%64%，年平均风速2.94.0m/s，最大定时风速21.724.7m/s，最大积雪厚度1324cm，最大季节冻土深度189272cm。3.基本规定1、CFG桩应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层。2、CFG桩复合地基设计时应进行地基变形验算。3、

6、技术人员应掌握所承担工程地基处理目的、加固原理、技术要求和质量标准等。施工中应有专人负责质量控制和监测，并做好施工记录。当出现异常情况时，必须及时会同有关部门妥善解决。4、施工过程中应有专人或专门机构负责质量监理。施工结束后应按国家有关规定进行工程质量检验和验收。4.施工准备1、施工前应具备下列资料和条件（1）施工场地工程地质勘察报告和必要的水文资料；（2）CFG桩布桩图，并应注明桩位编号，以及设计说明和施工说明；（3）建筑物场地邻近的高压电缆、电话线、地下管线、地下构筑物及障碍物等调查资料；（4）具备“三通一平”条件。2、施工技术措施（1）确定施工机具和配套设施；（2）编制材料供应计划，标明

7、所用材料的规格、质量要求和数量；（3）试成孔不小于2个，以复核地质资料以及设备、工艺是否适宜，核定选用的技术参数；（4）按施工平面图放好桩位；（5）确定施打顺序及钻机行走路线；（6）施工前，放好桩位、CFG桩的轴线定位及测量基线，并由监理、业主复核；（7）在施工机具上做好进尺标志。3、CFG桩选用的水泥粉煤灰碎石石屑（砂）水等原材料应符合设计要求，并按相关规定进行检验。（1）本段CFG桩水泥采用P.042.5水泥。（2）粉煤灰采用级或级粉煤灰。（3）粗骨料粒径采用550mm,砂的含泥量应小于3%。 （4）长螺旋钻孔内泵压混凝土灌注施工，坍落度控制在18020mm。5.施工工艺图1 CFG桩施工

8、工艺流程图开 始原地面处理测量放样钻机就位钻 进否钻进至施工图标示深度是停止钻进拌合料拌制向管芯泵送拌合料提钻否管内拌合料有足够高度提出钻杆移机结束1、桩机就位桩机就位后，调整钻杆与地面垂直，并使钻杆对准桩位中心，现场技术人员检查桩位偏差及垂直度。CFG桩垂直度允许偏差不大于1.0%，桩位偏差（纵横向）不大于50mm。2、钻进成孔A 钻孔开始时，关闭钻头阀门，操纵下移钻杆，钻头触及地面时，启动马达钻机。钻进应先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。B 桩机操作手和现场读尺人员要密切配合，钻机每钻进1m, 读尺人员要及时通知桩机操作手记录电流数据，操作手在电流表电流发生明显变化时，要通知现场读尺

9、人员做好钻机进尺及土层变化的记录。当电流显示已进入硬土层时，要控制进尺，确保嵌入深度满足设计要求。C 桩身进入持力层的深度要求：一般对于第四系地层应嵌入砂类土或硬塑黏土深度不小于2m,对于下伏基岩地段应嵌入全风化层不小于1m。D 钻孔至设计高程后，要对地质情况进行详细的记录。E 发现地质情况与设计不符，要及时通知设计单位。F 在成孔过程中，发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移及钻杆、钻具损害。当钻至设计标高后，一般采用静止提拔，但对易卡钻的区域，在圆砾层内允许采用边转边提，离开圆砾层后采用静止提拔。3、混凝土搅拌混凝土搅拌严格按配合比进行配料。计量要准确，拌合料坍落度要控制在1

10、8020mm，拌和时要先投碎石，再投水泥、粉煤灰和外加剂，最后投放石屑、砂子和水，充分搅拌，每盘搅拌时间不少于60s。4、现场试验人员主要工作A 每台班抽验现场检验混凝土坍落度3次。B 每台班在现场作一组（3块）混凝土试件，进行28标准养护试件抗压强度检验。现场试验人员要记录取样试件与当日对应灌注的CFG桩的编号。5、灌注及拔管钻孔至设计高程后或嵌入硬层深度满足设计要求后，停止钻进，开始泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后开始拔管，严禁先提管后泵料。钻杆应采用静止提管，施工中严格控制钻杆提拔速度和混凝土泵的泵送量，混凝土泵送量应于与提拔速度相配合，保证连续提拔，保证桩体连续、均匀、密实。现场技术

11、人员应记录混凝土灌注的起止时间，推算单桩混凝土灌注量。6、施工桩顶高程宜高出设计高程不少于50cm，灌注成桩完成后，桩顶盖土封顶予以保护。7、移机 上一根桩施工完毕，钻机移位，进行下一根桩的施工。当桩机移至下一根桩位施工时，应根据轴线或周围桩的位置对须施工的桩位进行复核。6.CFG桩施工质量控制措施1、所用的水泥和粗细骨料品种、规格、质量应符合设计要求。2、桩体连续密实，不得有断桩、缩径等缺陷。3、允许偏差A 桩长：不小于设计深度，桩顶高程：50mm。B 钻孔垂直度1.0%。C 桩径：不小于设计值 。D 桩位：50mm。4、成品保护（1）桩头保护A 为了保证桩顶高程和桩顶的强度，应设置保护桩长

12、，一般为50-70cm。B成桩后严防重型机械行走或扰动，防止使桩头压松造成桩顶混凝土不成型、断桩。C 桩体达到一定强度（一般3-7d）后方可挖槽，清土采用小型机械设备及人工开挖、运输，严禁开挖过程中机械撞击桩头。D桩头才用水泥锯四刀法进行切割，严禁重锤直接将桩头打断。E合理安排施工顺序，避免后续桩基施工对已施工桩头的破坏。（2）桩间土保护A为了避免扰动桩间地基土，桩顶高程以上预留50cm保护土层。B清理桩间土时预留至少10cm采用人工清除找平；避免对地基土的扰动。5、质量检验A 低应变检测 CFG桩施工完毕后，按成桩总数的10%进行检测，且每检验批不少于5根。桩体质量检验在成桩28天后进行，采

13、用低应变动力检测CFG桩桩身完整性。B 复合地基承载力检测采用载荷试验进行复合地基承载力检测和单桩承载力试验。检测合格后方可进入下道工序。7.常见问题及处理措施1、堵管的预防措施（1）混合料配合比应合理。混合料的配合比：粉煤灰掺量宜控制在70kg/m90kg/m的范围内，条件允许时，宜采用级粉煤灰，碎石宜采用5-25mm的连续级配碎石，防止粒径过大穿越弯管时堵塞弯头或造成混合料和易性差。（2）严格控制混合料坍落度。施工时坍落度宜控制在160200mm。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。

14、（3）严格按工艺操作，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、硬管内混合料充满连续时方才提钻。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。（4）防止设备缺陷造成堵管。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进行清洗，否则管路内有混合料的结硬块，还会造成管路的堵塞。（5）钻杆达到设计高程后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，钻杆芯管及输送管充满混合料，应及时提钻，若不及时提钻，在泵送压力下会使钻头处的水泥浆液挤出，使钻头阀门处产生无水泥浆的干硬少浆的混合料塞体，堵塞管道。2

15、、窜孔的预防措施 在饱和粉土、粉细砂层中成桩经常会遇到下面情况，打完1号桩后，在施工相邻的2桩时，发现未结硬的1号桩的桩顶突然下落，当2号桩泵入混合料时，1号桩的桩顶开始回升，此种现象称为窜孔。由于窜孔对成桩质量的影响，施工中应采取的预防措施：（1）采取隔桩、隔排跳打方法；（2）减少在窜孔区域的打桩推进排数，减少对已打桩扰动能量的积累；（3）改进钻头，合理提高钻头钻进速度；3、桩头空芯的预防措施 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

16、作状态，发现堵塞及时清洗。4、桩端不饱满的预防措施： 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。5、 缩径、断桩的预防措施（1）严格控制拔管速度，尤其是饱和黏土、地下水丰富的孔位，应严格将拔管速度控制在2.02.5m/min，且送料、拔管应连续均匀。实践证明，将钻头保持在埋深0.5m左右，基本可消除饱和黏土中CFG断桩率。（2）备足混合料，随钻随浇注，防止停工待料。（3）经常检查螺旋直径，防止螺旋磨耗造成桩径不足。（4）严格控制清表后

17、的地基压实质量，提高原地面地基承载力同时，在长螺旋支腿处外加设枕木，减少地基接触应力，防止长螺旋机走行挤压造成桩基断桩、变形。6 、钻头阀门打不开的预防措施 采用下开式钻头或其他先进工艺的钻头，防止泥浆回灌或砂粒，小卵石等卡住。调整桩长，令桩端穿过透水性好、高水头的砂土或卵石层进入粘土层。7、短桩及处理措施 施工不当造成桩顶标高低于设计标高并超过验标允许范围时，应采用接桩办法进行处理。开挖桩体周围土层至桩顶下10cm，接桩模板直径大于桩体直径200mm，剔平桩顶并用水冲洗干净，采用比桩体强度高一等级的豆石混凝土进行浇注至设计标高。施工过程中需注意保护好桩间土。8.冬季施工措施1、混凝土采用冬季

18、施工配合比，拌和时采用热水拌和，对混凝土运输罐车采取保温措施，保证混凝土的入模温度。2、对混凝土泵泵头、泵管采取保温措施，防止泵管中混凝土温度过低。3、对刚施工完成桩基及时覆盖土进行保温，防止拌合料在初凝前遭到冻结。4、施工完成的桩基或者施工完成清除保护土层和桩头后，应采用覆盖玉米秸秆，并在玉米秸秆上盖土的方法对桩间土和桩头进行保温，防止桩间土冻胀造成桩体拉断。9.安全保证措施1、钻机施工前，要对场地地基承载力进行检验，防止因地基承载力不满足要求导致钻机支腿下陷失稳，造成钻机倾覆。2、严格钻机操作规程，严禁违规操作。3、钻孔作业施工应做好孔口防护，防止人或异物坠入。4、夜间施工应有足够的照明。

19、5、高压泵管不得超压使用，防止高压泵管破裂。6、钻杆上的泥土要及时清理，防止坠下伤人。10.环境保护措施1、在距居民生活区较近的施工现场，必须采取必要的噪声控制设施，或将施工时间调整到非敏感时间段。2、生产和生活垃圾应采用密闭运土车运走，不得随意乱弃。3、夜间照明灯光应集中照射，避免灯光扰民。4、施工现场要注意洒水，避免扬尘。结束语:高纬度严寒地区的路基施工有其特殊性，有许多方法还值得我们研究，在今后的施工中还应认真总结。施工及验收依据:1客运专线铁路路基工程施工质量验收标准 TB10751-2010；2铁路工程基桩检测技术规程TB10218-2008；3 哈齐铁路客运专线基桩检测工作手册；4 哈齐客运专线混凝土工程质量控制手册；5 哈齐铁路客运专线设计文件。参考的规范及标准1长螺旋钻孔泵压混凝土桩复合地基技术规程DB13(J)31-2001；2哈大客运专线路基工程质量控制手册2007年10月。