水泥粉煤灰碎石桩施工工艺.docx

水泥粉煤灰碎石桩摘要：本文结合#城际铁路工程软基处理的施工方法，论述CFG桩在软基处理中的施工要点。关键词：#城际铁路；软基处理；CFG桩；施工要点1、 加固机理及工艺优点水泥粉煤灰碎石桩(CementFly-ashGravelpile),简称CFG桩,是由水泥粉煤灰碎石桩、桩间土和褥垫层构成的一种复合地基。CFG桩和桩间土一起,通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作。其加固机理为:当基础承受垂直荷载时,桩和桩间土均会发生沉降变形,桩的变形模量(Es)远比土的变形模量大,也就是桩的变形比土小，桩在受力后向上位移,刺入基础下部设置的一定厚度的褥垫层中,垫层被不断调整并与桩间土良好接触,从而基础通过褥垫层也与桩间土保持良好接触,由此,桩间土与桩协同工作形成了一个复合地基的受力整体,共同承担上部基础传来的荷载。由于桩的作用使复合地基承载力提高,变形减小,再加上CFG桩不配筋,桩体采用工业废料粉煤灰作掺和料,大大降低了工程造价。CFG桩地基通过改变桩长、桩距、褥垫厚度和桩体混合料配比，可使复合地基承载力幅度的提高有很大的可调性。综合来看，CFG桩复合地基具有沉降变形小、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,是一种有效的复合地基处理技术,得到越来越广泛的应用。2、 适用范围适用于处理黏性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按当地经验或通过现场试验确定其适用性。采取适当技术措施后亦可应用于刚度较弱的基础以及柔性基础。3、 施工工艺选择根据工程实际情况，水泥粉煤灰碎石桩可选用水泥粉煤灰碎石桩常用的施工工艺包括长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩、振动沉管灌注成桩及长螺旋钻孔灌注成桩三种施工工艺。适用情况如下：1）长螺旋钻孔灌注成桩， 适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的桩土.2）长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩， 适用于粘性土、粉土、砂土， 以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地.3）振动沉管灌注成桩， 适用于粉土、粘性土及素填土地基.4、 工程概况及地质特征#城际铁路项目正线设计为双线客运专线铁路，设计速度250km/h，其中位于标段DK224+779.68DK224+992.8段为平原区，为填方路堤，地下水位高，地下为黏土、粉质粘土、砂性土，采用CFG桩路基加固。桩长8-14m，桩径400mm，采用c20混凝土。5、施工工艺5.1施工工艺流程图以长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺为例，其工艺流程参见图-15.2施工准备5.2.1成孔机械的选择本施工段内CFG桩设计长度的范围在8m14m之间,据此选择了CFG20-400m步履式长螺旋钻机,主要参数:钻孔直径400 mm、最大成孔深度20 m,动力头功率45 kW2。5.2.2施工资料施工前应准备好工程地质勘查报告、建筑物场地临近的高压电缆及地下管线障碍物等调查资料、地基处理方案、施工组织方案、CFG桩复合地基施工图、施工中各种记录、报审、报验表格等。5.2.3现场管线复核施工前应根据业主提供的施工现场管线图纸进行现场复核，对其进行必要的迁改或安全保护。5.2.4地表处理桩基施工前，应清除路基加固范围内的地表腐殖土等。然后进行整平压实，场地整平高程高出设计CFG桩设计桩顶标高50cm，采用20t以上压路机分层压实，压实度满足设计及规范要求。现场场地应“三通一平”保证正常施工。打桩作业场地应沿线路纵向在布桩范围2.5m外设置排水沟，并沿线路垂直方向每隔3050m布置横向排水沟，保证场内不积水。5.2.5配合比确定和工艺性试验施工前，根据设计图纸要求、试桩的情况及室内配合比试验，确定CFG桩混合料配合比、泵送混合料塌落度及搅拌时间等。大面积施工前，根据不同地质情况、不同桩长地段，进行至少3根工艺性试桩，验证成孔、混凝土拌制、钻进速度、提管速度等施工工艺参数，同时验证设计参数。满足设计和规范要求，报经监理工程工程师批准后方可进行大面积施工。5.2.6测量放样按照设计图纸进行布置桩位，用全站仪按20m为一个段面测放桩位，每个段面确定四个角点桩位，用钢钎打入深度约50cm，尼龙线纵横方框固定，钢尺量测2m桩位，撒白灰或者用竹签插入标记。图-2桩位放样5.2.7确定施打顺序及桩机行走路线根据设计图纸、现场场地情况及机械设备特性等确定施打顺序及桩机行走路线。5.3成桩工艺5.3.1钻机就位在钻机架上准确画出每米的深度标示线，在钻头落地的情况下准确标示出“零”起点的位置并在钻机表面做好明显的深度标计。调整钻机水平并固定，专人检查将钻头锥尖对准桩位中心点；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%,桩位偏差不大于50mm。现场控制采用钻机自带垂直度调整器控制钻杆垂直度。每根桩施工前进行桩位对中及垂直度检查。满足要求后，经现场施工技术员确认，方可开钻。图-3钻机就位5.3.2混合料拌制混合料搅拌要求按配合比进行配料，上料顺序为：先装碎石，再加水泥、粉煤灰和泵送剂，最后加砂，使水泥、粉煤灰和泵送剂夹在砂、石之间，每盘料拌合时间不小于65s。坍落度控制在18020mm，具体搅拌时间根据试验结果确定。混合料由搅拌站集中拌制，然后用混凝土运输车运至施工现场5.3.3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，启动马达钻进。一般应先慢后快，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时纠正。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。当钻头到达设计桩长预定标高时，在动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制孔深的依据。当动力头底面达到标记处桩长即满足设计要求。施工时还需考虑施工工作面的标高差异，作相应增减。图-4钻机成孔5.3.4混合料灌注CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆心充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在23m/min，成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。灌注成桩完成后，桩顶采用湿黏土封顶，进行保护。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。图-5提升钻杆 图-6混合料灌注 5.3.5移机当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。施工时由于CFG桩的土较多，经常将临近的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑时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，还应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。5.4开挖和检验5.4.1桩间土开挖CFG桩桩体强度达到设计强度的70%后方可进行桩间土开挖及清运，桩间土采用小型挖机配合人工开挖，清除保护土层时不得扰动基底土施工，防止形成橡皮土，施工时严格控制标高，不得超挖，从横向方向采用小挖掘机开挖，靠近桩周围预留20cm采用人工清除桩间土，小型自卸车运至弃土场，开挖过程中不能触动桩身和桩头。图-7桩间土开挖完成5.4.2桩头截除、修整保护土层清除后，截除桩顶设计标高以上桩头，截桩时在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎，用大锤同时击打将桩头截断，有条件情况下采用截桩机截桩，桩头截断后，用钢钎、手锤将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高，桩顶允许偏差0+20mm。图-8环切截桩 图-9和截桩后桩头5.4.3桩基检测及验收1）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2）低应变检测(1)桩头的处理,桩头处理好坏直接影响测试信号的质量,要求受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸与桩身设计条件基本相同,凿除桩顶浮浆及松散、破损的部分,露出坚硬的混凝土面,桩顶表面平整干净无积水。(2)传感器安装点及激振锤击点:传感器安装点在距桩中心约2/3半径处,激振点在桩的中心,安装点及激振点表面用砂轮机打磨光滑,传感器用耦合剂粘结,粘结层尽可能薄,传感器底安装面与桩顶面紧密接触。安装点与激振点平面夹角等于或略大于90 。(3)检测:检测时用力锤进行连续均匀4次激振(锤头锤垫均采用工程塑料),实测出时域或幅频信号特征,以确定桩身完整性。2）复合地基承载力检测CFG桩的承载力检测应在成桩28天桩基完整性检测后进行，复合地基承载力的检测采用平板载荷法进行，按极限强度进行加载试验，进行多级加载试验，每级载荷相等，加载前后承压板沉降观测一次，以后每30min读记一次，当一小时内沉降量小于0.1 mm时视为稳定标准并进行下一级加载，加载至沉降变形急剧增大或者超过双倍荷载两级无沉降变形时停止加载。6、资源配置6.1主要机械设备选择施工机械，应考虑工程特点、地质、工期等因素，经济合理地确定。表6-1施工需要投入机械设备表序号设备名称规格型号单位数量用途1液压步履式长螺旋钻机CFG20-400m台根据需要配置成孔设备2地泵HBT60台根据需要配置灌注设备3柴油发电机100kw台根据需要配置供电设备4小型挖基cat60台根据需要配置辅助开挖5环切截桩机600型台根据需要配置截除桩头6.2施工人员配备每台钻机每班组人员配备如下表5-2，施工现场根据施工进度要求配备钻机。表6-2一台步履式长螺旋钻机主要人员配置序号人员分工单位数量作业内容1工班长人1负责施工现场的施工管理，人员、机械的调配及各施工环节的组织与协调2钻机操作手人1负责钻机成孔、拔管等钻机工作3泵机操作手人1负责控制混合料灌注4协助工人3负责对桩位、清理钻杆土方等5电工人1负责现场用电6技术员人1负责现场记录及资料的收集7施工质量控制措施1）CFG桩成桩过程由现场工程技术人员指挥，桩机操作手和地泵操作手密切配合，按照先泵料后拔管的原则，防止CFG桩因先拔管后泵料而成吊脚桩。2） 严格控制提钻速度：提钻速度过快可能导致桩径偏小或缩径断桩，而提钻速度过慢又会造成水泥浆分布不匀，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。项目部选用三一闸板混凝土输送泵，其技术参数为：冲程1米，一次冲程为3秒，活塞直径为15cm。一次冲程输送量为：，一分钟混凝土输送量为：因此提钻速度拟定为：。在实际施工中，结合地层能力，提钻速度一般控制在2m3m/min。如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度适当放慢。混合料坍落度182cm，并采取措施防止混合料泌水离析，保证成桩径均匀。3)钻杆的垂直度在开钻前应仔细复合调整，其偏差不大于。在钻机过程中及时观测钻机垂直度，偏差过大及时调整。4)钻进应先慢后快，钻机过程中发现难钻或钻杆摇晃时应慢进，防止桩孔偏斜，位移及造成钻具损坏。5)在CFG桩试桩时，查看地质情况，再地质情况允许时可以采用逐桩施工。逐桩施工可以避免第二遍桩机就位对已施工的桩的积压破坏。如果地下水位高且桩身范围内存在砂性土，为防止造成串孔，采用隔桩跳打的施工方法。注意桩机就位时对已施工桩的保护。6)CFG 桩施工完毕后，待桩体达到70%强度后（一般为7d），方可进行开挖。开挖时，宜采用人工开挖，如开挖面积较大，可采用小型机械和人工联合开挖，应有专人指挥，保证小型机械离桩边应有一定的安全距离，同时应避免扰动桩间土和对设计桩顶标高以下的桩体产生损害。7)挖至设计标高后，应剔除多余的桩头，剔除桩头时应采取如下措施：（1）找出桩顶标高位置，在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎，用大锤同时击打，将桩头截断。桩头截断后，再用钢纤、手锤等工具沿桩周向桩心逐渐剔除多余的桩头，直至设计桩顶标高，并在桩顶上找平。（2）不可用重锤或重物横向击打桩体。（3）桩头剔至设计标高，桩顶表面应凿至平整。（4）桩头剔至设计标高以下时，必须采取补救措施。如断裂面距桩顶标高不深，可接桩至设计标高。同时保护好桩间土不受扰动。8)保护土层和桩头清除至设计标高后，应尽快进行褥垫层的施工，以防桩间土被扰动。9)冬期施工时，保护土层和桩头清除至设计标高后，立即对桩间土和CFG桩采用草帘、草袋等保温材料进行覆盖，防止桩间土冻涨而造成桩体拉断，同时防止桩间土受冻后复合地基承载力降低。8、施工安全环保措施8.1安全生产注意事项（1）机械设备操作人员（或驾驶员）必须经过专门训练，熟悉机械操作性能，经专业管理部门考核取得操作证或驾驶证后上机（车）操作。（2）机械设备操作人员和指挥人员严格遵守安全操作技术规程，工作时集中精力，谨慎工作，不擅离职守，严禁酒后驾驶。（3）机械设备发生故障后及时检修，决不带故障运行，不违规操作，杜绝机械和车辆事故。（4）专业电工持证上岗。电工有权拒绝执行违反电器安全规程的工作指令，安全员有权制止违反用电安全的行为，严禁违章指挥和违章作业。（5）所有现场施工人员佩戴安全帽，特种作业人员配戴专门的防护用具。（6）所有现场作业人员和机械操作手严禁酒后上岗。（7）施工现场所有设备、设施、安全装置、工具配件以及个人劳保用品必须经常检查，确保完好和使用安全。8.2环保措施（1）易于引起粉尘的细料或松散料运输时用帆布、盖套等遮盖物覆盖。（2）施工废水、生活污水不直接排入农田、耕地、灌溉渠和水库，不排入饮用水源。（3）使用机械设备时，要尽量减少噪声、废气等的污染；施工场地的噪声应符合建筑施工场地界噪声限值（GB l2523-2011）的规定。（4）受工程影响的一切公用设施与结构物，在施工期间应采取适当措施加以保护。（5）驶出施工现场的车辆应进行清理，避免携带泥土。9、施工常见问题分析和处理方法9.1问题原因及预防措施9.1.1堵管严格控制混合料坍落度，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。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除，待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。若提钻较晚，在泵送压力下钻头处水泥浆液被挤出，容易造成管路堵塞。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。9.1.2窜孔在饱和粉土、粉细砂层中成桩经常会遇到下面情况，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号的桩顶开始回升，此现象为窜孔。预防措施如下：（1）采取隔桩、隔排的跳打方式；（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）合理提高钻头钻进速度。9.1.3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。预防措施如下：（1）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。9.1.4桩端不饱满主要是因为先提钻后泵料所致。导致CFG桩桩端承载力。为杜绝这种情况，施工中前、后台工人应密切配合，保证提钻和灌料的一致性。9.1.5缩径在饱和软土中成桩, 施工顺序顺序不当，如连续施打时，新打桩对已桩的作用主要表现为挤压,使得已打桩被挤成椭圆形或不规则形,产生严重的缩颈、甚至断桩；提钻速度太快。（1）严格控制拔管速度，在黏土或地下水丰富的施工中，应保持钻头拔管速度在0.5m/min左右；（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）严格控制清表后的压实质量，提高原地面地基承载力。9.1.6扩经在饱和的粉土或砂土层中施工时，在剪切作用下，桩周土坍孔形成空洞，由桩体混凝土侧向膨出充填形成桩体扩径；桩周土为软土时受混凝土挤压影响导致扩径。预防措施如下：（1）施工前充分了解场地地层情况，桩身深度范围内有饱和粉土、砂土或软土时应尽可能降低、减少振动；（2）采用小叶片螺旋钻杆成孔，快速钻进，减少剪切能积累并对桩间土具有一定的挤密作用；（3）合理控制混凝土压灌压力，使扩径的部位混凝土密实形成有益扩径。9.1.7断桩野蛮挖土，挖掘机械不当，基桩受扰动碰撞，在剪力作用下断裂；提钻过高造成断桩，泵送混凝土料与提钻速度匹配不合理造成断桩；成品保护不力、冬季冻涨；截断桩头施工方法不合理。预防措施如下：（1）要严格按不同土层进行配料，搅拌时间要充分，每盘至少3min。（2）控制拔管速度，一般1.215m/min。 （3）混合料的供应有两种方法。一是现场搅拌，一是商品混凝土。但都应注意做好季节施工。雨期防雨，冬期保温，都要苫盖，并保证灌人温度5以上(冬期按规范)。（4）冬期施工，在冻层与非冻层结合部(超过结合部搭接10m为好)，要进行局部复打或局部翻插，克服缩颈或断桩。（5）桩体施工完毕待桩达到一定强度(一般7d左右)，方可进行开槽。开槽要合理选择施工方案及施工机械，（6）截桩头时可采用大锤击打对称钢钎的方法或切割片环切工艺。9.2缺陷处理出现桩体缺陷