铁路客运专线路基CFG桩质量通病防治措施.doc

铁路客运专线路基CFG桩质量通病防治措施孔祥立、邱斌KX店11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111（中交隧道局三公司，南京 211100） 摘要 ：本文通过石武客运专线铁路路基CFG桩的施工，详细论述了在采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工过程中遇到的质量问题，并针对这些问题制定了相应的应对措施，大大提高了CFG桩的成桩质量，为后续CFG桩的施工积累了宝贵的经验。 关键词：铁路客运专线 路基 CFG桩 质量通病 原因分析 应对措施 1 前言CFG桩复合地基试验研究是建设部七五计划课题，于1988年立题进行试验研究，其成果于1992年由建设部组织鉴定，1994年被建设部、国家科委列为国家级全国重点推广项目。1997年被列为国家级工法，现已列入国家行业标准建筑地基处理技术规范( JGJ79-2002)。为进一步推广这顶新技术，国家投资对施工设备和施工工艺进行了专门研究，并列入“九五”国家重点攻关项目，1999年12月通过了国家验收。CFG (C-Cement ，F-Flyash ，G-Gravel) 桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。CFG桩是针对碎石桩承载特性的一些不足加以改进而发展起来的，刚性桩的性状明显，可以全桩长发挥侧阻，桩落在好的土层上时，具有明显的端承作用。桩的承载能力来自桩全长产生的摩阻力及桩端承载力，桩越长承载力愈高，桩土形成的复合地基承载力提高幅度可达4倍以上且变形量小，适用于承载能力要求较高的地基或软弱地基，是近年来新开发的一种地基处理技术。2 施工工艺及存在的问题CFG桩一般有三种成桩施工方法：振动沉管灌注成桩(适用于粉土、粘性土及素填土地基) 、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、中等密实以上的砂土) 和长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩。CFG桩最初施工时采用震动沉管打桩机，是基于震动沉管打桩机。该工艺的不足在于存在震动和噪音污染，遇厚砂层和硬土层难以穿透。为完善CFG桩的施工技术，1997国家立项研制开发了长螺旋钻机和配套的施工工艺，并得到了推广。特别是近几年来在我国高速铁路路基地基加固处理上得到了广泛的应用。2.1长螺旋钻孔成桩工艺在进行CFG桩施工前，应做好充足的施工准备，包括原材料（ 包括砂、碎石、水泥、粉煤灰、外加剂）在进场前须确定种类、品质，并送到实验室进行化验和做混合料配合比实验；施工前场地的平整、水电等需满足CFG桩施工要求，并按要求施放桩位。场地平整桩位测量放样钻机就位钻杆垂直度检查与调整钻孔至设计标高停钻混合料试件制作钻杆内充满混合料混合料拌和运输与泵送边提钻杆边泵压灌注混合料清钻泥、废浆移机到下一桩位桩间土开挖桩头处理桩体完整性检查桩体承载力抽检CFG桩验收CFG桩工艺流程图1）、场地整平。CFG桩施工前，要对场地进行整平并碾压，保证CFG桩机顺利就位。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，使平整后地面标高比桩顶高50cm左右。场地平整完毕后，必须用20t以上的压路机碾压，碾压密实至K0.85,以满足长螺旋钻机自重和抗钻机倾倒的要求。2）、测量放样。根据设计的加固范围及设计桩间距放设出CFG桩的点位，在桩位放样点处，用直径10mm的钢钎竖直打入成一20cm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），以便在钻孔过程中被泥土埋没后查找。对已整平的地面要进行标高测量（特别是桩位处标高），并做好记录，以确定桩底相对于场平面的深度。3）、钻机就位钻机就位后使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG桩垂直度不大于1%。在钻机上挂垂球的方法，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）、钻进按设计桩径、间距、桩深成孔,根据地面标高、桩顶标高推算出钻孔深度。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，同时随时检查钻杆的垂直度、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。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。钻孔弃土应及时转运到指定场地。5）、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1620cm,搅拌时间要在60120s。泵送混凝土，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22.5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身加桩头的体积。6）、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采用后退移动施工顺序。根据钻机的具体情况，一般钻4、5个孔移动一次钻机。7）、清除钻泥在钻孔过程中必须随时清除钻泥，并待钻机移位后把剩余的钻泥立即清除。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%后，方可进行下一步工序。8）、开挖桩间土和截桩头桩间土开挖时，挖掘机易碰撞桩头造成浅层断桩，待强度达到设计强度的80%后，使用小型挖掘机（斗宽0.6m）开挖桩间土。然后使用切割机对桩进行切割，先围四周环切一周，达到一定深度后停止切割。用钢凿放在锯缝处，在桩两侧以圆心为对称点同时锤击桩头，待桩头打掉后，再人工凿平桩头表面。9）、桩的检测桩身完整性检测，CFG桩桩身完整性采用低应变动力试验检测，桩的检测率10，根据检测结果判定桩身完整性；CFG桩混合料强度检测：每台班制作混合料标准立方体试件3组，标准养护56d后，进行试件抗压强度检测。根据检测结果判定其质量情况；CFG桩地基静力载荷试验：分别进行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。10）、 CFG 桩复合地基验收施工结束后，对桩顶标高、桩位、桩体强度及完整性、复合地基的承载力以及碎石垫层的质量进行检查验收。2.2 存在的问题根据设计要求，在CFG桩正式施工之前必须进行工艺试验。在工艺试验及前期正式施工过程中先后出现过堵管、窜孔、桩头空芯、缩径、断桩等问题，如果不认真分析原因，彻底解决这些问题，将直接影响后续CFG桩的施工。3 问题原因分析及应对措施3.1堵管堵管是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺常遇到的主要问题之一。它直接影响CFG桩的施工效率,增加工人劳动强度,还会造成材料浪费。特别是故障排除不畅时,使已搅拌的CFG桩混合料失水或结硬,增加了再次堵管的几率,给施工带来很多困难。产生堵管的原因有以下几点：1) 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,粗骨料粒径过大时常发生堵管。因此,要注意混合料的配合比,尤其要注意将粉煤灰掺量控制在140 kg/ m3155 kg/ m3的范围内,坍落度应控制在160 mm200 mm 之间，粗骨料粒径控制在3cm以内。2) 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。3) 施工操作不当。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、硬管内混合料连续时提钻。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) 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。冬施时,有时会采用加热水的办法提高混合料的出口温度,但要控制好水的温度,水温最好不要超过60,否则会造成混合料的早凝,产生堵管,影响混合料的强度。5) 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,否则也会造成堵管。混合料输送管要定期清洗,否则管路内有混合料的结硬块,还会造成管路的堵塞。6）电压低。一工班1#机由于前期和2台管桩打桩机共用一台变压器，使用的电缆也比较细,导致设备供应电压低，经常发生堵管，后来通过增加1根线缆和提高变压器电压来保证施工电压，取得了良好的效果。7）施工输送管过长。控制混合料输送管长度，一般长度不易超过100m。输送管过长容易发生堵管现象3.2 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。发现窜孔的条件有如下三条:1) 被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂;2) 钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动;3) 土体受剪切扰动能量的积累,足以使土体发生液化。 由于窜孔对成桩质量的影响,施工中采取的预控措施:1) 采取隔桩、隔排跳打方法;2) 设计人员根据工程实际情况,采用桩距较大的设计方案,避免打桩的剪切扰动;3) 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;4) 合理提高钻头钻进速度。3.3、断桩的原因分析和处理 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被堵；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）桩间土开挖时，挖掘机碰撞桩头、截除桩头时人为的破坏都易造成浅层断桩。 浅层断桩处理方法防止断桩的方法：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）桩间土开挖时，挖掘机易碰撞桩头造成浅层断桩，待强度达到设计强度的80%后，使用小型挖掘机（斗宽0.6m）开挖桩间土。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。 4 结束语CFG桩长螺旋钻机成孔施工方法是近年来发展起来的一种地基处理方法,在客运专线路基地基处理施工中的应用已经开始，其适用性仍有不成熟的地方,现场实际施工时要特别注意对施工过程中出现问题的原因分析和经验总结,忽视任何一项都