CFG桩工艺性试验施工方案和实施细则 .doc

CFG桩工艺性试验施工方案和实施细则一、工程概述1、京沪高速铁路虹桥动车所路基软土地基加固采用CFG桩，工程量较大，为加快施工进度，确保CFG桩地基加固施工质量，对CFG桩地基加固进行试桩，采用长螺旋钻孔管内泵压CFG桩和振动沉管法CFG桩两种施工方案，每种方案各试桩3根。2、工程地质条件：区内地层均为第四系地层覆盖，系江河、湖泊、海相沉积形成，为黏土、粉质黏土夹粉细砂层，广泛分布淤泥质土，软土强度低、压缩性高，地基需加固处理。二、试桩内容依据设计图纸和施工现场实际情况，试桩位置拟设在虹桥动所（HQGDK0+900-HQGD1+000），按长螺旋钻孔管内泵压CFG桩和振动沉管法两种施工方案依次进行。试桩数量各为3根，形成一个独立的桩群，桩径50cm,正三角形（梅花形）布置，间距1.5m，桩长12m，待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工。三、试桩目的1、确定振动沉管桩机配重、提管速度、施打顺序、保护桩长、混凝土坍落度等施工参数；2、确定长螺旋桩机终孔电流、拔管速度、混凝土泵送压力以及混凝土坍落度等施工参数；3、总结出一套适合本地质的合理施工参数和确定终孔条件以指导下一步的全面铺开施工。四、机械及人员配备1、施工机械（1）长螺旋钻管内泵压CFG桩施工采用CFG20C型液压步履桩机。CFG20C 液压步履桩机主要参数项目技 术 参 数参数1钻孔直径（mm）3006002最大钻孔深度（m）203最大提升力（KN）2404立柱允许倾斜角度305立柱有效长度（m ）237106动力头功率（KW）4527钻杆转速（r/min）23.58动力头最大输出扭矩（KN.m）35.19行走步距（mm）150010回转角度180011工作状态地面允许最大坡度(o)2o（2）振动沉管CFG桩采用DZ60型振动打桩机，额定功率60KW,生产能力30m/h。主要技术参数见下表：DZ60 振动打桩机主要参数项目技 术 参 数参数1桩机电机功率（KW）602偏心轴转速（r/min）90011503偏心力矩（N.m）3002304激振力（KN）2763455空载振幅（mm）9.57.26允许拔桩力（KN）1507允许加压力（KN）1208重量（Kg）48409电源（100内）（KVA）17510外形尺寸（mm）1240158021402、人员配置（1）CFG20C型液压步履桩机单机作业每班由11人组成（其中电工、钳工可与相邻工点共用），其组织分工见下表。CFG20C型液压步履桩机单机劳力组织职务人数（人）职责范围班长1负责全面施工质量和安全；技术1负责施工、技术、质量、填写施工记录；步履桩机司机1负责操作液压步履桩机；前台操作工1负责前台操作;输送泵司机1负责操作混凝土输送泵；砼运输车司机2负责混凝土运输；后台操作工2负责后台操作；电工1负责电源、电路、工地照明及电气故障排除；钳工1负责维修保养机具设备。（2）DZ60型振动打桩机单机作业每班由11人组成（其中电工、钳工可与相邻工点共用），其组织分工见下表。DZ60型振动打桩机单机劳力组织职务人数（人）职责范围班长1负责全面施工质量和安全；技术1负责施工、技术、质量、填写施工记录；操作工6负责桩机操作；砼运输车司机2负责混凝土运输；供料工3负责倒运混凝土；电工1负责电源、电路、工地照明及电气故障排除；钳工1负责维修保养机具设备。五、原材料配合比选用混合料各种原材料必须满足规范标准和设计要求，通过检测选用的原材料分别为：上海海螺水泥股份有限公司P.O 32.5水泥。细骨料：江西赣江河砂。粗骨料：浙江新开源525mm碎石。粉煤灰：上海宝田。外加剂：亮海减水剂。水：DK1296+000DK1297+000池塘水。CFG桩桩身混合料28天龄期标准立方体抗压强度不小于15Mpa。 长螺旋钻管内泵压CFG桩坍落度要求：泵送混合料控制在160200mm。泵送混合料理论配合比：1：0.8：0.011：3.62：5.20：0.98（水泥：粉煤灰：减水剂：砂：碎石：水）。六、工艺流程及施工方法（一）长螺旋钻孔法施工1、工艺流程2、施工工艺及施工顺序（1）钻机就位：从已定好的2个轴线控制点引放定出每一个桩的桩位点，并撒白灰作好标识，经监理验线合格后开始钻机就位。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。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%。现场控制采用在钻架上挂垂球的方法测量该孔的垂直度，也可采用钻机自带垂直度调整器控制钻杆垂直度。每根桩施工前现场工程技术人员进行桩位对中及垂直度检查。满足要求后，方可开钻。（2）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地时，启动马达钻进，先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。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、位移和钻具损坏。根据钻机塔身架深度标记线进行成孔进尺深度控制，成孔到达设计标高时，停止钻进。（3）混合料搅拌：混合料搅拌采用厂拌，按照配合比进行配料，每盘料搅拌时间按照普通混凝土的搅拌时间进行控制。一般控制在90120秒，具体搅拌时间根据实验确定，电脑控制和记录。混合料出厂时塌落度可控制在160mm200mm。（4）灌注及拔管：钻孔至设计标高后，停止钻进，提拔钻杆后开始泵送混合料灌注，每根桩的投料量不小于设计灌注量。设专人指挥协调钻机操作手和混凝土泵操作手保证泵送混凝土和提升钻杆的默契配合，以确保成桩质量。钻杆芯管充满混合料后开始拔管，并保证连续拔管。施工桩顶高程宜高出设计高程3050cm，灌注成桩完成后，桩顶盖土封顶进行养护。在灌注混合料时，对于混合料的灌入量控制采用记录泵压次数的办法，对于同一种型号的输送泵每次输送量基本上是一个固定值，根据泵压次数来计量混合料的投料量。（5）移机：灌注时采用静止提拔钻杆（不能边行走边提拔钻杆），成桩时的拔管速度控制在2-3米/分钟，成桩过程连续进行，防止缩径和断桩。灌注达到控制标高后移机进行至下一根桩的施工，根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位正确。（6）现场试验：对于每盘混合料，试验人员都要进行塌落度的监测，合格后方可进行混合料的投料，在成桩过程中抽样作混合料试块，每台班做1组（3块）试块，测定其28天抗压强度。（7）扩大桩头：顶宽1.0m，长0.6m，施工时桩头0.6m范围挖除，现场浇注15砼。3、施工质量问题和控制措施（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: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,常发生堵管。因此,要注意混合料的配合比，坍落度应控制在160mm200mm之间。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。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。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。（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: 被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂; 钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动; 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:a.采取隔桩、隔排跳打方法;b.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；c.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；d.合理提高钻头钻进速度。（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。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。（4）桩端不饱满：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）加强施工过程中的监测：在施工过程中，应加强监测，及时发现问题，以便针对性地采取有效措施，有效控制成桩质量，重点应做好以下几方面的监测：施工场地标高观测。施工前要测量场地的标高，并注意测点应有足够的数量和代表性。打桩过程中则要随时测量地面是否发生降起。因为断桩常和地表隆起相联系。已打桩桩顶标高的观测。施工过程中注意已打桩桩顶标高的变化，尤其要注意观测桩距最小部位的桩。因为在打新桩时，量测已打桩桩顶的上升量，可估算桩径缩小的数值，以判断是否产生缩径和窜孔。对有怀疑桩的处理。对桩顶上升量较大或怀疑发生质量问题的桩应开挖查看，并做出必要的处理。（二）振动沉管法施工1、工艺流程施工工艺流程见“图-2 振动沉管CFG桩流程图”。2、施工工艺及施工顺序（1）桩机进入现场，根据设计桩长，沉管入土深度确定机架高度和沉管长度，配置时应适当高出设计桩长。振动沉管机沉管表面必须有明显的进尺标记（以米为单位）。（2）桩机就位，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%。（3）启动马达沉管到预定标高，停机。使桩管周围的土进行挤密或挤压。（4）沉管过程中做好记录，每沉 1m记录电流表上电流一次，对土层变化处予以说明（5）停机后立即向管内投料，直到混合料与进料口齐平。施工时，混合料的配比对桩的质量有很大的影响，一般情况下，不同成桩方法对配比的要求也不相同。当采用单管振动沉管法重复压拔管成桩时，先进行试验选择最佳配比，每盘料搅拌时间不少于1min，坍落度控制在35cm，桩顶浮浆厚度不大于20cm。（6）启动马达，留振5-10秒，开始拨管，拨管速度为1.2-1.5米/分钟（拔管速度为线速）如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率还可放慢，边振边拨，每拨管 1.0m1.5m停止拨管而继续振动，停拨时间510S。拨管过程中不允许反插，如上料不足，须在拨管过程中空中投料，以保证成桩后桩顶标高达到设计要求，成桩后桩顶标高应考虑计入保护桩。（7）沉管拨出地面，确认成桩符合设计要求后，用粒状材料湿粘土封顶，然后移机进行下一根桩的施工。（8）施工过程中，抽样做试块，试压28天抗压强度。（9）待桩体达到一定强度（一般3-7天），进行开槽及桩头处理。（10）桩头处理完毕后进行碎石褥垫层铺设，虚铺后采用静力压实。3、施工注意事项（1）、在饱和软土中成桩，桩机的振动力较小，但当采用连打作业时，由于饱和软土的特性，新打桩将挤压已打桩，形成椭圆或不规则形态，产生严重的缩颈和断桩。此时，应采用隔桩跳打施工方案。而在饱和的松散粉土中施工，由于松散粉土振密效果好，先打桩施工完后，土体密度会有显著增加。而且，打的桩越多，土的密度越大。在补打新桩时，一是加大了沉管难度，二是非常容易造成已打桩断桩，此时，隔桩跳打亦不宜采用。当满堂布桩时，不宜从四周转向内推进施工，宜从中心向外推进施工，或从一边向另一边推进施工。但仅凭打桩顺序的改变并不能完全避免新打桩的振动对已结硬的已打桩产生影响。此时，应采用螺旋钻引孔的方案，避免新打桩的振动造成已打桩的断桩。（2）、严格控制拔管速率。拔管速率太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不匀，桩项浮浆过多，桩身强度不足和形成混和料离析现象，导致桩身强度不足。故施工时，应严格控制拔管速率。正常的拔管速率应控制在1215米分。 （3）、控制好混合料的坍落度。大量工程实践表明，混合料坍落度过大，会形成桩项浮浆过多，桩体强度也会降低。坍落度控制在35厘米，和易性好，当拔管速率为1215米分时，一般桩顶浮浆可控制在10厘米左右，成桩质量容易控制。 （4）、设置保护桩长。使桩在加料时，比设计桩长多加05米，将沉管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混合料加振35秒，提高桩顶混合料密实度。上部用土封项，增大混合料表面的高度即增加了自重压力，可提高混合料抵抗周围土挤压的能力，避免新打桩振动导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小。 ( 5 )、拔管过程避免反插。在拔管过程中若出现反插，由于桩管垂直度的偏差，容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土影响桩身质量，应避免反插。 （6）在已打桩尚未结硬时，将标杆埋置在桩顶部的混合料中，待桩体结硬后，观测打新桩时已打桩桩顶的位移情况和上升量，以估算桩径缩小的数量，待已打桩结硬后，开挖检查其桩身质量并量测桩径。 （7）、成品保护：CFG桩施工完毕，待桩基达到一定强度（一般3-7天）后可进行开槽。剔除桩头时先找出桩顶标高位置，用钢钎等工具沿桩周向桩心逐次剔除多余的桩头，直到设计桩顶标高，并把桩顶找平，不可用重锤或重物横向击打桩体，桩头剔至设计标高处，桩顶表面不可出现斜平面。（8）桩尖的预制与埋设：桩尖一般采用钢模结合地模进行预制，桩尖的锥体部分埋入地模，柱体部分外露采用钢模，以便桩尖脱膜时地模免受破坏。为提高桩尖预制进度，一般要在桩尖混凝土内掺入早强剂。当桩尖达到设计强度后，方可采取小型挖掘机配合人工按技术放样位置进行埋设。桩尖应埋入地表下300mm左右，平面位置偏差控制在50mm之内。（9）桩机有效荷载的标定：为确保试桩一次成功，桩底进入持力层长度满足设计要求，在试桩前应对已配重桩机沉管处的抬架支撑力反力进行计算和标定，以确保桩体进入持力层抬架时沉管处的支撑反力。七、现场管理和监控要点CFG桩质量控制的主要对象是：桩长、强度、桩底是否到持力层这三项指标，现场管理和监控要点如下： 1、测量桩位前应对施工现场原始地面标高进行抄平测量，并用平地机平整碾压后放出各桩的准确位置，将线路纵坡、横坡考虑在内后，原地面标高控制在正负5公分以内。施工桩顶高程控制在高于设计垫层底标高30cm处。将施工区域进行划分，并将各桩进行编号，定机定人进行管理。2、布桩时，CFG桩的数量、布置形式及间距必须严格按设计要求。并遵循从中心向外推进施工，或从一边向另一边推进施工的原则。不宜从四周转向内推进施工。 3、对进场施工的所有长螺旋钻机在开钻前应由施工技术人员对标尺、刻画进行复核，消除标识误差。尤其是钻机初始标识要指定专人进行复查，防止操作人员弄虚作假、骗取米数。使用反差大的反光贴条每0.5米进行标识，粘贴在钻机导向架上，利于夜间记录人员识别读数。 4、指派责任心强、懂技术并经严格考核合格的员工对劳务队伍施工的CFG桩进行现场监控和记录。防止作业队伍偷工减料、暗中做手脚的现象发生。 5、现场管理人员每根桩都要根据桩机上的垂球目测导向架垂直度，以保证桩身垂直度不大于1%，确保桩体的正常受力。 6、长螺旋钻施工。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，一般先慢后快。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则容易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。 7、判断钻头是否到了持力层一般有两种方法：一是在桩机驾驶室观测电流的变化。钻机开始钻孔及软弱地层钻孔时，电流表指针在120130安，当钻头遇到持力层时，瞬间的电流将增大到160安以上，同时电压下降。此时，应判定钻头已达到持力层。二是在钻机旁直观观察。当钻头到达持力层时，钻杆上部的动力头发生颤动和轻微的摆动，钻机的动力明显减弱，此时，应判定钻头已达到持力层。 8、CFG桩成桩过程由现场值班人员指挥，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桩成吊脚桩。 9、严格控制拔管速率。拔管速率太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩，而拔管速率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和料离析现象，导致桩身强度不足。故施工时，应严格控制拔管速率。正常的拔管速率应控制在23米分钟。 10、整个施工过程中，应安排专职人员旁站监督，并作好施工原始记录（记录格式附后）。记录的内容主要有桩号、钻孔深度、地质土层变化情况、瞬间电流值、拔管速度、单孔混合料灌入量、堵管及处理措施、挤土效应、桩顶位移和标高变化等数据。 11、为控制提钻速度，应购置秒表配发到记录人员，钻孔时间、拔管速度、灌注混凝土时间应记录至秒。当天的记录每页必须由设备租赁方和项目队现场记录人当天进行相互签字确认。 12、提钻泵送过程中，旁站人员要经常敲打输送管，确认管内混合料是否充实，以保证桩体密实。 13、拔管过程避免反插。在拔管过程中若出现反插，由于桩管垂直度的偏差，容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土影响桩身质量。14、桩顶砼停灰面根据导向架上标识由值班人员判断，控制在桩顶标高以上0.5米位置。 15、控制好混合料的坍落度。大量工程实践表明，混合料坍落度过大，会形成桩项浮浆过多，桩体强度也会降低。坍落度宜控制在160mm200mm（可根据运送混合料的距离进行调整）和易性好。当拔管速率为23米分钟时，一般桩顶浮浆可控制在30厘米50厘米左右，成桩质量容易控制。桩身每方混合料掺加粉煤灰量控制在140kg180kg。16、设置保护桩长。在泵送混合料时，比设计桩长多加0.5米的料。将沉管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混合料加振35秒，提高桩顶混合料密实度，上部用土封项，增大混合料表面的高度即增加了自重压力，可提高混合料抵抗周围土挤压的能力，避免新打桩振动导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小。 17、在截取桩头前应准确测量桩顶标高，并在纵横向挂线标示桩头水平位置。凿除桩头时严禁单边打眼凿桩头，防止桩头成斜面或破损，截取后的桩头面应是水平面。清理桩间土和截取桩头时，应采取相应的预防措施，防止造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。 18、CFG桩施工中，每台班均须制作检验试件，进行28天强度检验，成桩28天后应及时进行单桩承载力或复合地基承载力试验，其承载力、变形模量应符合设计要求。 19、CFG桩施工属隐蔽工程，施工完毕后先进行自检，合格后报复检，复检合格报监理工程师签认后方可进行下一道工序施工。 20、 CFG桩成桩后,桩顶以上没有一米垫层情况下严禁大型机械进入。 21、现场纪录要求及注意事项 （1）现场记录人员应严格遵守项目部组织纪律和劳动纪律，上班时间必须坚守工作岗位，严禁脱岗。 （2）现场记录人员应认真填写CFG桩施工原始记录表，并在施工现场真实填写表中的各项施工内容（记录表格式附后）。 （3）施工范围应写明线路的具体里程和区域（区域是指由技术部门提前编制的）；施工单位应写明 X X作业队 X号钻机、钻机型号，并标明该区域的设计标高。 （4）桩号按工程部门编排的桩号填写。成孔时间和成桩时间按现场实际施工时间记录到秒。 （5）电流应记录钻头到持力层时瞬间的电流数据。 （6）CFG桩现场记录实行“双检制”。即项目部指派专人会同协作单位现场记录人员共同记录，实行每班核对，确认当班桩长，共同签认施工原始记录表，作为原始施工记录和劳务队伍验工计价的依据。 （7）当日记录的施工原始记录表应当天完善复核人、质检人、分项工程技术负责人的签字。 （8）各项记录必须真实、清晰、不得涂改表中记录的内容。八、CFG桩质量检验CFG桩施工的的各项允许偏差、检验数量及检验方法如下表规定：序号检验项目允许偏差施工单位检验数量检验方法1水泥、粉煤灰和粗细骨料品种、规格及质量满足设计要求每批抽样检验1组质量证明文件及抽样试验2混合料坍落度符合工艺试验确定每台班抽样检验2次现场坍落度试验3混合料强度符合设计要求每台班做1组试件28d标准养护抗压强度试验4施工数量、布桩形式满足设计要求全部检验观察、现场清点5每根桩的投料量不少于设计灌注量每根桩料斗现场计量或砼自动记录6桩的有效长度满足设计要求每根桩测量钻杆或沉管长度7桩身质量、完整性满足设计要求总数的10低应变检测8复合地基承载力满足设计要求总数的2，且每检验批不少于3根平板荷载试验9桩位（纵横向）50mm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