水泥粉煤灰碎石桩(CFG)施工技术在高速公路的应用.doc

水泥粉煤灰碎石桩（CFG）施工技术在高速公路的应用【摘要】水粉煤灰碎石桩，英文名Cement Fly-ash Gravel Pile即CFG桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，使用成桩机械制成的可变强度桩。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C10-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。水粉煤灰碎石桩和桩间土一起，通过褥垫层形成水粉煤灰碎石桩复合地基共同工作。随着公路工程的飞速发展，软土地基处理手段越来越多样化，CFG复合地基由于充分利用桩间土和桩的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。本文就针对目前CFG桩施工工艺技术做一些简单介绍【关键词】水泥粉煤灰碎石桩 CFG桩 复合地基 振动成管 长螺旋压注砼一、CFG桩对原材料的要求桩体主体材料为碎石，并符合设计级配要求，其中选用的水泥、粉煤灰、及外加剂等原材料均应符合设计要求，并按相关规定进行检验。1、材料要求：碎石： 粒径为531.5mm，按普通混凝土的技术要求。中砂： 按普通混凝土的技术要求。粉煤灰：采用级以上粉煤灰。水泥： 用32.5级以上的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥，新鲜无结块。2、室内配合比试验根据设计要求，提前对混合料进行试验室配合比试验及无侧限抗压强度试验等,确定各种材料的掺配比例以指导施工。当采用振动成管灌注成桩时，混合料的坍落度宜为3-5cm，可用减水剂调成9-12cm的塌落度，便于用灌车运输；当采用长螺旋钻孔，管内泵压混合料成桩时，混合料的坍落度宜为16-20cm；桩体同配比室内试块28天无侧限抗压强度不低于设计强度，90天单桩承载力、单位复合地基承载力对应于桩间距均不小于设计要求。二、施工工艺流程及技术要求1、施工准备首先核查地质资料，结合设计参数，选择合适的施工机械和施工方法。进行满足桩体设计强度的配合比试验，确定各种材料的施工用配比。平整场地，清除障碍物，标记处理场地范围内地下构造物及管线。测量放线，定出控制轴线、打桩场地边线并标识。施工前清除地表耕植土，进行成桩工艺试验，确定施工工艺和参数。2、施工顺序CFG桩施工一般优先采用间隔跳打法，也可采用连打法。具体的施工方法由现场试验来确定。连打法易造成邻桩被挤碎或缩颈，在粘性土中易造成地面隆起；跳打法不易发生上述现象。土层较硬时，在已打桩中间补打新桩，可能造成已打桩被振裂或振断。在软土中，桩距较大可采用隔桩跳打，但施工新桩与已打桩时间间隔不少于7d；在饱和的松散粉土中，如桩距较小，不宜采用隔桩跳打；全长布桩时，应遵循由“由一边向另一边”的原则。 3、根据目前施工设备及适用环境，主要存在两种施工工艺，分别是：振动沉管灌注施工工艺、长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工工艺，下面就这两种施工工艺分别进行介绍：3.1振动沉管灌注施工工艺振动沉管打桩机适用于粘性土、粉土以及淤泥质土。工艺流程图见下：投 料振动拔管封 顶移 机桩机就位沉 管施工场地平整测量放样，绘制布桩图材料试验CFG桩混合料拌合制作试件计量投料配合比确定成桩28天检测振动沉管CFG桩施工工艺流程图（1）放线布桩、移机就位：根据定位控制点、轴线及桩位布置图，用钢尺量距定出桩位，并用16的钢钎打200mm深孔，灌白灰以作标记。根据施工图开始按照正三角形布置，桩间距由密到疏进行渐变。桩机就位须平整、稳固，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%。（2）沉管造孔、填料加密：沉管过程中注意桩机的稳定，严禁倾斜和错位，观察沉管的下沉速度是否正常。若有异常情况应分析原因，及时采取措施。沉管过程中做好记录，激振电流每沉1m记录本一次和沉管所耗的总时间，严格控制最后30s电机的电流电压值。对土层变化处理作特别说明，直到沉管至设计标高。当沉管到达设计深度或持力层时，应判定该深度或贯入度是否已达到规范规定和设计要求，或试桩时规定的并经设计认可的要求，满足了这些要求和规定，方可终止沉管。该工程控制贯入度标准为每30秒加压一次，最后30秒贯入度4-5cm。沉管达到要求深度后，立即填灌桩芯混合料，尽量减少间隔时间。在沉管过程中可用料斗进行空中投料。待沉管至设计标高后须尽快投料，直到管内混合料面与钢管投料口平齐。如上料量不够，须在拔管过程中空中投料，以保证成桩桩顶、桩高满足设计要求。控制管内混合料面不低于自然地面。填料量应按沉管外径和桩长计算出的体积再乘上充盈系数值（大于1.3）。 （3）成桩及质量控制当混合料填加至钢管投料口平齐后，先振动510s，再开始拔管，边振边拔，每拔0.51.0m，停拔留振510s，如此反复，直至沉管全部拔出。沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制，拔管速度应控制在1.21.5m/min。沉管拔出地面后，若发现桩身填料超出桩的设计顶面甚多或溢出地面较多，应及时核实充盈系数，若充盈系数小于1，则可认为桩身可能存在缩径或断桩隐患，应及时研究补救措施。若发现桩身填料面低于设计标高，应立即补填填料使其顶面高于设计标高0.5m，并用振捣器振实。补填填料时，应将桩顶上的浮土清理干净，必要时可向孔内先插入钢模，再清理浮土。确认成桩符合设计要求后用粒状材料或混粘土封顶，然后移机继续下一根桩施工。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，隔桩跳打亦不宜采用。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1.21.5m分，不允许反插。控制好混合料的坍落度。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912cm，和易性好，当拔管速率为1.21.5m分时，一般桩顶浮浆可控制在10cm左右，成桩质量容易控制。设置保护桩长，给桩在加料时，比设计桩长多加0.5m，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。上部用土封顶，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。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。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： a、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。b、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。C、对有怀疑的桩的处理。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。3.2长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工工艺该工艺属于非挤土桩，采用长螺旋成孔，适合于底层范围广且不受地下水位影响，成孔后泵送混凝土成孔，该工艺最大优点是噪声小，施工速度较快，可以穿透砂层等相对较硬的地层。1、工艺流程图见下图：2、施工步骤（1）钻机就位 CFG桩钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，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%。（2）混合料搅拌混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确，拌合时间不得少于2min。混合料加水量和坍落度（设计要求长螺旋钻管内泵压混合料法施工时，坍落度控制在1620cm）根据采用的施工方法按工艺试验确定的参数进行控制。在泵送前混凝土泵料斗应备好熟料。 成桩28天后检测钻机移位均匀拔钻至桩顶施工场地平整泵送混合料停钻钻进至设计深度钻机就位测量放线，绘制布桩图材料试验CFG桩混合料拌合制作试件计量投料配合比确定长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺流程图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。灌注及拔管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少于设计灌注量。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。 三、CFG桩复合地基验收CFG桩施工完毕，一般在28天后对CFG桩和CFG桩复合地基进行检测。检测包括低应变对桩身完整性检测和静载荷试验对承载力检测。静载荷试验检测数量一般为总桩数的0.51.0%，且单体工程不少于3组，低应变检测数量一般为桩数的10%。检测时试验点应随机分布的原则选取。在CFG桩静荷载检测中发现个别桩承载力小或沉降大，经低应变检测发现这类桩多为断桩或严重缩径的缺限桩。为保证载荷试验的代表性，进行载荷试验的桩在试验前应进行低应变检测，保证所检桩为完整桩。另外由于地层原因或工艺原因造成大量的缺限桩时，宜增大低应变抽检量。另外CFG桩验收还应包括桩数、桩位偏差、褥垫层厚度及其夯实度、桩体试块抗压强度等内容，这些在验收时往往被忽略。在湿陷性黄土地区CFG桩检测中，根据静荷载试验取得的复合地基承载力特征值是地基土在天然含水量情况下的承载力特征值，当地基浸水时，桩侧摩阻力将会有不同程度的降低，所以检测报告中应注明其承载力特征值为地基土在天然含水量状态下的承载力特征值；个别工程中桩身上部置于自重湿陷性地层中，根据静荷载试验取得的复合地基承载力特征值或单桩承载力特征值应不但要扣除自重湿陷性地层部分的正摩擦阻力，还要扣除负摩擦阻力，负摩擦阻力扣除时，长螺旋成孔工艺可按-10KPa（自重湿陷量的计算值70200mm时）或-15KPa（自重湿陷量的计算值200mm）扣除。沉管成孔对桩间土有挤密作用，在湿陷性黄土场地甚至自重湿陷性场地，选用长螺旋成孔工艺，甚至个别工程桩身整体置于自重湿陷地层中。有的工程CFG成孔工艺选择不当，例如在易缩径地层中选用沉管成孔而且成孔未隔孔跳打，导致大量桩缩径或断桩。 四 结束语高速公路在施工中上遇到的复杂地质情况越来越多，路基桥涵基础的稳定性越来越重要，在各种软土基础处理的施工方法比较下，CFG桩表现出较大的优势，由于CFG桩改善了碎石桩的刚性，使其不仅能很好地发挥全桩的侧阻作用，同时也能很好地发挥其端阻作用。CFG复合桩与桩基相比，由于CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩与桩间土的联合承载