CFG桩施工讲解PPT课件

1 软基础处理中CFG桩施工讲解 长昆二分部 2 软土地基处理 概述 在建筑工程和土木工程中经常会遇到软土地基 由于高速铁路的发展 对地基的承载能力要求越来越高 天然的软土地基远远不能满足对地基承载力的要求 施工之前如果地基不够坚固 为防止建筑后地基下沉拉裂造成建筑物不稳定等事故 需要对软地基进行处理 使其沉降变得足够坚固 提高软地基的固结度和稳定性至设计的要求 这个过程叫做软基处理 又叫软地基处理 据历史记载早在二千多年前就己采用了在软土中夯入碎石等压密土层的夯实方法 灰土和三合土的垫换法也是传统的建筑技术之一 在地基处理中经常会遇到这样的问题 就是对软土的特性认识不足 或是选择处理方法不当 技术控制不严 那么结构和基础在施工过程中就会出现地基失稳 并会产生较大的沉降和不均匀沉降 以及较大的延续长久的工后沉降 因此 合理有效的处理软土地基己成为工程建设中的一个关键问题 3 软土地基处理 概述 我国对软土地基的处理按时间顺序分为几个不同的阶段 在20世纪70年代以前 受技术发展不成熟 经济条件贫乏的限制 大多是在设计中有意识地避开软土地段进行建设 以免加大工程投资 又给建筑物的使用带来不良后果 20世纪80 90年代 由于人口膨胀土地资源日益紧张 同时软土地基加固的技术也有了长足的发展 经济条件有所改善 各种软土加固理论得到了充分的应用与验证 软基加固技术也得到长足发展 在不同的领域里均有涉猎 到20世纪90年代以后 各种各样的软基处理技术已广泛地应用在各种建筑工程与土木工程中 软土地基下沉的一个主要原因是软土地基的沉降 包括瞬时沉降 固结沉降和次固结沉降三部分 根据沉降标准 按我国现行的有关规定 用容许工后沉降 路面设计使用年限内的剩余沉降来控制 4 软土地基处理 概述 新建时速200 250公里客运专线铁路设计暂行规定 铁建设140号规定 工后沉降 有碴轨道基础设施竣工铺轨工程 包括铺碴 开始时的沉降量与最终形成的总沉降量之差 工后沉降控制标准 5 软土地基处理 概述 新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定 铁建设285号规定 工后沉降控制标准 6 软土地基处理 概述 新建时速300 350公里客运专线铁路设计暂行规定 铁建设47号规定 工后沉降 有砟轨道基础设施竣工铺轨工程 包括铺砟 开始时的沉降量与最终形成的总沉降量之差 无砟轨道在铺轨工程完成以后 基础设施产生的沉降量 工后沉降控制标准 7 软土地基处理 概述 铁路路基设计规范 TB10001规定 工后沉降 路基竣工铺轨开始后产生的沉降量 工后沉降控制标准 8 软土地基处理 概述 公路软土地基路堤设计与施工技术规范 工后沉降 9 软土地基处理 概述 一 一般而言 软土是指近代水下沉积的饱和粘性土 是淤泥 淤泥质粘土 淤泥质粉土 泥炭 泥炭质土等一类土体的简称 广泛分布在我国沿海内陆平原或山间盆地 不同地域软土的成因 结构和形态各不相同 但都具有基本相同的物理力学特征 天然含水量高 天然孔隙比大 渗透系数小 压缩性高 强度低 可呈灵敏性结构 具体该如何定义软土 各行业部门如建筑 铁路 公路 港工等 根据行业特点和习惯 给出的定义或判定条件不尽相同 概而言之 工程界通常口语称呼的软土指天然含水量高 孔隙比大 压缩性高 承载力低的土 我国建设部规定凡符合以下三项特征即为软土 外观以灰色为主的细粘土 天然含水量大于或等于液限 天然孔隙比大于或等于1 00 铁路工程地质勘察规范 TB10012 2007中规定 对于在静水或缓慢流水环境中沉积形成的粉土 黏性土 具有含水率大 WL 孔隙比大 e 1 0 压缩性高 a0 1 0 2 0 5MPa 1 等特点 其他虽不具备上述指标 但其基本承载力低 沉降不能满足工程要求的土 10 软土地基处理 概述 二 软土地基工程特性较差 在软土地基上修筑路堤 如不采取有效的加固措施 就会产生不同程度的坍滑或沉陷等病害 填筑在软土地基上的路堤失稳破坏方式一般分为以下两种 a 刺入破坏 11 软土地基处理 概述 二 软土地基工程特性较差 在软土地基上修筑路堤 如不采取有效的加固措施 就会产生不同程度的坍滑或沉陷等病害 填筑在软土地基上的路堤失稳破坏方式一般分为以下两种 圆弧滑动破坏 此类破坏是目前软基破坏的主要形式 它是部分路堤和地基土沿着破裂面发生位移的结果 其破裂面形式因地基的力学性质而异 A 路堤中无牵引裂隙的圆弧滑动 b 路堤中有牵引裂隙的圆弧滑动 12 软土地基处理 概述 三 路堤的沉降问题与路堤稳定性的快速破坏相反 路堤沉降是软土地基在上覆填土重力作用下的长期缓慢变形的结果 路堤沉降可以因路堤中心竖直陷入软土引起 也可是软基的垂直下陷与侧向位移联合的结果 如下图 沉降量通常达数十厘米 对于很软的厚度大的软基 沉降量可达数米 而且路堤中心的沉降比两侧大 垂直变形壁水平变形也要大得多 二者的比值取决于安全系数 路堤的几何尺寸及软土的厚度 然而也有水平变形达数十厘米的情况发生 沉降的速率与软土的性质 厚度及是否存在排水层有关 一些竣工后十余年的路堤 测得的剩余沉降达5 10cm的情况 并不少见 软基的沉降和侧向位移 13 软土地基处理 概述 三 常见软基处理方法 软基处理广泛地应用在我国沿海及内地 例如 天津 连云港 上海 杭州 宁波 温州 福州 厦门 湛江 广州等沿海地区 以及昆明 武汉 南京等内地地区 特别是填海的一些地区 一般建筑前都需要进行勘测 然后进行软基处理 否则存在很大的风险和后患 随着社会的不断发展进步 人类的生存空间也在不断扩大 从陆地到海洋 从海洋到太空 依靠勤劳和智慧人们想方设法把一些不适合居住的地方变得适宜居住 而在软弱的土地上建造房屋 码头等更是体现了人类的一种不屈不挠的精神 据历史记载早在二千多年前就己采用了在软土中夯入碎石等压密土层的夯实方法 灰土和三合土的垫换法也是传统的建筑技术之一 在地基处理中经常会遇到这样的问题 就是对软土的特性认识不足 或是选择处理方法不当 技术控制不严 那么结构和基础在施工过程中就会出现地基失稳 并会产生较大的沉降和不均匀沉降 以及较大的延续长久的工后沉降 因此 合理有效的处理软土地基己成为工程建设中的一个关键问题 14 软土地基处理 概述 三 常见软基处理方法 软基处理常用工法及其特点1 复合地基法 水泥土搅拌桩 粉喷桩 碎石桩等 缺点 造价较高2 排水固结法 1 竖向排水体 联合堆载 工期长 效果不理想 2 竖向排水体 联合真空预压 工期90天以后 效果容易控制 成本低3 强夯法 缺点 质量不可控 易形成 弹簧土 4 无排水砂垫层真空预压 新型工法 工期短造价低成本比塑料排水板联合真空预压节约三分之一 效果可靠 15 软土地基处理 概述 三 常见软基处理方法 软基处理的一般原则对于新建工程 原则上首先应考虑利用天然地基 对于淤泥和淤泥质土利用其上覆较好土层作为地基持力层 当上覆土层较薄 应注意避免施工时对淤泥和淤泥质土的扰动 对于冲填 杂填建筑垃圾和性能稳定的工业废科 当均匀性和密实度较好时 均可利用作为地基 若地基软弱不能满足要求 则需进行处理 根据工程情况及地基土质条件或组成的不同 处理的目的可以是 16 提高土的抗剪强度 使地基保持稳定 降低土的压缩性 使地基的沉降和不均匀沉降至允许范围内 降低土的渗透性或渗流的水力梯度 防止或减少水的渗漏 避免渗流造成地基破坏 地基处理的目的 改善土的动力性能 防止地基产生震陷变形或因土的震动液化而丧失稳定性 消除或减少土的沉陷性或胀缩性引起的地基变形 避免建筑物玻坏或影响其正常使用 软土地基处理 概述 17 四 软基处理各方法的优缺点软土地基处理的分类方法很多 如按处理深度可分为浅层软基处理 复合地基法 高压喷射注浆法 CFG桩 碎石桩 砂桩 深层搅拌桩 打入桩 软土地基处理 概述 18 软土地基处理 概述 和深层软基处理 按处理时间可分为临时软基处理和永久软基处理 按处理方式又可分为化学处理和物理处理等 19 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 水泥粉煤灰碎石 CFG 桩 20 形成半刚性桩体 浇筑 水泥 粉煤灰 石子 成孔 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 CFG桩加固机理 21 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 水泥粉煤灰碎石 CFG 桩 22 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 水泥粉煤灰碎石 CFG 桩1 CFG桩控制要点1 CFG桩施工宜配置长螺旋钻机或振动沉管桩机 高压混凝土泵 混凝土泵管等设备 2 CFG桩可以根据设计结合现场地质情况 选择振动沉管灌注或长螺旋钻管内泵压混合料灌注等适宜的方法施工 3 采用的水泥 粉煤灰 碎石及外加剂等原材料应符合设计要求 并按相关规定进行抽样检验 4 按设计要求进行室内配合比试验 选定混合料配合比 5 施工前选择具有代表性地段进行成桩工艺性试验 工艺试验桩经检验满足设计和质量要求后 方可进行大面积施工 23 CFG桩施工宜配置长螺旋钻机或振动沉管桩机 高压混凝土泵 混凝土泵管等设备 CFG桩可以根据设计结合现场地质情况 选择振动沉管灌注或长螺旋钻管内泵压混合料灌注等适宜的方法施工 采用的水泥 粉煤灰 碎石及外加剂等原材料应符合设计要求 并按相关规定进行抽样检验 按设计要求进行室内配合比试验 选定混合料配合比 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 三 水泥粉煤灰碎石 CFG 桩 施工前选择具有代表性地段进行成桩工艺性试验 工艺试验桩经检验满足设计和质量要求后 方可进行大面积施工 24 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 三 水泥粉煤灰碎石 CFG 桩 振动沉管灌注施工2 振动沉管灌注法流程图 25 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 三 水泥粉煤灰碎石 CFG 桩 振动沉管灌注施工3 振动沉管灌注施工应符合下列规定 1振动沉管过程中每沉1m应记录电流表一次 并对土层沿桩长变化情况 2在钻进过程中 应严格控制钻机沉管垂直度偏差 钻杆偏差不大于1 3水泥 粉煤灰 碎石混合料应用搅拌机拌合 坍落度 拌合时间应按工艺性试验确定的参数进行控制 且拌合时间不得少于1min 4沉管至设计深度后应向管内一次投放混合料 投料后留振5 10s方可上提沉管 5拔管速率应按试桩确定参数控制 如遇淤泥或淤泥质土 放慢拔管速度 拔管过程中不允许反插 如上料不足 在拔管过程中加料 6机械移位不得挤压已施工桩 混合料初凝后 人工将桩顶松散部分和浮浆挖除 将桩顶挖平至设计标高 26 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 三 水泥粉煤灰碎石 CFG 桩 长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工2 长螺旋钻管内泵压混合料灌注法流程图 27 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 三 水泥粉煤灰碎石 CFG 桩 长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工3 长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工应符合下列规定 1 在钻进过程中 应严格控制钻机钻杆垂直度偏差 钻杆偏差不大于1 2 钻孔一般应先慢后快 当出现钻杆晃动幅度较大或钻进困难时 应降低钻速 以免孔身严重偏斜 3 混合料的泵送量按试桩确定的数量进行 每根桩的投料量不得少于设计灌注量 泵料时不得停泵待料 4 混合料充满泵送管路后方可提钻 钻头应始终埋入混凝土内1m左右 以防断桩 28 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 三 水泥粉煤灰碎石 CFG 桩 29 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 三 水泥粉煤灰碎石 CFG 桩 30 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 三 水泥粉煤灰碎石 CFG 桩 31 软土地基处理 客运专线常用软基处理方法 三 水泥粉煤灰碎石 CFG 桩 32 CFG桩常见问题 影响复合地基承载力 堵管 窜孔 桩头空芯 桩端不饱满 缩颈 断桩 软土地基处理 软基处理中常见通病分析 二 CFG桩1 常见问题 33 软土地基处理 软基处理中常见通病分析 二 CFG桩2原因分析及应对措施2 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 混合料工作性能差产生原因 低强度混凝土混合料中细骨料和粉煤灰用量较少时 混合料的流动性差 外加剂与水泥相容性差 混合料的黏聚性 保水性差 容易离析 混合料坍落度太大 易产生泌水和离析 管内浆液在泵压作用下 先流动 骨料和砂浆分离 摩擦力增大容易堵管 坍落度太小 混合料在输送管内流动性差 容易堵管 防治措施 在试用配合比前室内试验必须保证混凝土的和易性 控制混凝土施工坍落度在16 18cm 保证混凝土的泵送工作性能 防止堵管 要注意混合料的配合比 尤其要注意将粉煤灰掺量控制在70kg m3 90kg m3 34 软土地基处理 软基处理中常见通病分析 二 CFG桩的范围内 坍落度应控制在160mm 200mm之间 2 混合料搅拌质量有缺陷 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 管内剩下少浆混合料塞体 造成堵管 防治措施 施工时应在管内填充混凝土后及时提钻 避免造成堵管 4 冬期施工措施不当 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 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 施工气温高 管壁浆液容易凝固产生原因 夏季施工管内温度高 管壁砂浆易凝固 增大管壁阻力 容易堵管 防治措施 施工时在管壁覆盖草袋并经常洒水保持草袋湿润 降低管道温度 35 软土地基处理 软基处理中常见通病分析 二 CFG桩2 2窜孔发生窜孔的条件有如下3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 使已施工未凝固桩体相邻桩内混凝土突然下落 由于窜孔对成桩质量的影响 施工中采取的预控措施如下 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 2 3桩头空芯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 36 软土地基处理 软基处理中常见通病分析 二 CFG桩2 4桩端不饱满桩端不饱满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 2 5缩颈 断桩CFG桩施工过程中 混合料现场灌注过程一定要确保其密实性 保证桩截面尺寸 灌注过程中随时监控混合料的质量确保混合料的和易性和坍落度 应每车检查坍落度 混合料的坍落度严格按设计要求控制 确保混合料供应及时 钻头提升应保持匀速 提升速度不得大于混凝土灌注速度 拔管时必须保证管的埋深 防止发生缩颈 断桩现象 1 拔管太快 桩体存在缺陷产生原因 成桩过程中拔管速度太快 在桩内容易形成空洞或桩内掉泥 使桩身存在缺陷或桩身夹泥 造成断桩或缺陷 防治措施 控制拔管速度在2 2 5m min 使泵送混凝土速度与拔管速度相匹配 确保桩身混凝土质量 2 成品未进行保护 成桩后外力破坏产生原因 CFG桩为素混凝土桩 抗弯 抗剪能力较差 在未施工褥垫层前大型 37 软土地基处理 软基处理中常见通病分析 二 CFG桩机械进入CFG桩加固区 造成断桩 另外 使用大型挖机在混凝土终凝后清理桩间土触碰混凝土桩体 造成断桩 防治措施 混凝土终凝后 禁止使用大型机械在没有任何垫层情况下清理桩间土 采用小型机械清理桩间土时 必须有专人指挥 防止机械触碰桩体 成桩后 在没有垫层情况下禁止任何机械进入加固区 3 断桩拟采取处理措施浅部3m以内断桩时 在桩上距边缘10cm采用手风钻对称凿3个d 42mm孔至断桩位置下0 5m 注M30水泥浆后插入 18mm螺纹钢补强处理 3m以下断桩时 在桩侧重新补桩处理 4 4吊脚桩产生原因 螺旋钻未钻至岩面停钻 导致桩尖悬空 成吊脚桩 无法满足承载力要求 防治措施 由有经验的操作手操作钻机 根据钻机钻至岩面后 钻机摇摆情况及钻杆钢丝绳的松驰情况判断钻头是否到达岩面 处理措施 全部重新施工 以确保工后沉降 4 5施工记录不准确 对小应变检测桩长产生困难产生原因 主要为责任不清 施工责任心不强 导向架标识不清楚 对CFG桩的施工桩长及桩头截除长度记录不准确造成 防治措施 清晰标识导向架标识 在每次桩机组装后复核标识 明确责任 提高施工的责任心 采用双人记录复核签认制 准确记录桩长 38 软土地基处理 软基处理中常见通病分析 二 CFG桩施工工艺改进措施 1 在钻孔过程中增加人工清土工序 及时清理堆积在基坑底土方 减少后期土方的清除量 使钻机臂附近经常保持整沽 为清除设计基底标高以上混凝土工序提供有利条件 2 取消人工截断桩头的工序 3 增加基底标高以上 桩头高度500mm范围内 混凝土清除工序 清除基底设计标高以上的混凝土 在每一根CFG桩混凝土浇筑完毕 混凝土基本沉实后初凝前用灰勺向外清理桩孔内部设计基底标高以