城市轨道交通路基工程课件：CFG桩施工技术

城市轨道交通路基工程

CFG桩施工技术CFG桩：水泥粉煤灰碎石桩的简称(即cementfIying-ashgravelpile)。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和，采用各种成桩机械形成的高粘结强度桩体，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。

它是我国建筑科学研究院地基所在20世纪80年代末开发的一项新的地基加固技术，是在碎石桩的基础上加进了一些粉煤灰和少量水泥，加水搅拌制成的一种具有一定黏结强度的桩。一、概念二、CFG桩的加固原理1.桩体作用2.桩体的挤密作用3.CFG桩的褥垫层的作用CFC桩法是通过在地基中形成桩体作为竖向加固体，与桩间土组成复合地基，共同承担基础、回填土及上部结构荷载。当桩体强度较高时，CFG桩类似于钢筋混凝土桩(常称为刚性桩)，这样，在常用的几米到20多米桩长范围内，桩侧摩阻力都能发挥，不存在散体桩或柔性桩存在的有效桩长的现象。其加固软弱地基主要有三种作用：桩体作用；挤密作用；褥垫层作用。CFG桩不同于碎石桩，是具有一定黏结强度的混合料。一般情况下不仅可全长发挥桩的侧阻，如桩端落在好土层上，还可很好地发挥端阻作用。CFG桩长可以从几米到20多米，并且可全长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40％-75％之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大并有很大的可调性。

在荷载作用下CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变化逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的CFG桩起到了桩体作用。1.桩体作用2.桩体的挤密作用

CFG桩采用振动沉管法施工，利用振动和挤压作用使桩间土得到挤密。经加固后地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所减小、重度、压缩模量均有所增加，说明经加固后桩间土已挤密。CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超孔隙水压力。

较好透水层上面还有较差的土层时，刚刚施工完的CFG桩体将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFC桩体结硬为止，这样的排水过程持续几个小时。利用振动沉管机施工，将会对周围土产生扰动，特别是对灵敏度较高的土，会使结构破坏，强度降低。3.CFG桩的褥垫层的作用

2.调整桩、土垂直荷载分担比褥垫层技术是CFG桩复合地基的核心技术，复合地基的许多特性都与褥垫层有关。褥垫层的作用如下：

1.保证桩、土共同承担荷载如果不设置垫层，路基直接与桩和桩间土接触，在垂直荷载作用下荷载特性和桩基差不多。设置一定厚度的垫层情况就不同了，即使桩端落在好的土层上，也能保证一部分荷载通过垫层作用在桩间土上，借助褥垫层的作用，使给定荷载作用下桩、土受力时程曲线均为常值。三、CFG桩的适用范围

就土性而言，适用于处理黏性土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基。CFG桩既可以用于挤密效果好的土，又可以用于挤密效果差的土。

CFG桩不仅用于承载力较低的土，对于承载力较高的土(如200kPa)，但变形不能满足要求的地基，也可采用CFG桩来减少地基变形。四、褥垫层的设计参数

①褥垫层的材料褥垫层的材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等，最大粒径一般不宜大于30mm。不宜采用卵石，由于卵石咬合力差，施工时扰动较大，使褥垫层厚度不宜保证均匀。

②褥垫层的铺设范围褥垫层的加固范围要比加固面积大，其四周宽出路基底面的部分不宜小于褥垫层的厚度。

③褥垫层的厚度由于褥垫层厚度过小，桩间土承载力不能充分发挥，要达到设计要求的承载力，必然要增加桩的数量或桩的长度，造成经济上的浪费。若褥垫层厚度过大，会导致桩土应力比等于或接近于1，此时桩承担的荷载太小。褥垫层厚度取150-300mm为宜。水泥粉煤灰碎石桩的施工，应根据现场条件选用下列施工工艺：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、中等密实以上的砂土；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。(3)CFG桩施工

CFG桩的施工工艺流程CFG桩的施工工艺流程图2-7CFG桩长螺旋钻管内泵压混合料灌注成桩施工流程图

六.施工工艺

路基CFG桩施工根据施工工艺，可分为“七区段”组织流水施工，分别为:施工准备区、测量放样区、桩基施工区、桩间土清除区、桩头环切区、桩基检测区、桩帽施工区。一.施工准备区二.测量放样区三.桩基施工区四.桩间土清除区五.桩头环切区六.桩基检测区七.桩帽施工区七.碎石垫层施工1.控制要点:

①大面积施工前，做压实工艺试验，确定施工参数，并报监理批准。验证施工技术、施工组织能达到预期的质量、进度效果，机械设备和人员配置合理，施工效率能满足施工组织确定的工期。

②对清表压实后的基底做出横向路拱，路拱坡度不得缓于设计的坡度，有利于排水。

③对于中间夹土工材料的垫层，上垫层开始采用人工摊铺，自卸汽车不得直接开到土工材料.上，压实采用轻型压路机压实，保证土工材料完好无损。(2)施工前的工艺试验

施工前的工艺试验主要是考察设计的施打顺序和桩距能否保证桩身质量。工艺试验也可结合工程桩施工进行，需做如下两种观测：①新打桩对未结硬的已打桩的影响。

在已打桩桩顶表面埋设标杆，在施打新桩时量测已打桩桩顶的上升量，以估算桩径缩小的数值，待已打桩结硬后开挖检查其桩身质量并量测桩径。

②新打桩对结硬的已打桩的影响。

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，观测打新桩时对已打桩桩顶的位移情况。(2)施工前的工艺试验对挤密效果好的土(如饱和松散的粉土)，打桩振动会引起地表的沉降，桩顶一般不会上升，断桩的可能性小。当发现桩顶向上的位移过大时，桩可能发生断开，若向上的位移不超过1cm，断桩的可能性很小

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，并进行设备组装。

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。

④沉管过程中做好记录，每沉1m记录电流表的电流一次，并对土层变化予以说明。

⑤停机后立即向沉管内投料，直到混合料与进料口齐平。混合料按设计配比经搅拌机加水拌合，拌合时间不得少于1min，如粉煤灰用量较多，搅拌时间还要适当延长。加水量按坍落度30-50mm控制，成桩后浮浆厚度以不超过20cm为宜。⑥启动马达，留振5-10s开始拔管，拔管速率一般为1.2-1.5m／min(拔管速度为线速度不是平均速度)，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率还可放慢。拔管过程中不允许反插。如上料不足，需在拔管过程中空中投料，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长。

⑦沉管拔出地面，确认成桩符合设计要求后，用粒状材料或湿黏性土封顶，然后移机进行下一桩位的施工。⑧施工过程中，抽样做混合料试块，每台机器一天应做一组(3块)试块，试块尺寸为15cm*l5cm*l5cm，标准养护并测定28d抗压强度。

⑨施工过程中，应随时做好施工记录。

⑩在成桩过程中，随时观测地面升降和桩顶上升情况。

(4)施工顺序

在设计桩的施打顺序时，主要考虑新打桩对已打桩的影响。施打顺序大体可分为两种类型，一是连续施打，从1号桩开始，依次为2号、3号……，连续打下去；二是间隔跳打，可以隔一根桩也可隔多根桩。连续施打可能会造成桩径被挤扁或缩颈。如果桩距大，混合料尚未初凝，连续打一般较少发生桩完全断开的现象。隔桩跳打，先打桩的桩径较少发生缩小或缩颈现象，但土质较硬时，在已打桩中间补打新桩时，已打的桩可能被振裂或振断。

施打顺序与土性和桩距有关，在软土中，桩距较大可采用隔桩跳打；在饱和的松散粉土中施工，如果桩距较小不宜采用隔桩跳打方案。因为松散粉土振密效果较好，先打桩施工完后，土体密度会有明显增加，而且打的桩越多，土的密度越大，桩越难打。在补打新桩时，一是加大了沉管的难度，二是非常容易造成已打桩断桩的现象。

对满堂布桩，无论桩距大小，均不宜从四周转圈向内推进施工，因为这样限制了桩间土向外的侧向变形，容易造成大面积土体隆起，断桩的可能性增大。可采用从中心向外推进的方案，或从一边向另一边推进的方案。对满堂布桩，无论如何设计施打顺序，总会遇到新打桩的振动对已结硬的已打桩的影响，桩距偏小或夹有比较硬的土层时，亦可采用螺旋钻引孔的措施，以减少沉、拔管时对桩的振动力。

(5)施工监测

施工过程中，特别是施工初期应做如下观测：①施工场地标高观测。施工前要测量场地的标高，注意测点应有足够的数量和代表性。打桩过程中随时观测地面是否发生隆起，因为断桩常常和地面隆起相联系。②桩顶标高的观测。施工过程中应注意已打桩桩顶标高的变化，特别要注意观测桩距最小部位的桩。③对桩顶上升量较大的桩(>1cm)或怀疑发生质量事故的桩应开挖查看，或采取逐桩静压的办法加以处理。(6)施工中的注意事项

①混合料坍落度的控制大量工程实践表明，混合料坍落度过大，桩顶浮浆过多，桩体强度也会降低。长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工的坍落度应控制在160～200mm、振动沉管灌注成桩施工的坍落度应控制在30～50mm，和易性好。对振动沉管灌注成桩施工，当拔管速率为1.2～1.5m／min时，一般桩顶浮浆可控制在20cm以内，成桩质量容易控制。②拔管速率的控制拔管速率太快，会造成桩径偏小或缩颈断桩的现象。大量工程实践证明，拔管速率为1.2-1.5m／min时是适宜的。应该指出，这里说的拔管速率不是平均速度。除启动后留振5-10s之外，拔管过程中不再留振，也不得反插。国产振动沉管机拔管速率都较快，可以通过增加卷扬系统中滑轮组的动滑轮数量来改变拔管速率，也可通过电动机——变速箱系统来实现。

③保护桩长的设置所谓保护桩长是指成桩时预先设定加长的一段桩长，施工时将其剔除。

保护桩长是基于以下几个因素而设置的：

a.成桩时桩顶不可能正好与设计标高完全一致，一般要高出桩顶设计标高一段长度。

b.桩顶一般由于混合料自重压力较小或由于浮浆的影响，靠桩顶一段桩体强度较差。c．已打桩尚未结硬时，施打新桩可能导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小。如果已打桩混合料表面低于地表较多，则桩径被挤小的可能性更大，增大混合料表面的高度即增加了自重压力，可使抵抗周围土挤压的能力提高，特别是基础埋深很大时，空孔太长，桩径很难保证。综上所述，必须设置保护桩长，并建议遵照如下原则：设计桩顶标高离地表的距离不大于1.5m时，保护桩长可取50-70cm，上部再用土封顶。

b．桩顶标高离地表的距离较大时，可设置70～100cm的保护桩长，然后上部再用粒状材料封顶直到接近地表。④桩头处理清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂或扰动桩间土。多余的桩头需要剔除，剔除桩头时宜采用如下措施：

a.找出桩顶标高位置；

b.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；

c．不可用重锤或重物横向击打桩体；

d．桩头剔至设