CFG桩复合地基处理

1、摘要 CFG桩复合地基作为软土地基加固的一种地基处理措施，近年来在各种工程建设中已应用的相当广泛。因此，有必要对其施工工艺进行分析总结，以指导施工。结合工程实际，在施工过程当中遇到的突发情况和影响质量问题的安全隐患进行控制。对施工中易出现的混凝土超灌、缩颈、窜孔、堵管等问题的深入研究取得了良好的地基处理效果，为以后的施工提供了充足的经验。关键词：CFG桩 施工工艺 质量控制Abstract CFG pile composite foundation, as a kind of foundation treatment of soft soil foundation reinforcement

2、measures, in recent years has been used very widely in all kinds of engineering construction.Therefore, it is necessary to analyze its construction technology, in order to guide the construction. Combination with the engineering practice in the construction process of emergency and influence the qua

3、lity of the problems of potential safety hazard control. Which were liable to occur during the construction of concrete super irrigation, necking, channeling problem such as holes, blocking pipe research has obtained the good effect of foundation treatment, provides ample experience for future const

4、ruction.Key words:CFG pile construction technology quality control目 录1前言42 工程概况及设计要求43 施工准备43.1 主要机械设备的选择43.2 原材料和配合比的选择5 3.3 施工前准备53.4 清理换填5 3.5 成桩工艺性试验54 施工工艺及操作要点5 4.1 三七灰土桩6 4.1.1工艺流程6 4.1.2 灰土配置6 4.1.3 灰土施工注意事项6 4.2 CFG桩6 4.2.1工艺流程6 4.2.2 桩机就位7 4.2.3 钻进成孔8 4.2.4 拔管灌注8 4.2.5 移机及回填桩孔8 4.2.6 桩头处理8

5、 4.2.7桩基检测8 4.2.8 碎石垫层95 施工质量过程控制96常见问题和预防措施10 6.1堵管、爆管10 6.1.1 配合比设计不合理10 6.1.2混合料搅拌质量缺陷10 6.1.3设备缺陷11 6.1.4气温原因12 6.2断桩12 6.3桩头空芯12 6.4桩尖软弱12 6.5窜孔12 6.6 桩身缩径137结论及建议13结束语15谢辞16参考文献17客运专线CFG桩复合地基处理研究1 前言随着我国国民经济的发展，基建项目进入一个高速发展的时期。高速铁路由于具有运能大、速度快、耗能小、安全性高、经济效益好等优点，已成为许多国家旅客运输发展的共同趋势，其建设成就尤其引人瞩目。根据

6、高速铁路路基施工特点，控制路基变形已成为高速铁路路基设计最核心的理念也是最为困难的工作。近年来对软土地基加固措施越来越成熟，CFG桩复合地基是由中国建筑科学研究院地基所开发的一种新型地基处理方法，与一般的碎石桩相比具有成桩质量高，地基承载力提高幅度大，变形小，经济合理等特点。综合了碎石桩与桩基础的优点，后期强度较好。CFG桩（comcnt flyash gravel pilc）即水泥粉煤灰碎石桩，是在素混凝土桩基工艺发展起来的。主要是由碎石、石屑、粉煤灰并掺入适量水泥和水拌合而成的具有一定粘结强度的桩。桩和桩间土一起通过碎石和土工格栅垫层形成CFG复合地基，从而提高承载力，减少沉降。CFG桩复

7、合地基由桩、桩间土及加钢褥垫层三部分构成。其中加固机理为褥垫层受上部分基础荷载作用产生变形后以一定的比例将荷载分摊给桩及桩间土。土体受到桩的挤密而提高承载力，而桩又由于周围土的侧应力的增加而改善了受力性能，二者成了受力整体，共同承担上部基础荷载。本文结合某一具体工程，系统介绍了CFG桩在高速铁路软土路基的处理中施工工艺，质量控制方法及加固效果，对类似工程具有重要的参考价值。2 工程概况及设计要求 新建北京至沈阳铁路客运专线辽宁段TJ-2标段位辽宁省朝阳市凌源市境内。起止里程DK283+961-DK312-350，全长28.35Km。其中CFG桩施工段路基位于西梁隧道出口和杨杖子特大桥之间的区段

8、，里程为DK288+055-275。加固区工程地质主要为低山丘陵及丘间平原。上层低液限粉质黏土，下伏层含卵石土、碎石土、砂类土等，强风化至弱风化，风化不均匀。设计采用三七灰土桩和CFG复合地基处理。CFG桩设计桩径为0.5m,桩长4-19m,桩间距1.5-2.0m不等，正三角形布置。松软地段桩顶采用圆锥形扩大桩头，褥垫层设计厚度为60cm。3 施工准备3.1 主要机械设备的选择 根据设计桩径及桩长选择ZKL-20型长螺旋钻机，混凝土输送泵车，8-12m混凝土运输车，灰土夯机JKL-5、灰土挤密桩机HTB-120，以及150Kw发电机组。 3.2 原材料和配合比的选择 CFG桩原材料包括砂、石、

9、水泥、粉煤灰、和外加剂。根据施工实际选择拌和站集中预制混凝土。在进场前需要确定原材料的种类、品质，并将原材料送至试验室进行化验和做混凝土配合比验证。（1）水泥：P.O.42.5（朝阳山水普通硅酸盐水泥）（2）粉煤灰：绥中大地F类C50以下级灰（3）细骨料：宁城通利中砂（细度模数2.2-3.0），含泥量小于3%。（4）粗骨料：由（5-16mm）、（16-25mm）碎石按（4:6）比例混合而成的连续级配。（5）减水剂：山西凯迪聚羟酸高性能减水剂、规格（KDSP-1）标准型。桩体强度等级为C20混凝土参考配合比；水泥：粉煤灰：细骨料：粗骨料1（5-16mm）:粗骨料2（16-25mm）：减水剂：水=

10、【210: 90: 872: 426: 640: 2.40：162（Kg/m）】。试验配合比拌合物性能均符合设计要求,具体施工配合比可根据环境类别及作用等级通过室内配合比试验确定。混合料坍落度宜为160200mm。3.3 施工前准备 施工前进行地质复核，验证设计，确定加固深度范围。地质核查有触探法、先导法。静力触探试验，毎100m测3处，核查基底的Ps值是否与设计相同；先导坑法沿线路方向毎25m核对1个断面，选取左、中、右3个点，利用长螺旋钻取出的芯样核对。3.4 清理换填清理原地表，进行换填施工。换填材料采用A-B组料，加固方法采用三七灰土和CFG桩复合地基处理。施工要求如下： （1）当底部

11、起伏较大，设置缓坡或台阶、台阶宽度不应小于8m,坡度小于6%。换填按先深后浅顺序进行，底部的开挖宽度不得小于路堤宽度加放坡宽度。（2）一般换填厚度为30-50cm,特殊地段换填厚度较大时分层填筑、碾压，最终形成的工作垫层压实度大于92%。（3）换填后的基底做好排水，快速施工，避免雨水聚集对基底造成破坏。3.5 成桩工艺性试验施工前应进行成桩工艺性试验（一般相同地质条件、料源、施工队伍及相同的混合料配比情况下不少于2根）。确定配合比、坍落度、搅拌时间、拔管速度等各项工艺参数，确定试桩完整性及承载力满足设计要求后方可根据试桩确定的工艺参数进行后续桩施工。4 施工工艺及操作要点根据该工程特点及技术要

12、求，必须先完成灰土桩的施工，然后再进行CFG桩施工。施工顺序为：基坑开挖夯实灰土桩施工CFG桩施工桩间土开挖桩头剔凿。4.1 三七灰土桩4.1.1工艺流程 a.成孔 就为调平冲击成孔移机下一根桩成孔 b.夯填 就为调平填土夯击成桩移机下一根桩4.1.2 灰土配置施工前试验室应对灰土桩所使用的原材料进行检测，合格后方可使用。对石灰进行灰剂量、钙镁含量测定；对土进行分类，确定土的名称、最大干密度和最佳含水量等。进行灰土试拌、依据灰土最优含水率2%的范围制作试件成型7天、28天无侧限抗压强度试件，共3组，每组6块，养护至规定龄期后进行无侧限抗压强度试验。灰土室内检测结果如下：体积比换算质量比：石灰=

13、0.55 g/cm3 土=1.50 g/cm3（0.55*3）/（0.55*3）+（1.50*7）*100=13.6%根据施工经验及施工水平即总结出3:7(体积比)灰土为13%：87%（质量比）灰土。4.1.3 灰土施工注意事项（1）灰土配置时应将生石灰充分消解，过筛后使用，最大粒径不大于5mm,土粒也应过筛，最大粒径不大于15mm,石灰和土粒应拌和均匀，色泽一致。（2）三七灰土宜采用平碾振动，压实系数0.95。（3）土粒采用粘性土和粉土，土粒中有机质含量不超过5%，不得含有膨胀土。灰土的含水量与最优含水量允许偏差为2%，现场可根据经验判断，即“手抓成团，落地开花”。混合料拌和后应在48小时内

14、用于成桩，不得久置。4.2 CFG桩4.2.1工艺流程 钻机就为-钻进成孔-拔管灌注-钻机移位-回填覆盖桩孔。其工艺流程如下图：钻机就位 拌和CFG桩混合料 钻孔至设计标高 泵送CFG桩混合料 混合料注满后按规定速度清 边泵送边提拔钻杆至地表 除 弃 土 移位施打下一根桩按上述工序施打完全部 CFG桩后打桩结束 清除桩间土、凿桩头 验桩、验槽 褥垫层施工及验收 CFG桩复合地基验收长螺旋钻机CFG桩施工工艺流程图4.2.2 桩机就位 各项准备工作做好以后就可以进行打桩了。移动桩机使钻头对准桩位，关闭钻头偏门向下移动钻杆至钻头触及地面，关闭大护筒，调整垂直，使垂直度偏差小于1%。4.2.3 钻进

15、成孔启动动力头钻进，先慢后快，以减少钻杆摇晃。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、移位，甚至使钻杆、钻具损坏。在钻进过程中，以防止成桩后桩位偏差，必须使用上下护筒，钻进至设计标高时停钻。4.2.4 拔管灌注CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻进芯管充满混合料后开始拔管，严禁先拔管后泵送。成桩的提拔速度宜控制在2-3m/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。如遇到淤泥土或淤泥质土，拔管速度应适当放慢。施工中每根桩的灌注量不得少于设计灌注量，砼充盈系数1.0。4.2.5 移机及回填桩孔当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进

16、行下一根桩的施工。施工时由于CFG桩排出的土较多，经常将临近的桩位覆盖，有些还会出现钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使未施工的桩位发生移动。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。施工完毕及时回填空桩。4.2.6 桩头处理常规的桩头处理方法是在CFG桩灌筑7d后人工清理桩间土，采用风镐破除桩头。用此法施工，成品不易受损，但施工速度较慢。另一种方法就是采用小型机械，在混凝土初凝前将钻渣及多余桩头直接清理出工作面。其施工速度较快，适合紧跟CFG桩机作业，但容易对CFG桩桩身产生扰动，对桩身质量不利。两种方法应根据施工情况综合考虑，选择最有利的一种施工方法。管

17、段内设计为圆锥扩大桩头，利用土模，泵车输送混凝土。4.2.7 桩基检测 本段CFG桩施工完成后，桩身质量、完整性以及处理后的复核地基承载力、压缩模量检验严格按现行高速铁路路基工程施工质量验收标准执行。成桩7d后及时抽取总桩数10%的桩进行低应变检测，且每检验批不少于3根。成桩28d进行标准试块的抗压强度测定，确保混凝土28天龄期标准试块抗压强度不小于20MPa，同时进行复合地基承载力试验，复合地基承载力不得小于200KPa。承载力采用平板载荷实验，复合地基承载力检验为总桩数的0.2%，且不应小于3根。4.2.8 碎石垫层（1）CFG桩检测合格后，在桩帽顶铺0.6m厚碎石垫层，垫层内夹铺两层土工

18、格栅。碎石应由未风化的干净砾石或轧制碎石而成，级配良好，粒径宜为20-50mm，含泥量不能大于5%，不含植物残体，垃圾等杂质。（2）碎石垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面桩间土的含水量较少时，也可采用动力夯实，压实系数0.97。（3）垫层内铺设双层土工格栅时，先铺设0.2m厚碎石垫层，碾压密实，其上铺设一层土工格栅再铺设0.2m厚碎石垫层并碾压密实，格栅回折不小于2m，然后铺设上层土工格栅，填筑其上碎石，碾压密实后施工其上部填土。5 施工质量过程控制CFG桩复合地基施工控制要点主要是：桩身完整性、桩身强度、桩尖进入持力层判断、桩间土的压实等。其控制的环节 基本覆盖了整个施工过程，因此，掌握控

19、制要点并在现场做好监控显得尤为重要。1. CFG桩应先施工靠近既有线、桥台、涵洞等结构物的1-2排桩，待其强度达到设计要求后再施工附近的桩，一般CFG桩施工采用路基面中心向两侧顺序推进，若施工过程出现窜孔现象可隔桩跳打。涵洞两侧桩中心与涵洞基础襟边垂直距离小于半个桩帽宽度时，可不设桩。2 .CFG桩施工过程中应及时清运排出弃土，弃土清运尽量采用人工清运或机械和人工联合清运方式，清运时不可对设计桩顶标高以下的桩身造成损害，不可扰动桩间土，不可破坏工作面未施工的桩位。堆弃场地应远离路基，桩体强度达到设计强度的70%以后方可进行保护土层开挖。保护土层应采用人工开挖，清理保护土层时不能扰动基底土，防止

20、形成橡皮土，不得碰撞桩体。施工时严格控制标高，不得超挖。 3.混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确，上料顺序为：先装碎石、再加水泥粉煤灰，最后加砂，使水泥、粉煤灰夹在砂石之间，不易飞扬和粘附在筒壁上，也易于搅拌均匀。每盘搅拌时间不应小于120s。混合料坍落度控制在160-200mm。在泵送前应将混凝土泵料斗、搅拌机搅拌筒备好熟料。 4.在钻孔的深度上，要根据地质复核的资料，结合现场实际进行判断。主要有钻进深度法，电流值变化法以及钻进速度法。 （1）如同种地质结构层呈现水平构造，此时可利用钻进深度法，成孔到达设计标高时，停止钻进。（2）钻机在不同地质上钻进时，其负荷不一样从而导致电流变化

21、。电流值变化法利用多次试桩，确定某一机型达到设计要求地层电流变化值范围，供大面积施工时参照判断。（3）钻进速度法与电流值法的原理相似，只不过将负荷下变化的分析对象改为钻进速度。桩机进入持力层以后，钻进速度大幅减慢，此时应用钻进速度法较为实用。这三种方法都有各自的局限性，因此在地质条件复杂的条件下需根据不同的地质条件和施工设备，组合使用。 5.泵送过程中，旁边人员要经常敲打输送管，确保混合料充实桩体密实，同时避免反插。CFG桩成桩后，严禁大型机械驶入。确实要通过的，需要在CFG桩达到一定强度后，并在其上覆盖不小于1m。6.扩大桩头施工时，要注意标高控制，相邻扩大桩头间的标高差不可过大，否则褥垫层

22、碾压施工将很难进行。扩大桩头施工后，用湿麻袋覆盖养护。7.桩间土作为复合地基的重要组成部分，其压实度需满足不小于90%的要求。如不满足要求可用小型冲击夯夯实，但要注意不能破坏扩大桩头的边缘。6常见问题和预防措施6.1堵管、爆管堵管是长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩工艺常遇到的主要问题之一。它直接影响CFG桩的施工效益，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桩混合料失水或硬化，增加了再次堵管的几率，给施工带来很多困难。产生堵管有以下几种原因。6.1.1 配合比设计不合理混合料配比确定时，要考虑适合泵送。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量比较少时，混合料和易性不好，常

23、发生堵管。因此混合料配中有利于增加混凝土和易性的粉煤灰及砂可适当加大用量。6.1.2混合料搅拌质量缺陷在CFG桩施工过程中，混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头达到钻杆芯管内。混合料在管线内是以圆柱体形状，借助水和水泥砂浆润滑层与壁管分离后通过管线的。因此所设计和搅拌的混合料必须确保混合料圆柱体能顺利通过刚性管、高强柔性管、弯管和变径管而到达钻杆芯管内。坍落度太大的混合料，易产生泌水、离析，在管线内水浮到上面，在泵压的作用下，水先流动，骨料与砂浆分离，摩擦力剧增，从而导致堵管。坍落度太小、混合料在输送管内流动性差，也容易造成堵管。施工时坍落度宜控制在160-200mm，若混合料可泵性差

24、，可适量掺入泵送剂。搅拌好的混合料通过溜槽注入到混凝土泵储料斗时，需经一定尺寸的过滤栅。6.1.3设备缺陷弯头是连接钻杆与高强柔性管的重要部件，当泵送混合料时，弯头曲率半径以及弯头与钻杆的连接形式，对混合料正常输送起着至关重要的作用。若弯头的曲率半径不合理，会发生堵管；弯头与钻杆垂直连接，也将发生堵管。正确的连接方式如下图正确的弯头连接示意图 1-底座；2-浮子；3-弹簧；4-杠杆；5-顶杆；6-平衡重；7-电磁 阀；8-阀座；9-弯夹；10-膜片；11-远传压力表；12-压力显示器混合料输送管无论是刚性管还是高强柔性管，若施工结束后清洗不彻底，管内会产生混合料结硬块体，妨碍润滑砂浆流动，以致

25、造成堵管。此外，管接头不牢固，垫圈破损，也会导致水泥砂浆流失，造成堵管。6.1.4 气温原因夏季施工中，混凝土和易性维持时间短，塌损大，凝结快。除加强现场组织，加快施工，应采取湿麻袋覆盖泵管，输送泵接料斗遮阳，以及添加外加剂改善混凝土高温气候下的性能措施。冬季施工中，混合料输送管及弯头均需做防冻保护。一般可采取热水拌和混合料，提高混凝土出机温度，对混凝土运送车及泵管进行保温包裹等措施。6.2断桩断桩可分为浅部断桩和深处断桩。浅部断桩一般位于桩顶以下0.8-1.5m处。主要是在清理桩间土及破除桩头时未注意对桩身的保护，可通过禁止大型机械作业、采用人工破除桩头等方式避免。深处断桩为钻杆提升过快，坑

26、壁发生坍塌，加上泵料不及时便形成夹层所致。因此在桩身较长，地下水发育或地下土存在高应力的情况下，需放慢拔管速度。6.3桩头空芯截桩头时，发现个别桩在桩顶部中心部位存在直径2-10cm的空心。主要是施工过程中，排气阀不能正常工作。空气无孔不入，钻杆成孔钻进时，管内充满空气，钻孔到预定标高开始泵混合料，此时要求排气阀工作正常，能将管内空气排出。若排气阀被混合料浆液堵塞不能正常工作，钻杆管内空气无法排出，将导致桩体存在气体并形成空洞。为避免桩头空芯，施工中应经常检查排气阀的工作状态，发现堵塞及时清理。6.4桩尖软弱多发生桩底水压较大，坑壁不稳定的情况。为方便阀门的打开，要先提钻后泵料，由于桩尖坑壁土

27、坍塌掉入桩底，影响了CFG桩的桩端承载力，表现为单桩承载不合格。为杜绝这种情况，在钻头钻至设计孔深后宜多钻几圈扫孔，形成临时护壁，并减小初始提升高度。6.5窜孔在饱和粉土、粉细砂层中施工常遇到这种情况：打完1号桩后，接着打相邻的2号桩时，随着钻杆的钻进，发现已打完尚未结硬的1号桩桩顶突然下落，有的甚至达2m以上，当2号桩泵入混合料时，能使1号下降的桩顶开始回升，泵入2号桩的混合料足够多时，1号桩桩顶恢复到原标高。工程中这种现象叫窜孔。实践证明，窜孔发生的条件为：（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）随着土体受剪切扰动能量的积累，足以使

28、土体发生液化。大量工程实例证实，当被加固土层中虽然有松散粉土、粉细砂，但没有地下水时，施工未发现有窜孔现象；被加固土层有松散粉土、粉细砂且有地下水，但桩距很大，每根桩成桩时间短，也很少发现窜孔；只是在桩距较小，桩的长度大，成桩时间长，成桩时一次移机施打周围桩数量过多时才发生窜孔。鉴于此，工程中常用如下的方法防止窜孔：（1）对有窜孔可能的被加固地基尽量采取大桩距的设计方案。增大桩距的目的在于减少新打桩对已打桩的剪切扰动，避免不良影响。（2）改进钻头，提高钻进速度。 （3）减少在窜孔区域打桩推进排数，如将一次打4排改为2排或1排。尽快离开已打桩，减少对已打桩扰动能量的积累。（4）必要时采用隔桩、隔

29、排调打方案，但跳打要求及时清除成桩时排出的弃土，否侧会影响施工进度。发生窜孔后一般采取如下方法处理：当提钻灌注混合料到发生窜孔土层时，停止提钻，连续泵送混合料知道窜孔桩混合料液面上升至原位为止。对采用上述方法处理的窜孔桩，需通过低应变检测或静载试验进一步确定其桩身完整性和承载力是否受到影响。6.6 桩身缩径一是由于钻头磨损过大，未及时更换引起，钻头直径不应小于设计桩径2cm。二是拔管过快，混凝土受坑壁挤压缩径。通过比较泵送量与设计量，容易发现桩径是否满足要求，以便及时解决。在施工前做好合理的应对措施，施工中加强监控，施工后注意保护，可避免上述几种质量问题。7结论及建议在对试验段CFG桩施工技术

30、全面研究的基础上，提出了高速铁路CFG桩复合地基施工工艺和质量控制体系。通过试验段研究得出以下几点意见：（1） 坍落度控制在160-200mm之间，在2h内坍落度损失约为35mm。在待灌时间较长时，建议在2h后对车载灌注料进行坍落度试验,以检验是否满足泵送条件。（2） 在试验段地层条件下，钻进速度宜控制在2.5-3.0m/min，灌注提管速度宜为2.2-3.0m/min。（3） 灌注量和充盈系数与地层特性密切相关。试验段充盈系数一般在1.06-1.18之间，平均值为1.13。（4） CFG桩设计桩顶高程之上预留高度为35-40cm，清土和截桩时间不少于14d。（5） 现场CFG桩不同龄期抗压强度试验结果表明，14d以上CFG桩的抗压强度已不小于设计值的70%，且低应变检测效果良好。因此，建议低应变检测时间可在CFG桩成桩后14d后进行。（6） 现场复合地基荷载试验检测表明，复合地基的承载力特征值均大于设计值。说明在严格按照高速铁路CFG桩施工工艺及质量控制体系进行施工的CFG桩，不仅施工质量可满足要求，同时也能满足CFG桩设计承载力。结束语经过紧张有序的忙碌，终于完成了本次毕业设计任务。在此过程中，