对CFG桩复合地基的施工工艺及质量控制措施的分析.docx

1、对 CFG桩复合地基的施工工艺及质量控制措施的分析 摘要： CFG 桩复合地基是一种承载力高 ,施工方便简单易行 ,且工程造价低 ,经济、社会和环境效益明显的地基处理方法 ,有极大发展潜力。下文介绍了 CFG 桩复合地基的基本原理、特点和适用范围 ,阐述施工工艺及其施工要点 ,指出施工中遇到的主要技术问题 ,并提出了切实可行的解决方案。 关键词： CFG 桩复合地基施工流程质量控制 1.基本原理 CFG桩复合地基是近年发展起来的处理软弱地基的一种方法。 CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩 (即 Ce-ment Flyash Gravel pile)的简称 ,它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加

2、水拌和成高黏结强度桩 ,并由桩、桩间土和褥垫一起组成复合地基的地基处理方法。 CFG 桩复合地基通过褥垫层与基础连接 ,它提供向上贯入的条件来调整桩、土应力比 ,实现桩、土协调变形 ,保证了桩间土始终参与工作 ,充分利用桩间土的承载力。桩和桩间土共同承担地基传来的荷载 ,并将荷载传递到深层地基中 ,使复合地基承载力大幅度提高 褥垫层是 CFG桩复合地基的一个重要部分 ,亦即复合地基是由 CFG桩体、桩间土和褥垫层共同组成的 ,缺一不可 ,这里所指的褥垫层不是基底下常作的 100 mm 厚素混凝土垫层 ,而是在桩顶和该素混凝土垫层之间由粒状材料组成的散体材料垫层。若基础和桩之间不设褥垫层 ,在垂

3、直荷载作用下 ,桩和桩间土的工作原理和桩基类似 ,在给定荷载作用下 ,桩承受较多的荷载 ,随着时间的增加 ,桩就会产生一定的沉降 ,荷载逐渐向土体转移 ;土承担的荷载随时间的逐渐增加 ,桩承担 的荷载随时间的逐渐增加而逐渐减少。这样存在一个桩承担的荷载逐渐向桩间土转移的过程。当在基础和桩之间增设一定厚度的褥垫层后 ,基础承受荷载时 ,桩和桩间土都要发生沉降变形 ,由于桩的模量比土的变形模量大得多 ,因而桩体比土的变形小 ,由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层 ,桩可以向上刺入 ,伴随这一变化过程 ,垫层材料不断调整补充到桩间土上 ,以保证基础始终把一部分荷载传到桩间土上 ,也就能保证在任何荷载作

4、用下桩和桩间土始终参与共同承担荷载。 2.特点和适用范围 CFG 桩是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和 少量水泥 ,加水拌和后制成具有一定强度的桩体。其骨料仍为碎石 ,用掺入石屑来改善颗粒级配 ;掺入粉煤灰来改善混合料的和易性 ,并利用其活性减少水泥用量 ;掺入少量水泥使其具有一定的粘结强度。 CFG 桩复合地基由于充分利用桩间土和桩共同作用的特点优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。其特点是 :可使承载力在较大范围内调整 ;有较高的承载力 ,承载力提高的幅度在250300%,对软土地基承载力提高更大 ;沉降量小 ,变形稳定快 ,如将桩落在较硬的土层上 ,可较严格地控制地基沉降

5、量 (在 30mm 以内 ),特别是它有效解决了不均匀沉 降问题 ;施工工艺简单 ,成桩质量高 ,如长螺旋钻孔管内泵压混合料施工时成孔成桩一次完成 ,不存在清孔、护壁、塌孔等现象 ,施工过程能有效防止塌孔、断桩、缩径等质量问题的发生 ,易于控制施工质量 ,而且无污染 ,现场施工干净 ;施工工期短 ,平均施工时间比普通钻孔桩基础缩短三分之一以上 ;由于大量使用粉煤灰 ,桩体材料具有良好的流动性与和易性 ,灌筑方便 ;可节约大量水泥、钢材 ,利用工业废料 ,消耗大量粉煤灰 ,降低工程费用 ,可节省投资。 CFG 桩具有施工噪音低 ,施工速度快 ,是一种高效、安全、方便、环保的施工方法。 CFG 桩

6、复合地 基不受地下水位的限制 ,适用性强 ,应用广泛。适用于条形基础、独立基础 ,也适用筏基、箱形基础。就土性而言 ,适用于处理杂填土、淤泥质土、非湿陷性黄土、粉土或砂土等地基。由于 CFG桩复合地基可以大幅度提高地基承载力、改善桩间土性能、减小沉降 ,因而可以广泛应用于高层建筑物以及机场、堆场、路基工程、桥梁工程、储油罐等工程的地基处理。 CFG 桩复合地基技术采用的施工方法各有自身的优点和适用性： 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 ; 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 ; 振动沉

7、管灌注成桩 ,适用于粉土、粘性土及素填土地基。 3.复合桩基材料 一般水泥采用强度等级 32. 5MPa的普通硅酸盐水泥。碎石粒径 2050mm,松散密度 1390 kg /m3,杂质含量小于 5%。石屑粒径 2. 510mm,松散密度 1470 kg /m3,杂质含量小于 5%。褥垫层材料宜用中砂、粗砂、碎石或级配砂石等 ,最大粒径不宜大于 30mm。不宜选用卵石 ,卵石咬合力差 ,施工扰动容易使褥垫层厚度不均匀 ;亦可采用灰土垫层作褥垫层。粉煤灰应选用符合 级及以上标准的粉煤灰。 在施工前 ,应将原材料送至检测中心进行化验和做混合料的配合比试验。一般可参考以下数据进行试配 :水泥、粉煤灰、

8、碎石混合料的配合比抗压强度可在 C520 之间变化 ,一般为 C520,密度大于 200kg/m3。最佳石屑掺量(石屑量与碎石和石屑总重之比 )约为 25%左右 ;水灰比 (水与水泥用量之比 ) 为 1. 011. 47;粉煤灰与水泥重量之比 为 1. 021.65。 4.工艺流程及质量控制 4. 1 长螺旋钻孔、管内泵压灌 注成桩工艺流程：桩机就位 钻孔至设计标高 将混凝土泵管接至钻杆中心管 边提钻边压送混合料。施工要点：桩机就位 ,调整沉管与地面垂直 ,垂直度偏差不大于 1. 5%;控制钻孔或沉管入土深度 ,确保桩长偏差在 +100mm 范围内 ;钻至设计标高后 ,停钻开始泵送混合料 ,当

9、钻杆芯管内充满混合料后 ,边送料边开始提钻 ,提钻速率宜掌握在23m/min,应保持孔内混合料高出钻头 0. 5m;管内泵压混合料成桩施工 ,应准确掌握提拔钻杆时间 ,混合料泵送量应与拔管速度相配合 ,遇到饱和砂土或饱和粉土层 ,不得停泵待料 ;严禁先提钻后泵料 ;成桩过程 应连续进行 ,尽量避免因待料而中断成桩 ,因特殊原因中断成桩 ,应避开饱和砂土、粉土层 ;搅拌好的混合料通过溜槽注入到泵车储料斗时 ,需经一定尺寸的过滤栅 ,避免大粒径或片状石料进入储料斗 ,造成堵管现象 ;为防止堵管 ,应及时清理混合料输送管。应及时检查输送管的接头是否牢靠 ,密封圈是否破坏 ,钻头阀门及排气阀门是否堵塞

10、 ;成桩施工的坍落度宜为 160200mm。 4. 2 振动沉管灌注成桩工艺流程 :桩机就位 沉管至设计标高 停振下料 振动捣实后拔管 留振 10s 振动拔管、复打。施工要点 :桩机就位须平整、稳固 ,沉管与地面 保持垂直 ,如采用混凝土桩尖 ,需埋入地面以下300mm;混合料配制 :按经试配符合设计要求的配合比进行配料 ,用混凝土搅拌机加水搅拌 ,搅拌时间不少于 2min,加水量由混合料坍落度控制 ,一般坍落度为 3050mm;在沉管过程中用料斗在管顶投料口向桩管内投料 ,待沉管至设计标高后须尽快投料 ,以保证成桩标高、密实度要求 ;当混合料加至与钢管投料口齐平后 ,沉管在原地留振 10s

11、左右 ,即可边振边拔管 ,每提升 1. 52. 0m,留振 20s。桩管拔出地面确认成桩质量符合设计要求后 ,用粒状材料或粘土封顶 ;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 左右 ,如遇淤泥土或淤泥质土 ,拔管速度可适当放慢。 4. 3 褥垫层厚度宜为 150300mm,由设计确定。 施工时虚铺厚度 (h): h=H/( 其中 为夯填度 ),一般取 0. 870. 90。虚铺完成后宜采用静力压实法至设计厚度 ;当基础底面下桩间土的含水量较小时 ,也可采用动力夯实法。对较干的砂石材料 ,虚铺后可适当洒水再进行碾压或夯实。 4. 4 CFG 桩也可根

12、据要求做成钢筋混凝土桩。钢筋混凝土桩施工方法与 CFG桩相同 ,只 是在成桩后随即放入加工好的钢筋笼 ,从上往下用振动器压入桩体 ,形成钢筋混凝土桩。 5.施工中存在的主要问题及解决措施 在施工过程中 ,难免由于人为操作失误或受水文地质条件的影响 ,可能会引起堵管、缩径和窜孔现象 ,特别在桩基后期土方施工中不注意保护桩头 ,引起桩身断裂等情况 ,将会直接影响施工进度和成桩质量。因此 ,在成桩施工和后期产品保护过程中 ,必须严格按照灌注混凝土桩的施工规范和桩基验收规范的有关技术参数进行施工。为了避免产生以上的施工质量问题可采取以下几方面措施加以解决： 5. 1 当混 凝土的泵送量过多而钻杆提升过

13、慢 ,就容易造成管道堵塞 ,当混凝土的泵送量不足而钻杆提升过快 ,就会影响成桩质量 ,造成断桩或缩径 ,因此要作好成孔、搅拌、泵送、提钻各道工序的密切配合。 5. 2 禁止采用先提钻后灌混凝土作法 ,正确要求是钻杆钻到设计标高后不要提钻 ,先向钻杆内灌混凝土 ,然后再提钻杆进行桩底混凝土灌注施工。严格掌握混凝土的输入量和提钻产生的空孔体积。 5. 3 泵送管道应保持水平 ,尽量减少弯道 ,混凝土泵安装位置尽可能靠近钻机。 5. 4 在夏天气温超过 30 施工时 ,应在输送管道上覆 盖湿草被 ,并洒水降温 ,避免混凝土发生初凝 ,防止管内混凝土失水离析 ,造成堵塞泵管。 5. 5 冬季施工应采取

14、保暖措施 ,对搅拌用水预热 ,混凝土搅拌运输车及泵管均要采取保温措施 ,使混合料入孔温度不得低于 5 。 5. 6 CFG 成桩施工应连续进行 ,在施工中不能停泵待料 ,要备有足够的灌注混凝土料 ,在灌注成桩过程应避免停水、停电等情况的发生。 5. 7桩体应经成桩 7d达到一定强度后 ,方可进行基槽开挖 ;如桩顶距离地面在 1. 5m 以内 ,宜用人工开挖 ;如大于 1. 5m,下部 700mm 亦宜用人工开挖 ,以避免损坏桩头 ;清土和截桩时 ,不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。 5. 8 挖至设计标高后 ,应剔除多余的桩头 ,剔除桩头时应采取如下措施 :找出桩顶标高 ,在其上 50100mm 处同一水平面按同一角度对称放置 2 个或 4个钢钎 ,用大锤同时击打 ,将桩头截断。桩头截断后 ,再用钢钎、手锤等工具沿桩周向桩心逐渐剔除多余的桩头 ,剔凿平整直至设计桩顶标高 ;有特殊要求 ,可采取切割方法把虚桩头去掉。 5. 9 保护土层和桩头清除至设计标高后 ,应尽快进行褥垫层的施工 ,以防桩间土被扰动。 5. 10 冬 期施工时 ,保护土层和桩头清除至设计标高后 ,立即对桩间土和CFG 桩采用草帘、草袋等保温材料进行覆盖 ,防止桩间土冻涨而造成桩体拉断 ,同时防止桩间土受冻后复合地基承载力降低。