论文部分内容阅读
随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，复合地基由于其充分利用桩间土和桩共同作用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。水泥粉煤灰碎石桩（简称CFG桩即cement fIying-ash gravel pile），它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。通过柔性褥垫层的设置，使CFG桩复合地基得到均匀沉降和较高的承载力。CFG桩复合地基是在碎石桩加固地基法的基础上发展起来的一种地基处理技术。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，是加固软土地基最经济、适用、可靠的一种新型灌注桩。我有幸参与了宁夏一工程项目使用CFG桩的过程，现将其工艺及施工方法等共同分享如下：
2010年初在银川市开发建设的“家私城”项目建筑面积约21萬㎡，长349.6m，宽148.4m，框架结构。经勘查单位关于该项目岩土工程勘察报告对场地稳定性与适宜性的介绍为：该场地地基主要持力层、受力层范围内承载力特征值fnk≥100Pa,基础方案与设计施工建议为：1、人工地基浅基础方案（独立柱基础）；2、水泥粉煤灰碎石桩方案；3、钻孔灌注桩基础方案。
CFG桩不需要配筋，桩体利用工业废料—粉煤灰代替部分水泥，桩身后期强度可增加。其工程造价比钻孔灌注桩、独立柱基础都低，施工周期也相对较短，考虑经济合理、技术可行的原则，经测算并决定在家私城项目中使用CFG桩进行地基处理。设计的CFG桩桩径d=600mm，桩端持力层为粉细砂，单桩承载力特征值为Pk=600KN，置换率m=18.8%，有效桩长10m，上加0.5m虚桩。混合料强度为C20，总桩数9430根。复合地基承载力特征值为100KPa，桩间土为素填土，特征值不小于110 KPa。
CFG桩常用的成桩施工方法有振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩两种方法。家私城项目采用的是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩法，其工艺流程为：
钻机就位→成孔→钻杆内灌注混凝土→提升钻杆→灌注孔底混凝土→边泵送边提升钻杆→成桩→钻机移位。
一、其操作要点如下：
1、桩机就位，调整钻杆与地面垂直，垂直度偏差≯1.5%，本工程垂直度为12000×1.5%=180㎜。
2、控制钻孔深度，确保桩长偏差在+100㎜范围内。
3、钻至设计标高后，停钻开始泵送砼，当钻杆心管内充满砼后，边送料边开始提钻，提钻速度掌握在2～3m/min，应保持孔内砼高出钻头0.5 m。
4、掌握提拔钻杆时间，本工程为6 min，砼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。
5、砼通过溜槽进入泵斗储料计时，需经一过滤栅，避免大粒径或片状石料进入，造成堵管现象。
6、为防止堵管，应及时清理砼输送管，及时检查输送管的接头是否牢靠，密封圈是否破坏，钻头阀门是否堵塞。
7、成桩过程中，抽样做砼试块，每台机械每台班应做一组（3块）。
二、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工质量问题和控制措施:
1、堵管。堵管是混合料灌注成桩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。产生堵管的原因有以下几点：
（1）混合料配合比不合理。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时,混合料和易性不好,常发生堵管。因此,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的范围内,坍落度应控制在160mm～200mm之间。
（2)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,容易造成管路堵塞。
2、窜孔。在饱和粉土、粉细砂层中成桩经常会遇到这种情况,打完X号桩后,在施工相邻的Y桩时,发现未结硬的X号桩的桩顶突然下落,当Y号桩泵入混合料时，X号桩的桩顶开始回升，此种现象称为窜孔。施工中采取的预控措施为：（1）采取隔桩、隔排跳打方法；（2）根据工程实际情况，采用桩距较大的方案，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。
3、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，发现堵塞必须及时清洗。
4、桩端不饱满。这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。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。
5、浅部断桩：CFG桩施工过程中，在打桩和土方开挖时，土层受桩机和开挖机械挤压产生侧压力，由于CFG桩桩身较脆，在侧压力作用下容易产生断裂，形成浅部断桩。处理方案为：对断桩单独进行处理，剔除上部断桩，用与桩身相同的混合料按桩径设计标高补桩。
三、CFG 桩的试验与检验
依据规范及设计图纸要求，桩体检测内容为单桩承载力、负荷地基承载力及桩身完整性（小应变动测）。
1、复合地基试验
为检验CFG 桩施工工艺及复合地基加固效果,取得设计和施工的技术数据,进行了一点三桩复合地基和三根单桩静载试验,参数与工程桩相同。
三桩复合地基试验最大加载值为6500kN,单桩试验最大加载值分别为1700kN、1300kN、1300kN,加载程序和判定标准按规范要求。
2、静载试验
静压三根单桩复合地基和三根单桩试验结果表明:三根单桩复合地基静载试验和三根单桩静载试验的Q-s曲线、s-lg(t)曲线均未出现陡降迹象,按相对变形s/b =0.01确定复合地基承载力,单桩复合地基在标准值为400kPa 的荷载下沉降值与压板作用宽度之比s/b 分别为0.009、0.0096、0.004,其比值均小于0.01,表明单桩复合地基承载力满足设计要求。
3、检测结果
3.1、CFG 桩桩体强度满足C20的设计要求。桩身结构完整的一类桩385根;桩身结构基本完整、桩身局部轻微离析、对桩的使用不构成影响的二类桩33根。一、二类合格桩共418根,占检测桩总数424根的98.58%。
3.2、浅部断裂桩6根,占检测桩总数的1.42%，经开挖核实断裂在距桩顶0.5m 左右处， 分析为剔凿保护桩头混凝土不慎所致。经清理后复测，发现下部桩身质量基本均匀完整，属合格桩。
随着我区社会经济发展、高层及超规模建筑的增加，人们对地基承载力及变形的使用要求也越来越高。当浅层土的地基承载力较小时，采用复合地基的设计是较为常用的方法，尤其是针对软土地基，采用地基加固处理更为适用。CFG 桩复合地基具有的施工速度快，工期短、造价低等优点一定会为宁夏的建设领域增添新的助力。
2010年初在银川市开发建设的“家私城”项目建筑面积约21萬㎡，长349.6m，宽148.4m，框架结构。经勘查单位关于该项目岩土工程勘察报告对场地稳定性与适宜性的介绍为：该场地地基主要持力层、受力层范围内承载力特征值fnk≥100Pa,基础方案与设计施工建议为：1、人工地基浅基础方案（独立柱基础）；2、水泥粉煤灰碎石桩方案；3、钻孔灌注桩基础方案。
CFG桩不需要配筋，桩体利用工业废料—粉煤灰代替部分水泥，桩身后期强度可增加。其工程造价比钻孔灌注桩、独立柱基础都低，施工周期也相对较短，考虑经济合理、技术可行的原则，经测算并决定在家私城项目中使用CFG桩进行地基处理。设计的CFG桩桩径d=600mm，桩端持力层为粉细砂，单桩承载力特征值为Pk=600KN，置换率m=18.8%，有效桩长10m，上加0.5m虚桩。混合料强度为C20，总桩数9430根。复合地基承载力特征值为100KPa，桩间土为素填土，特征值不小于110 KPa。
CFG桩常用的成桩施工方法有振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩两种方法。家私城项目采用的是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩法，其工艺流程为：
钻机就位→成孔→钻杆内灌注混凝土→提升钻杆→灌注孔底混凝土→边泵送边提升钻杆→成桩→钻机移位。
一、其操作要点如下：
1、桩机就位，调整钻杆与地面垂直，垂直度偏差≯1.5%，本工程垂直度为12000×1.5%=180㎜。
2、控制钻孔深度，确保桩长偏差在+100㎜范围内。
3、钻至设计标高后，停钻开始泵送砼，当钻杆心管内充满砼后，边送料边开始提钻，提钻速度掌握在2～3m/min，应保持孔内砼高出钻头0.5 m。
4、掌握提拔钻杆时间，本工程为6 min，砼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。
5、砼通过溜槽进入泵斗储料计时，需经一过滤栅，避免大粒径或片状石料进入，造成堵管现象。
6、为防止堵管，应及时清理砼输送管，及时检查输送管的接头是否牢靠，密封圈是否破坏，钻头阀门是否堵塞。
7、成桩过程中，抽样做砼试块，每台机械每台班应做一组（3块）。
二、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工质量问题和控制措施:
1、堵管。堵管是混合料灌注成桩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。产生堵管的原因有以下几点：
（1）混合料配合比不合理。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时,混合料和易性不好,常发生堵管。因此,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的范围内,坍落度应控制在160mm～200mm之间。
（2)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,容易造成管路堵塞。
2、窜孔。在饱和粉土、粉细砂层中成桩经常会遇到这种情况,打完X号桩后,在施工相邻的Y桩时,发现未结硬的X号桩的桩顶突然下落,当Y号桩泵入混合料时，X号桩的桩顶开始回升，此种现象称为窜孔。施工中采取的预控措施为：（1）采取隔桩、隔排跳打方法；（2）根据工程实际情况，采用桩距较大的方案，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。
3、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，发现堵塞必须及时清洗。
4、桩端不饱满。这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。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。
5、浅部断桩：CFG桩施工过程中，在打桩和土方开挖时，土层受桩机和开挖机械挤压产生侧压力，由于CFG桩桩身较脆，在侧压力作用下容易产生断裂，形成浅部断桩。处理方案为：对断桩单独进行处理，剔除上部断桩，用与桩身相同的混合料按桩径设计标高补桩。
三、CFG 桩的试验与检验
依据规范及设计图纸要求，桩体检测内容为单桩承载力、负荷地基承载力及桩身完整性（小应变动测）。
1、复合地基试验
为检验CFG 桩施工工艺及复合地基加固效果,取得设计和施工的技术数据,进行了一点三桩复合地基和三根单桩静载试验,参数与工程桩相同。
三桩复合地基试验最大加载值为6500kN,单桩试验最大加载值分别为1700kN、1300kN、1300kN,加载程序和判定标准按规范要求。
2、静载试验
静压三根单桩复合地基和三根单桩试验结果表明:三根单桩复合地基静载试验和三根单桩静载试验的Q-s曲线、s-lg(t)曲线均未出现陡降迹象,按相对变形s/b =0.01确定复合地基承载力,单桩复合地基在标准值为400kPa 的荷载下沉降值与压板作用宽度之比s/b 分别为0.009、0.0096、0.004,其比值均小于0.01,表明单桩复合地基承载力满足设计要求。
3、检测结果
3.1、CFG 桩桩体强度满足C20的设计要求。桩身结构完整的一类桩385根;桩身结构基本完整、桩身局部轻微离析、对桩的使用不构成影响的二类桩33根。一、二类合格桩共418根,占检测桩总数424根的98.58%。
3.2、浅部断裂桩6根,占检测桩总数的1.42%，经开挖核实断裂在距桩顶0.5m 左右处， 分析为剔凿保护桩头混凝土不慎所致。经清理后复测，发现下部桩身质量基本均匀完整，属合格桩。
随着我区社会经济发展、高层及超规模建筑的增加，人们对地基承载力及变形的使用要求也越来越高。当浅层土的地基承载力较小时，采用复合地基的设计是较为常用的方法，尤其是针对软土地基，采用地基加固处理更为适用。CFG 桩复合地基具有的施工速度快，工期短、造价低等优点一定会为宁夏的建设领域增添新的助力。