浅谈CFG桩地基处理技术应用

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  摘要:CFG桩长螺旋钻孔-管内泵压砼灌注成桩工艺,具有施工速度快、桩体密实度高、环境噪音影响较低、对周围桩间扰动影响较小、特别是适合地下水位以下的高灵敏度地层等特点。该技术已在全国各地区地基处理中得到广泛应用,目前已成为应用非常普遍的地基处理技术之一。
  关键词:CFG桩;地基处理技术;施工工艺;质量控制;检测
  1 工程概况
  广州市轨道交通二、八号线延长线嘉禾车辆段±0.00以上工程,二号线运用库、三号线运用库、检修库等大型库区所在场地内不良地质作用发育,灰岩岩层中岩溶发育强烈,分布规律性差,形态规模难以确定;岩层面附近残积土层发育土洞,存在潜在的危害性,在外界条件变化情况下可导致地面塌陷;场地内饱和砂土为液化地层,场地以轻微液化为主,局部为中等或严重液化,天然地基承载力标准值120kPa,不能满足设计要求,故采用CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)复合地基加固处理方案。
  2 CFG复合地基设计
  本工程设计主要参数为单桩竖向承载力特征值460kN,复合地基承载力特征值300KPa;桩径500mm,桩长16m;定长度控制;桩端持力层为粘质粉土、砂质粉土;桩身混凝土强度等级C25;分别采用4桩正方形、5桩梅花形、6桩矩形、9桩梅花形、12桩矩形布置,桩间距为1600㎜×1600㎜;建筑物总布桩3627根。
  3 CFG桩施工工艺
  3.1 施工工艺的选择
  CFG桩复合地基区别于桩基的主要特点就是:充分考虑发挥桩间土的承载力,所以施工中应尽可能减小桩间土的扰动,又根据本工程场地地质资料,场区地层上部主要由饱和、具高压缩性、高灵敏度的砂质粘土构成,场内多溶岩土洞,施工中受到触动影响变化比较大。因此,为保证桩身施工质量,尽可能减小桩间土的扰动,确保本项目的顺利进行,合理的选择机械施工工艺,是这次CFG桩施工项目顺利进行的关键。
  目前,CFG桩的成桩施工方法大体有两种:振动沉管灌注成桩、长螺旋钻孔-管内泵压砼灌注成桩,其中:振动沉管灌注成桩工效低,且在振动沉管过程中对桩间土扰动大,不适宜本工程复杂的地质情况;长螺旋钻孔-管内泵压砼灌注成桩,具有施工速度快、桩体密实度高、环境噪音影响较低、对周围桩间扰动影响较小、特别是适合地下水位以下的高灵敏度地层等特点,因此:本CFG桩工程施工工艺拟采用长螺旋钻孔-管内泵压砼灌注成桩工艺。水下泵送砼,边压砼边拔管,采用置换加固,穿透力强,单桩承载力高,不会受到上部软土、砂粘土影响,并能保证达到设计承载力的要求,对桩的质量有保证。
  3.2 机械设备选择
  根据单桩长度、承载力设计要求及工程地质情况,我公司采用KLB-75型步履式长螺旋钻机2台,QZ-60型混凝土输送泵2台。
  3.3 桩施工流向及顺序
  考虑到下部搅拌桩施工顺序和时间安排,二号线运用库、三号线运用库均在平面上以纵向中轴分为西侧和东侧两施工段,各布置一台长螺旋钻机,先东侧在西侧,由外至内推进施工,根据具体情况,更进一步为了尽可能减小桩间土的扰动,控制施工工艺,发现特殊情况,做出具体的改变,必要时采用间隔跳打的施工方式。
  3.4 施工工艺流程图
  3.5 主要施工方法及技术要求
  ①桩定位放线
  根据桩位平面布置图及最近的导线控制点提供的坐标作为测量基准点,由专职测量人员进行放线工作,放线结束后会同业主、监理共同检验,签字认可后方可进行下一步的施工工作。桩位定位方法现场宜采用灌白灰点并插木质短棍表示,木质短棍入土深度不少于25cm。
  ②桩机定位、调平
  将桩機移到指定桩位,对中。当地面起伏不平时,应调整支腿或平台基座,使桩机底座保持水平、钻杆保持垂直。钻机就位后,应用钻机塔身的前后垂直标杆检查导杆,校正位置,使钻杆垂直对准桩位中心,以保证桩身垂直度偏差不得大于允许偏差。一般桩位误差不宜超过2.0CM,钻杆垂直度偏差不超过1.5%。
  ③钻进成孔
  开钻前,先将混凝土泵的料斗及管线用清水湿润,然后搅拌一定的水泥砂浆进行泵送,以润滑管线,防止堵管。
  钻孔开始前,封住钻头阀门,使钻杆向下移动至钻头触及地面时,开动钻机旋动钻头。
  一般应先慢后快,在成孔过程中如发现钻杆摇晃或难钻时,应停机或放慢进尺,遇到障碍物应停止钻进,分析原因,禁止强行钻进。
  根据设计桩长,确定钻孔深度并在钻机塔身相应位置作醒目标注,作为施工时控制桩长的依据,当动力头底面到达标志时,桩长即满足设计要求。
  ④灌料、提升
  本工程采用C25混凝土浇筑,材料入场前应检查各项指标,坍落度宜控制在180mm~220mm为宜。钻头到达设计标高后,钻杆停止钻动,开始泵送混合料,泵送量达到钻杆芯管一定高度后,方可提钻,禁止先提钻再泵料。
  一边泵送一边拔管,拔管速率控制必须与泵送量相匹配,一般宜控制在2m/min~3m/min,保证钻头始终埋在CFG桩混合料液面以下,以避免进水、夹泥等质量缺陷的发生。
  成桩过程宜连续进行,掌握好灌料与提钻的时间差,以避免后台上料慢造成的供料不足、停机待料现象,当成桩至桩顶标高2.0m以内时,应连续泵料至桩体混合料高出桩顶标高。
  若施工中因其它原因不能连续灌注,须根据勘察报告和施工已掌握的场地土质情况,避开饱和砂土、粉土层,不宜在这些土层内停机。成桩过程中必须保证排气阀正常工作。
  施工时要始终保持混凝土泵料斗内的混合料液面在料斗底面以上一定高度,以免泵送时吸入空气,造成堵管。
  ⑤停灌桩顶标高、移机下一桩位
  尽量控制好桩顶标高停灰面这一环节,在达到技术要求的条件下,做到尽可能少浪费混合料。
  ⑥钻孔弃土的清运
  施工时,钻孔弃土应及时清运,以避免影响施工速度和弃土中水浸泡槽底,弃土的清运应有专人指挥。
  钻孔弃土清运可采用机械清运方式,清运时应尽量采用小型机械,以避免扰动基底土层,弃土清运应与CFG桩施工配合进行,严禁设备碰撞CFG桩,避免造成浅部断桩。弃土清运时应注意保护桩位放线点,避免桩位点移位或丢失。   4 施工过程质量控制
  CFG桩采用长螺旋钻法施工,其施工质量主要从三个方面进行控制:
  4.1 成桩质量控制
  即在施工过程中从砼拌和、运输、成孔、灌注等工序控制。
  ①为检验CFG桩施工工艺、机械性能及质量控制、核对地质资料,在工程桩施工前,应先做不少于2根试验桩,并在竖向全长钻取芯样,检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度,根据发现的问题修订施工工艺。
  ②桩长、桩顶标高应符合设计要求。
  a、桩长:通过在CFG桩开钻前,由技术人员在桩机主塔上以每50cm作一标显标识,为保证夜间连续作业,标识上涂一层反光漆。以标识丈量CFG桩桩长施工深度的一种依据。
  b、桩顶标高:利用业主提供的二级水准点,引测临时水准点,以便随时恢复施工桩位的桩顶标高。
  ③CFG桩施工中,每台班均须制作检查试件,进行28d强度检验,成桩28d后应及时进行单桩承载力或复合地基承载力试验,其承载力、变形模量应符合设计要求。
  ④通常桩顶混凝土密实度差,强度低,对此采取桩顶以下2.0m内进行振动捣固的措施。
  ⑤为保证施工中混合料的顺利输送,施工中采取商品混凝土。
  ⑥桩身每方混合料掺加粉煤灰量及坍落度控制根据设计和采用的施工方法按工艺试验确定并经监理工程师批准的参数进行控制,并不定时对商品混凝土供应商进行随机抽查。
  4.2 施工过程记录
  记录施工中的钻机、泵机的作业参数,保证工程桩的进尺准确性,控制钻进、提钻的速度,确保泵送与提钻的协调性。
  ①整个施工过程中,安排人员旁站监督,并作好施工原始数据记录,记录钻压电流值、孔深、单孔混合料灌入量、堵管及处理措施等。
  ②CFG桩施工属隐蔽工程,施工完毕监理签认后方可进行下一道工序施工。
  4.3 成桩保护
  CFG施工多采用重型机械,而CFG桩是素砼桩,受施工机械的干扰,极易造成工程桩的后期破坏,分析造成破坏的原因及保护措施如下。
  ①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。开挖表土不得造成桩顶设计高程以下的桩体断裂和扰动桩间土,桩帽以外超挖部分应在垫层施工时一并回填。截桩施工时先放样桩顶标高位置,宜用截桩机截桩,当使用空压机、风镐人工配合时应逐层剥离,严禁桩头承受弯距。
  ②冬期施工时混合料入孔温度不得低于5℃,如温度过低时,应对桩头和桩间土应采取保温措施。
  ③桩头修整至设计高程以上3~5cm时,应采用人工开挖桩帽基坑,基坑开挖到位后,将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高,桩帽混凝土应原槽浇注。
  ④褥垫层宜采用静压法施工。
  5 检验检测
  5.1 材料控制
  所用的水泥和粗细骨料品种、规格及质量应符合现行规范要求。
  5.2 坍落度控制
  CFG桩C25混凝土坍落度应按工艺性试验确定并经监理工程师批准的参数进行控制:
  检验数量:每台班抽样检验3次。
  检验方法:现场坍落度试验。
  5.3 桩体强度检测
  桩体强度检测方法、数量及标准根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)、《建筑地基基础检测规范》(DBJ15-60-2008)、《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)的规定,根据嘉禾车辆段的工程特点进行检测。
  a、检测数量:施工单位每台班一组(3块)试块。
  b、检测方法:每台班制作混凝土试块,进行28d标准养护试件抗压强度检测。
  c、设计要求:桩身28d边长15cm立方体抗压强度达到C25混凝土设计强度25MPa。
  5.4 桩身质量、完整性检测
  桩身质量、完整性检测方法、数量及标准根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)、《建筑地基基础检测规范》(DBJ15-60-2008)、《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)的规定,根据嘉禾车辆段的工程特点进行检测。
  a、检测数量:柱下4~6根桩的基础抽检桩数不得少于2跟。6根以上的不少于桩数的30%,且不得少于3根。设计等级为甲级,或地质条件复杂、成桩质量可靠性较低的灌注桩,抽检数量不少于总桩数的30%,且不得少于20根。
  b、检测方法:低应变检测。
  低应变:采用低应变反射波法检测桩身质量的原理:用锤敲击桩顶时,在桩中便会产生一应力脉冲波,该应力波沿桩身截面向下传播。当桩身为等截面的均质体(即为完整桩)时,此应力波脉冲将一直沿桩身到达桩的底部,由于桩与桩底土层在材料性质上的差异,应力波能量除一部分通过透射而传导到土体中外,还有一部分将沿桩身反向传回桩顶。假设在桩身材料(密度)和长度一定的条件下,在桩顶安装传感器,接收应力波的入射和反射,再在记录曲线上找出二者之间的时间差,采用算式(1)算出桩身材料应力波的平均速度。当桩身出现缺陷(如扩颈、缩颈、断桩、离析、裂痕等)时,应力波将在此部位提前产生反射,应用算式(2)算出桩身缺陷部位L′。
  vp=2L/tr(1)
  L′=(1/2)vpmtr′(2)
  式中:vp—桩身反射波的纵波速度(m/s);
  L—桩身全长(m);
  tr—桩底反射波的到达时间(s);
  vpm—桩身平均纵波波速(m/s);
  tr′—桩身缺陷部位反射波的到达时间(s)。
  5.5 单桩竖向承载力及复合地基承载力检测
  单桩竖向承载力及复合地基承载力检测方法、数量及标准根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)、《建筑地基基础检测规范》(DBJ15-60-2008)、《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)的规定,根据嘉禾车辆段的工程特点进行检测。
  a、检测数量:检测数量在同一条件下(一个工点、地质条件基本相同)不少于3根,且不少于总桩数的1%
  b、检测方法:平板载荷试验。
  c、设计要求:抽取不少于总桩数的1%的桩进行单桩承载力检测,抽取不少于总桩数的1%的桩进行单桩复合地基平版载荷板试验。承载力符合设计要求。
  5.6 桩位、垂直度、有效直径、桩长检查
  (1)CFG桩的桩位、垂直度、有效直径、桩长的允许偏差应符合下表的规定。
  6 结束语
  从本工程CFG桩的检测结果来看,桩体强度满足C25的设计要求。桩身结构完整,所施工的3627根CFG桩全部为I、II类桩;单桩和复合地基承载力均达到了设计要求。在施工中基本消除了断桩、缩径、夹泥等质量通病,表明本工程CFG樁采取的施工工艺和技术措施是可行的。
  参考文献
  [1]《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)
  [2]阎明礼张东刚《CFG桩复合地基技术及工程实践》(中国水利水电出版社)
  [3]廖代广孟新田《土木工程施工技术》(武汉理工大学出版社)
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