摘 要:阐述了CFG桩成桩常用施工方法和工艺流程,详细论述了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施工过程中经常遇到的质量问题,针对这些问题提出了有效的质量控制措施。
关键词:CFG桩,流程,质量问题,控制措施
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称,一般有三种成桩施工方法:振动沉管灌注成桩(适用于粉土、粘性土及素填土地基)、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)和长螺旋钻孔、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)。CFG桩复合地基,通过改变桩长、桩距、褥垫厚度和桩体配比,能使复合地基承载力幅度的提高有很大的可调性。它具有沉降变形小、施工简单、造价低、承载力提高幅度大、适用范围较广、社会和经济效益明显等特点,广泛地用于工业厂房和民用住宅的地基处理和加固。CFG桩最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。
1 施工工艺流程
1.1 振动沉管灌注成桩施工工艺流程1)复核放线桩位、定位点和水准点,确定施打顺序,施打顺序一般有连续施打和间隔跳打两种类型。2)根据365JT设计桩长和沉管入土深度确定振动沉管机的机架高度和沉管长度,桩机组装就位。3)桩机就位后,调整沉管垂直度,垂直度偏差不大于1%。4)混合料搅拌。按设计配比配制混合料,混合料的搅拌须均匀,搅拌时间不得少于2min,混合料坍落度宜为30mm～50mm,成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm。5)开机,开始沉管,沉管过程中要将桩机调整稳定,严禁倾斜和错位。将沉管下沉至设定标高,停机。6)停机后,将搅拌机搅拌好的混合料投入管内,直至混合料面与进料口齐平。7)开机拔管。开机后,留振5s～10s开始拔管,拔管速度按均匀线速度控制,拔管线速度应控制在1.2m/min～1.5m/min左右,如遇淤泥土或淤泥质土,拔管速度可适当放慢。8)沉管拔出地面,确认成桩桩顶标高符合施工组织设计要求的标高后,用粒状材料或湿粘性土封顶,然后移机进行下一根桩的施工。
1.2 长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工工艺流程1)钻机就位。就位后校正好钻杆的位置和垂直度,垂直度的容许偏差不大于1%。2)混合料搅拌。按设计配比配制混合料,混合料坍落度宜为160mm～200mm。3)钻进成孔。钻孔开始时,关闭钻头阀门,向下移动钻杆至钻头触及地面时,启动电机,将钻杆旋转下沉至设计标高,关闭电机,清理钻孔周围土。成孔时应先慢后快,这样能避免钻杆摇晃，也能及时检查并纠正钻杆偏位的差值。4)灌注及拔管。CFG桩成孔到设计标高后,停止钻进,开始泵送混合料,当钻杆芯管充满混合料后开始拔管,严禁先拔管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在2m/min～3m/min,成桩过程宜连续进行,应避免供料出现问题导致停机待料。5)移机。移机前对下一根桩的桩位进行清理辨识,确保桩位的准确性。必要时,移机后清洗钻杆和钻头。
2 成桩常见施工质量问题和控制措施
2.1 振动沉管灌注成桩施工质量问题和控制措施
2.1.1 施工扰动使土的强度降低。振动沉管成桩工艺与土的性质具有密切关系,因此,一定要考虑加固前土的密实度。对饱和软粘土,振动将引起土的孔隙水压力上升,强度下降。振动时间越长,对土和已打成桩的不利影响越严重。在软土地区施工时,应采取静压振拔365JT技术。此外,对密实砂层和硬土层也不宜采用振动沉管成桩法。
2.1.2 缩颈和断桩。在饱和软土中成桩,当采用连打作业时,新打桩对已打桩的作用主要表现为挤压,使得已打桩被挤成椭圆形或不规则形,产生严重的缩颈和断桩。在上部有较硬的土层或中间硬土层中成桩,桩机的振动力较大,对已打桩的影响主要为振动破坏。采用隔桩跳打工艺,若已成桩结硬强度不高,在中间补打新桩时,已成桩有时被震裂。为避免上述现象的出现,需要根据不同土质,在施工中选择合适的成桩顺序,并根据土层情况选用适宜的施工工艺和设备。此外提升沉管线速度太快易造成桩径偏小或缩颈断桩,经过大量工程实践证明:拔管速率控制在1.2m/min～1.5m/min为宜。
2.1.3 桩体强度不均匀。桩机卷扬系统提升沉管线速度太快时,为控制平均速度,一般采用提升一段距离,停下留振一段时间,非留振时,速度太快可能导致缩颈断桩。成桩后有时会出现桩的端部桩体水泥含量少,浮浆过多或混合料产生离析,桩体强度不均匀,这主要是因为提升沉管线速度太慢和留振时间过长引起的。因此,在施工过程中要将拔管速度控制在1.2m/min～1.5m/min,且保持速度均匀一致,还要很好地控制留振时间。
2.2 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
2.2.1 堵管。堵管是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺常遇到的主要问题之一。它直接影响CFG桩的施工效率,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桩混合料失水或结硬,增加了再次堵管的几率,给施工带来很多困难。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)混合料搅拌质量有缺陷。在CFG桩施工中,混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头最后到达钻杆芯管内。混合料在管线内借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线。坍落度太大的混合料,易产生泌水、离析,泵压作用下,骨料与砂浆分离,摩擦力加剧,导致堵管。坍落度太小,混合料在输送管路内流动性差,也容易造成堵管。3)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。4)冬期施工措施不当。冬期施工时,混合料输送管及弯头均需做防冻保护,防冻措施不力,常常造成输送管或弯头处混合料的冻结,造成堵管。冬施时,有时会采用加热水的办法提高混合料的出口温度,但要控制好水的温度,水温最好不要超过60℃,否则会造成混合料的早凝,产生堵管,影响混合料的强度。5)设备缺陷。弯头曲率半径不合理也能造成堵管。弯头与钻杆不能垂直连接,否则也会造成堵管。混合料输送管要定期清洗,否则管路内有混合料的结硬块,还会造成管路的堵塞。2.2.2 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。发现窜孔的条件有如下三条: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)土体受剪切扰动能量的积累,足以使土体发生液化。由于窜孔对成桩质量的影响,施工中采取的预控措施:1)采取隔桩、隔排跳打方法;2)设计人员根据工程实际情况,采用桩距较大的设计方案,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;4)合理提高钻头钻进速度。2.2.3 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,发现堵塞及时清洗。2.2.4 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。这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水浸入桩孔,影响CFG桩的桩端承载力。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。