CFG桩长螺旋法施工技术

CFG桩长螺旋法施工技术

素砼灌注CFG桩 施工技术 CFG桩简介  CFG(Cement Fly—ash Grave)桩是由水 泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂和水按一定配 合比均匀搅拌形成的高粘结强度桩，和桩间 土、褥垫层一起形成复合地基，既能较充分 的发挥桩体材料的潜力，又可充分利用天然 地基承载力，并能因地制宜利用地方材料， 具有工效高、成本低、工后变形小、沉降稳 定快的优点。 CFG桩简介 • CFG桩地基处理包括CFG桩身、桩帽（板）、褥 垫层几部分组成。 结构型式：桩＋板，桩＋帽＋褥垫层(本标段采用 此种形式） CFG桩施工工艺 1、设备的选型 CFG桩可选用振动沉管钻机或长螺旋钻机施工。 具体选用哪一类成桩机械和什么型号，要视工程的具 体情况而定。对于粘性土、粉土、淤泥质土采用振动 沉管成桩工艺。对存在的夹有硬土层地质条件的地区， 使用振动沉管机施工，会对已成的桩造成较大的振动， 导致桩体被震裂或震断。对于灵敏度较高的土，振动 会造成土的结构强度破坏、承载力下降，可采用螺旋 钻预引孔，再用振动沉管成桩工艺。对于成孔要求质 量高的地区，使用长螺旋钻孔管内泵压成桩工艺。本 标段设计采用长螺旋钻机施工。 CFG桩施工工艺 长螺旋钻管内泵压砼施工方法的施工机械也有两 种类型的机械：步履式和履带式，如下图： 履 带 式 长 螺 旋 钻 机 CFG桩施工工艺 步 履 式 长 螺 旋 钻 机 1、施工机械的配备 2、选用材料和配合比 3、工艺流程 CFG桩施工工艺 CFG桩施工工艺 1、施工机械配备 根据进度计划及工艺试验，落实好设备配置， 并及时维护，使所有机械处于正常状态，满足施工 的需要，不影响施工的进度和质量。 CFG桩施工工艺 2、选用材料和 配合比 选用的水泥、粉煤灰、碎石及外加剂等原材料应 符合要求及原材料质量验收有关标准，并按规定进行 抽检。 按设计要求进行室内配合比试验，选定合适的配 合比。 CFG桩施工工艺流程 3、工艺流程 （如右图）： 地表处理 桩位检测放样 桩机就位 钻杆垂直度检查与调整 钻杆内填满混合料 混合料拌和运输与泵送 移机到下一桩位 钻孔至设计标高 停 钻 边提钻杆边泵压灌注混合料 清 土 混合料试件制作 桩头处理 桩体承载力抽检桩体完整性检查 CFG桩验收 桩间土开挖 CFG桩施工工艺 3-1 平整场地 对施工场地内地上和地下管线进行核查、拆迁和防护。 清除地表植被，根据所测得的原地面标高和设计桩顶标高对 照结果，平整钻孔场地，地面标高宜高于设计桩顶标50cm ， 预留排水坡度，做好排水沟等措施,并用压路机将原 地面碾压至K30≥30MPa/m，以满足长螺旋钻机自重和抗 倾覆的要求。 CFG桩的施工工艺 3-2 施工放样 在桩位用直径8mm的钢钎竖直打入20cm深孔，在 孔内灌注石灰水或石灰粉，并在孔内插入标记物，可 用一次性木、竹筷，便于桩位被埋没后查找。 CFG桩施工工艺 施 工 现 场 CFG桩施工工艺 3-3 钻机就位 钻杆垂直度控制：钻机就位后，桩机悬挂双向垂 球，旁站人员通过测设垂球与钻杆上下端的相对距离， 判定机身的垂直度偏差是否满足规范或设计要求，确 保CFG桩垂直度容许偏差不大于1.0%。 桩位控制；在每一根桩施工前，通过已经标明临 近的纵向、横向桩位用尺量，来确定桩机是否对准桩 心。 每根桩施工前由旁站人员对桩机进行桩位对中和 钻杆垂直度检查，满足要求后方可开钻。 桩位偏差超标 CFG桩的施工工艺流程 3-4 钻进 钻进开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及 地面时，启动马达钻进，一般应先慢后快，这样既能减少 钻杆摇晃，又能检查钻孔的偏差，以便及时纠正。在成孔 过程中如发现钻杆摇晃或难钻时应放慢进尺，并及时检查 钻杆垂直度和桩位，否则容易导致桩孔偏斜、位移，甚至 使钻杆、钻具损坏。 桩长控制：在桩机机身上做明确的长度标识，为方便 夜间施工控制，需用反光材料进行标识；标识的最小刻度 一般为50cm或25cm；根据钻机塔身上的进尺标记，成孔 达到设计标高时，停止钻进。钻孔弃土应及时转运到指定 场地。 CFG桩的施工工艺流程 3-5 灌注混凝土 长螺旋钻机钻至设计标高，停止钻进，向钻杆芯管泵送混凝土灌 注，当钻杆芯管中充满混合料，开始提升钻杆，压灌混合料，一边拔 管，一边泵送，严禁先提管后泵料。混凝土坍落度、拌合时间应按工 艺性试验确定的参数进行控制,搅拌时间不得少于1min。泵送混凝土， 严禁先拔管后泵送混凝土（特别是端承桩），拔管时钻杆必须停止转 动，拔管速率应按试桩确定参数进行控制，拔管速度均匀,穿透地质 较硬地段，采用低档慢速钻进，软弱地层，快速钻进，以降低扩孔系 数；混凝土泵送也必须连续。若混凝土供应不及时，造成钻机等料的 情况，时间较长可能造成断桩或抱钻现象，尤其是在饱和砂土、粉土 层。混凝土应灌注至设计CFG桩顶标高以上50cm，停止泵送混凝土。 灌注混凝土方量不得少于设计桩长加超灌桩头的体积。 3-6 钻机移位 根据钻机的具体情况，一般钻4、5个孔移动一次钻机。 无论桩距大小，均不宜从四周转向圈内推进施工，因为这样 限制了桩间土向外的侧向变形，容易造成土体大面积隆起， 断桩的可能性较大，可采用由中心向外推进或一边向另一边 推进的方案。当地下出现软弱层，发生窜孔现象时，钻机应 采用跳孔作业，待相邻位置混合料凝固后，再钻相邻桩位。 3-7清除钻泥 钻泥在钻孔过程中必须随时清除，钻机移位后把剩余的钻 泥清除。应当注意： ①除50小型挖掘机外，任何机械设备不得进入CFG桩钻孔 灌注场地。 ②挖土时不得扰动设计桩顶标高以下的桩间原土。 ③不得挖动已经灌注的CFG桩，使桩头破坏。 CFG桩的施工工艺流程 CFG桩施工工艺流程 3-8 CFG桩都埋在地面以下，桩顶有湿黏土封 顶，无需专门养护。桩灌注完成后混合料龄期达 14天后方能进行桩间土开挖、清理。自然养护期 间必须保护钻孔灌注现场，任何机械不得进入钻 孔灌注区。 CFG桩的施工工艺流程 3-9 截桩头和开挖桩间土 桩间土开挖时，挖掘机易碰撞桩头造成浅层断桩， 施工中采取桩头两次截桩方案，避免人为造成桩头破 坏：一是在CFG桩灌注完成后砼凝固之前，湿截桩即 采用小挖掘机将桩头砼和钻泥一起清理出去， 留 30~50cm不截，强度达到80%后，使用小挖掘机（斗 宽0.6m）开挖桩间土，使用改装后的切割机进行切割， 减少对桩体的破坏，切割完成后，断面平整。 CFG桩的施工工艺流程 3-10 桩的检测 3.10.1桩身完整性检测 CFG桩桩身完整性采用低应变动力试 验检测。根据检测结果判定桩身完整性。 3.10.2 CFG桩混合料强度 每台班制作混合料标准立方体试件1 组，进行28d标准养护后，进行试件抗压 强度检测。根据检测 结果判定其质量情 况。 3.10.3 CFG桩复合地基静力载荷试验 分别进行单桩、复合地基载荷试 验，计算沉降与承载 力。检 验数量： 桩数的0.2%，且不少于3根 桩身低应变检测 堆载法地基承载力检测 CFG桩的施工工艺流程 3-11 质量要求 序号 检验项目 允许偏差 施工单位 检验数量 检验方法 1 桩位（纵横向） 50mm 按成桩总数的 10%抽样检验 ，且每检验批 不少于5根 经纬仪 或钢尺丈量 2 桩体垂直度 1% 经纬仪或吊线 测钻杆倾斜度 3 桩体有效直径 不小于设 计值 开挖50～ 100cm深后， 钢尺丈量 CFG桩质量控制措施 1）施工中严格按照设计配合比进行，每台钻机每台班随机抽取 混凝土试件一组，根据抗压强度作为混合料强度判定标准； 2）钻机进场后先用钢尺检查钻机钻杆的直径，钻杆直径不小于 设计桩径，钻机主塔高度大于桩长5m左右； 3）开钻前放出控制桩位，对钻机人员进行技术交底，钻机人员 根据控制桩位，用钢尺放出每根桩位。 4）开钻前根据桩基设计桩长和桩头保护层厚度，在钻机主塔位 置作明显标记，作为控制钻机钻进深度的依据。 5）钻机到位后，指挥人员指挥钻机调整位置，利用机架上悬挂 的两个方向垂直标确定钻机垂直度满足要求； 6）在CFG桩开始施工时，担心逐桩施工会造成串孔，用隔桩跳 打的施工方式，但是隔桩跳打时，第二遍桩机就位又容易对已 施工的桩的挤压破坏， 应根据地质不同选用跳打和逐桩打。 CFG桩质量控制措施 7、CFG桩在灌注砼时，上部1-3米因为砼的压力 变小，砼中有细微气泡排不出来，而CFG桩的 主要受力部分都在上部，因此上部桩体的不密 实，极易造成桩在工程使用过程中的破坏，解 决办法，一是在施工完成后，砼凝固之前使用 振捣棒振捣上部砼，加强砼的密实性；二是加 强砼的坍落度控制， 坍落度过小易造成蜂窝现 象。 CFG桩质量控制措施 3、拔管速率的控制 拔管速率太快将造成成桩桩径偏小或缩径断 桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不均， 桩顶浮浆过多，桩身强度不足和形成混合料离析 现象，导致桩身强度不足。故施工时，应严格控 制拔管速率，拔管速度一般控制在2～ 2.5m/min 比较适宜，此处的拔管速度为线速度，不是平均 速度，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率适当放慢。 拔管过程不允许反插。 CFG桩质量控制措施 4、断桩的原因分析和处理 断桩，是指CFG桩成桩后，桩身混凝土面不连续， 中间有垂直于桩中心轴线的开裂或间隔。断桩是CFG桩 最大的质量事故。断桩的原因有很多，主要有： 1）施工保护不够，有大型工程机械在强度未达到的CFG 桩区域运行，使桩被压断或把桩头压碎； 2）长螺旋钻机的排气阀被堵； 3）灌注混凝土时，混凝土灌注供应不及时； 4）地质原因，地下水丰富，易产生断桩； 5）拔管和泵送混凝土配合不和谐； 6）截除桩头时操作不当遭到破坏。 切割后的桩头 浅层断桩及处理方法 CFG桩质量控制措施 防止断桩的方法 1）对于施工保护不足造成断桩，最有效的方法是加强已 经灌注CFG桩区域的保护，用钢管或其它较结实的 材料将场区围护起来，严禁一切大型机械进入。 2）对于排气阀设置不当造成断桩的解决办法，一般在钻 机在出厂时排气阀位置已经设置的很好，不需要作改 进，只有极少数的钻机才出现这种问题， 要经常检 查排气阀，并将包裹排气阀的混凝土凿除。 3）混凝土供应不及时造成断桩，加强混凝土调度，及时 供应CFG桩混凝土，保证混凝土连续供应，就可以 防止因混凝土供应不及时造成断桩。 CFG桩质量控制措施 防止断桩的方法 4）对于地质原因造成的断桩，施工中是很难控制的，对 流塑状和地下水丰富的地质情况应对CFG桩处理进行 适应性论证。 5）对拔管和泵送混凝土配合不和谐造成的断桩，应寻求 操作人员之间的默契配合。 6）对截除桩头时人为遭到破坏的情况，对作业工人进行 培训，提高操作技能，可避免此种情况。 CFG桩质量控制措施 1、桩帽施工 各种桩帽形式的工艺比较表 桩帽形式 倒 杯 圆 柱 土模现浇 土模现浇 钢模现浇 钢模预制 机械费用 泵送 泵送 泵送 预制厂吊车装车+运输+ 卸车+ 安装 工序 开挖后夯 实回填再 挖模 开挖后夯 实回填再 挖模 开挖后浇筑 砼再夯实回 填 开挖后安装再夯实回填 模型定位 难 难 易 易 桩帽与桩 身和桩间 土结合 好 好 底面好侧面 夯实回填 底面不好侧面 桩帽施工工艺 2、桩帽形式 各种桩帽形式的施工工艺 钢模施工 土 模 施 工 在京沪高速铁路济南西客站工地程建设施工中， 集团公司针对CFG桩复合基施工进行了研究，通过科 技创新，采用开挖土模，运用自主研制的旋切截桩机 截桩，而后现浇混凝土的方法进行桩帽网结构施工， 优质、高效的完成了施工任务，并总结形成了土模旋 切截桩现浇桩帽的施工工法。本工法具有桩体完整率 高、桩间土扰动小、高效、经济、便捷等特点，2008 年通过了山西省建设厅工法关键技术鉴定，技术水平 达到国内领先，有较大的推广价值及借鉴意义。 土模旋切截桩现浇桩帽施工工法 1、流程简捷，工效高，速度快。 采用先机械填筑后人工开挖的土模法，无需进行CFG 桩成桩后桩间土的挖除与回填，简化了作业工序，提升 了施工速度；运用自行研制的旋切截桩机截除桩头，降 低了作业人员劳动强度，大幅提高了工效。 2、操作灵便，扰动小，质量好。 土模法可避免因清运保护土层和去桩头作业对桩顶设 计平面以下桩间土的过度扰动，解决了机械开挖作业磕 碰桩身造成断桩及桩间土回填质量不高的问题。旋切截 桩机构思新颖，在狭小土模空间内作业灵便，可解决采 用普通截桩机无法在土模内作业，而采用风镐去除桩头 又费时耗力、观感较差、易伤桩身的问题。 工艺特点 3、工艺先进，施工便利，便于推广。场地的硬化填 筑、桩帽土模开挖和截桩机旋切截桩施工工艺容 易掌握，施工组织要素配置易于实现，有利于推 广。 4、设备精巧，成本低廉，效益显著。自主研制的截 桩机构造精巧、结构简单、配件易购、制作廉 价，可进行自加工，有效降低设备成本投入，社 会经济效益显著。 工艺特点 本工法适用于铁路、公路、房建、市政等工程 CFG桩复合地基桩帽网（圆柱形桩帽）结构的施工， 特别是对于CFG桩桩帽网工程量大、任务集中、工 期紧张的项目有显著的技术经济效益。对圆台形、 方柱形桩帽网结构，若旋切截桩机具备作业空间 条件，本工法仍有较好的适用性。 适用范围 有别于以往CFG桩桩帽网结构施工在成桩后挖除 桩周土、立模浇注桩帽、拆模后回填桩间土的复杂 性，本工法在路基场地清表作业时就预先对作业区 以A、B组填料进行换填施工，形成硬化层，使其达 到桩间土的回填压实质量要求后进场施工CFG桩。 CFG桩成桩后清除置换土并整平场地，在硬化层内按 桩帽尺寸人工开挖基槽制作土模，在土模内采用自 制的旋切截桩机，使锯片探入地面以下截桩位置水 平旋转切割桩身截桩，去除桩头，而后进行桩帽混 凝土的现浇。 工艺原理 一、场地硬化层预处理 清表作业完成后，CFG桩施工前采用A、B组填料预先对作业区进行换 填处理，硬化层厚度与桩帽高度基本相当，层顶高程按桩帽顶设计标高 控制，分层厚度及压实质量应符合客运专线铁路基床以下路堤填料的压 实要求，同时满足CFG桩帽网结构桩间土的回填质量的设计要求，确保 CFG桩桩机进场及走行便利。 二、开挖硬化层制作土模 CFG桩施工完毕后，在开挖桩帽基槽前，首先测量每根桩的桩顶标 高，由技术人员根据测量结果及设计标高确定下挖深度，并对工班进行 交底。基槽采用人工开挖，桩周土的开挖应严格按照设计桩帽的尺寸及 交底开挖深度进行开挖，确保桩帽基坑中心位置偏差不超过15 mm，平面 尺寸偏差小于±30mm，桩帽高度偏差不超过+30、-20mm，中心位置基槽 坑底应平整、无杂物，标高处于截桩位置以下10cm处（设计CFG桩桩身嵌 入桩帽10cm），以便于截桩机绕桩身旋转切割时轨道平顺。 施工操作要点 人工开挖土模 三、去桩头作业 截桩机绕桩身旋切一周后，需用钢楔子置于切缝处， 以大锤锤击钢楔，使楔头自切缝处嵌入桩体撬断桩身，桩 头自然脱落；切割线位于地面以下，需将相邻桩的桩间土 挖通，便于工人挥锤敲击钢楔；为方便钢楔定位，可在钢 楔上焊接φ8钢筋作为扶杆，由另一名工人掌握，防止锤 击钢楔时钢楔偏位；现场移机作业时注意用电安全，适时 调整截桩机电力线的走向和位置；设置两个工班组流水作 业，一个班组专司旋切锯桩，一个班组负责截取桩头，一 根桩切割完毕后，旋切截桩机即可移至下一桩位继续切桩， 另一班组则在切割好的桩体上开始进行截桩头作业。 施工操作要点 截桩机切割桩头 四、混凝土浇筑 桩头切割完成后，进行试验检测，合格后清理土模内浮土及 浮渣，经监理验收合格后浇筑，浇筑采用泵送混凝土。 施工操作要点 桩帽混凝土土工膜覆盖养生 四、整平夯填桩间土 桩帽混凝土达到设计强度后，拆除坑口模板。受场地硬化标 高控制及施工过程对场地轻微破坏的影响，桩间土不能完全与桩 帽顶平齐，与桩帽顶标高存在一定偏差。对于高于桩帽顶的桩间 土，人工清除至桩帽顶标高即可；对于低于桩帽顶标高的，应依 据设计填料要求对桩间土进行回填。施工现场情况反映，低于桩 帽顶的桩间土与桩帽顶的高差一般在0~15cm，待桩帽混凝土达到 设计强度后，采用自卸汽车将填料运至现场，人工摊铺，以冲击 夯进行回填夯实，回填按从边缘到中心的顺序进行。回填时应注 意对填料含水率的检测及控制，以保证填料夯实质量达到设计标 准。对于紧靠桩帽边缘的部位，为避免夯机碰撞破坏桩帽造成缺 角等问题，采取填料超填高出桩帽顶5cm并覆盖桩帽边缘后再打夯 的措施，确保夯填到位，最后对超填部分进行人工清除。 施工操作要点 人工整平桩间土 整平后场地 夯实桩间土 施工完成后场地 一、施工准备期控制措施 1、施工前须在调查的基础上，对拟定采用的A、B组 换填填料、水泥、粉煤灰、粗、细骨料、土工格 栅等材料进行材质检验，出具材质检测报告；对 规范要求有合格证的材料必须取得合格证，对于 甲控、甲供物资由招标确定，不得采用不合格材 料；混凝土施工进行配合比试验、选定，并严格 按选定的配合比进行施工。 2、对进场的模具、机械等机具设备进行检查验收， 确保其技术指标达标，运转正常，满足施工要求。 质量控制 3、CFG桩施工时，严格按确定的桩机类型、混合料配合比、 保护桩长、终孔条件、拔管速度等工艺参数组织。 4、在CFG桩混合料灌注完成后，待混合料初凝时对置换土及 浮浆进行挖除。清除置换土时应注意不得破坏硬化层及 以下土层，避免对桩身造成损伤，必要时预留一部分置 换土采用小型挖机进行清除。 5、桩帽开挖前应对桩顶进行放样，确定开挖轮廓和深度， 也可在开挖过程中采用水准仪进行标高控制。土模坑底 应平整以利于截桩机在切割桩头时切缝平整，截桩作业 完成后应对坑底进行清理，确保无浮渣等。 质量控制 6、严格控制土模开挖的坑底标高，利用截桩机的锯片与机 底端有10cm高差的特点，确保截桩位置准确。在实施切 割作业时，必须使锯片完全切入桩体一周，确保切缝深 度以保障截桩质量，严禁三点切割等不绕桩体切割一周 的作业。 7、浇筑混凝土时，应根据入模方式选定配合比，拌合站集 中拌和确保质量。混凝土在拌和至浇筑的过程中，需按 规范要求进行原材料称重偏差、砂石含水率测定、坍落 度、入模含气量等方面的检验检测，确保浇筑质量。在 冬季施工时，需采取保暖措施，确保混凝土入模温度满足 规范要求。 质量控制 8、桩帽混凝土浇筑完成后，人工抹面收光。冬季采 用覆盖保温材料的方式进行养生，夏季进行覆盖 洒水养生。混凝土的养生时间应根据混凝土材料 、气温及空气湿度等条件按规范加以确定。 质量控制 谢谢大家！ 2017年1月9日 李艳辉