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1、長螺旋鉆管內泵壓CFG樁施工工藝及質量控制李文鋒（中交三航局大西鐵路客運專線指揮部一項目部，山西，030900）摘要：水泥粉煤灰碎石樁又稱CFG樁（Cement-Flyash-Gravel pile），是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水形成的高粘結強度樁，根據CFG樁自身的特點及加固機理，結合其適用于處理松軟土、粘性土、粉土、砂土和已自重固結的素填土等地基的工程特性，本為論述了長螺旋鉆管內泵壓CFG樁的原材料要求，施工工藝、質量控制、樁基檢測及施工監控等問題。隨著CFG樁設計施工技術的成熟與推廣，已成為許多地區應用最普遍的地基處理技術之一，對類似工程有一定的參考價值。關鍵詞：CFG樁2、；加固機理；質量控制；施工工藝Long Twist Drill pumpetrykket CFG luv teknologi og kvalitetskontrolLi Wen-feng(In three cross Atlantic Railway Passenger Air Command Council for a project department, Shanxi, 030900)Abstract: CFG CFG pile, also known as (Cement-Flyash-Gravel pile), is made of cement, fly ash, gravel, 3、stone chip or sand mixture with water form a pile of high bond strength, according to CFG pile own characteristics and strengthening mechanism, combined with its application to the handling of soft soil, clay, silt, sand and prime gravity consolidation has been filling the engineering properties suc4、h as foundation, this was discussed a long spiral drill pipe pump pressure CFG pile raw material requirements, construction techniques, quality control, pile testing and construction monitoring and controlling. Design and construction of CFG pile with the maturity and promotion, has become the most 5、widely in many parts of the foundations of one of processing, similar projects have some reference value.Key words: CFG pile; reinforcement mechanism; quality control; construction technology1 引言我國從20世紀70年代就開始利用碎石樁加固地基，在碎石、粉土中消除地基液化和提高地基承載力方面取得了令人滿意的效果。后來逐漸把碎石樁的應用范圍擴大，用到塑性指數較大、擠密效果不明顯的粘性土中，以期提高地基的承載6、能力。然而大量的工程實踐表明：對這類土采用碎石樁加固，承載力提高幅度不大。其根本原因在于：碎石樁屬散體材料樁，本身沒有粘結強度，主要靠周圍土的約束來抵抗基礎傳來的豎向荷載。土體越軟，對樁的約束作用越差，樁傳遞豎向荷載的能力越弱。CFG樁就是針對碎石樁承載特性的上述不足加以改進繼而發展起來的。其機理在于：在碎石樁中摻加適量的石屑、粉煤灰鶴水泥，加水拌合形成一種粘結強度較高的樁體，使之具有剛性樁的某些性狀；一般情況下不僅可以全樁長發揮樁的側阻作用，當樁端落在好土層時也能很好的發揮端阻作用，從而表現出很強的剛性樁性狀，復合地基的承載力得到較大提高。因此CFG樁自推廣應用以來得到了較多施工單位的肯定。7、本文結合新建鐵路大同至西安客運專線站前工程-4標段一項目部管段內太谷西站區間及主線路基地基處理的工程實踐，就長螺旋管內泵壓CFG樁的施工工藝及施工質量控制等問題進行探討。2 工程概況本標段為新建鐵路大同至西安客運專線站前工程-4標段一項目部，位于晉中市太谷縣、祁縣境內，施工里程為DK332+568.31DK342+768，正線全長10.2km，北起太谷西站DK332+568.31,向南接跨南同蒲鐵路特大橋。其中DK332+568DK334+148.856段含太谷西站區間路基及主線路基施工段施工，地基加固采用CFG樁，工程量較大，本段路基CFG樁基樁長為25m、27m、30m，樁徑均為0.5m。8、樁身混凝土強度為C15，CFG樁在無砟軌道混凝土底座應力擴散角以內正方形布置，間距1.6m，擴散角以外縱向間距1.6m，橫向間距1.8m。地質情況為：粉砂，黃褐色，稍濕，松散，土質不均勻，具孔隙；細砂，淺黃色、褐黃色，稍濕潮濕，密實，土質均勻，含云母、鐵質氧化物，夾薄層粉砂；粉質黏土，黃褐色，軟塑硬塑，含云母、鐵錳氧化物，夾薄層粉砂、細砂；細砂，黃褐色，潮濕飽和，松散中密，夾薄層粉土；粉土，黃褐色，稍濕潮濕，密實，含云母，夾薄層粉質黏土；細砂，淺黃色，潮濕，密實，含云母，夾薄層粉土。3 CFG樁的施工機械與原材料3.1 施工機械 本工程路基CFG樁機采用JZB90型液壓步履樁機，每臺鉆機配備混9、凝土地泵1臺（HBTS60-75）、250 KW發電機1臺。JZB90液壓步履樁機主要參數項目技 術 參 數參數1鉆孔直徑（mm）4008002最大鉆孔深度（m）263動力頭功率（KW）4524動力頭最大扭矩（KN.m）35.45鉆桿轉速（r/min）24.26行走步長（m）1.17回轉速度（r/min）0.63.2 施工原材料根據設計要求，本管段CFG樁基樁體材料由水泥、碎石、砂、粉煤灰加水攪拌而成。混合料密度為2.12.3t/m3.塌落度為160200mm.其中水泥：采用榆次智海PO42.5水泥；碎石粗骨料：采用文水鑫利達碎石，碎石級配采用二級級配，1020：510=7：3；砂：采用文水永10、興砂場砂，為中粗砂，含泥量小于5%；粉煤灰：采用霍州兆光電廠級粉煤灰；外加劑：采用山西黃河HJSX-A外加劑；引氣劑：采用山西黃河HJAE引氣劑。4 施工技術要點4.1 施工準備（1）施工前清除地表耕植土，平整場地，整平標高=設計標高+0.50.7m； （2）測量放線：采用木樁和釘子定出控制軸線、打樁場地邊線。（3）清除障礙物，標記處理場地范圍內地下構造物及管線，施工范圍內的地上高壓線、地下管線應清理或改移完畢，對不能改移的障礙物必須進行標識，并取保護措施。4.2 施工工藝及工藝參數4.2.1 工藝流程工藝流程見下圖1長螺旋鉆孔管內泵壓CFG樁流程圖。4.2.2 施工順序本段CFG樁采用連打法11、施工，施打順序為從線路中心向側順序推進，縱向從有結構物或分界點順線路方向縱向推進。4.2.3 鉆機就位 在已經清表完成路基上定好的樁位點上撒白灰作好標識，經監理驗線合格后開始鉆機就位。在鉆機架上準確畫出每米的深度標示線，在鉆頭落地的情況下準確標示出“零”起點的位置。調整鉆機水平并固定，專人檢查將鉆頭錐尖對準樁位中心點；鉆機就位后，使鉆桿垂直對準樁位中心，確保CFG樁垂直度容許偏差不大于1%。現場控制采用在鉆架上掛垂球的方法測量該孔的垂直度，也可采用鉆機自帶垂直度調整器控制鉆桿垂直度。每根樁施工前現場工程技術人員進行樁位對中及垂直度檢查。滿足要求后，方可開鉆。4.2.4 鉆進成孔鉆孔開始時，關閉12、鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸地時，啟動馬達鉆進，同時檢查鉆孔的偏差并及時糾正。鉆孔時先慢后快，這樣既能減少鉆桿搖晃，又容易檢查鉆孔的偏差，以便及時糾正。鉆孔速度為2 m/min，在成孔過程中發現鉆桿搖晃或難鉆時，應放慢進尺，防止樁孔偏斜、位移和鉆具損壞。根據鉆機塔身標記線，進行成孔進尺深度控制。成孔到達設計標高時，停止鉆進。4.2.5 混合料攪拌混合料攪拌采用廠拌，拌和站主要為南六門拌和站。按照配合比進行配料，每盤料攪拌時間控制在90秒，混合料出廠時坍落度控制在160mm200mm，在施工過程中控制測量每車混凝土的坍落度。4.2.6 灌注及拔管鉆孔至設計標高后，停止鉆進，提拔鉆桿后開始泵送混13、合料灌注，混合料坍落度控制為180mm。每根樁的投料量不小于設計灌注量。設專人指揮協調鉆機操作手和混凝土泵操作手保證泵送混凝土和提升鉆桿的默契配合，以確保成樁質量。鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管，并保證連續拔管。拔管速度應控制在2.0m/min，施工中嚴禁出現超速提拔，防止縮徑和斷。施工樁頂高程高出設計高程應不少于50cm，灌注成樁完成后，樁頂蓋土封頂進行養護。在灌注混合料時，對于混合料的灌入量控制采用記錄泵壓次數和現場料斗實量相結合的辦法，對于同一種型號的輸送泵每次輸送量基本上是一個固定值，根據泵壓次數配合料斗實量來計量混合料的投料量。4.2.7 移機灌注時采用靜止提拔鉆桿（不能邊行走邊提拔鉆14、桿），灌注達到控制標高后移機進行至下一根樁的施工。根據軸線或周圍樁的位置對需施工的樁位進行復核，保證樁位正確。4.2.8 清除樁間土及截樁CFG樁施工完畢后在其混合料初凝后，進行打樁棄土清運。清運不可對設計樁頂標高以下的樁身造成損害，不可擾動樁間土，不可破壞工作面未施工的樁位。清運完成畢后人工開挖其下50cm保護土層，清運保護土層不得攏動基底土，防止形成橡皮土。開挖保護土層前對樁頂進行標高測量，計算截除樁頭高度。根據截除樁頭高度來控制開挖保護土層的深度，施工時嚴格控制標高，不得超挖。保護層土清除后進行樁頭截除，截樁時采用截樁機截樁，在同一水平面按三角形三個角方向進行截樁。樁頭截斷后用鋼釬、手錘15、將樁頂從四周向中間修平到設計樁頂標高。4.2.9 CFG樁質量檢驗CFG樁施工的的各項允許偏差、檢驗數量及檢驗方法如下表規定：序號檢驗項目允許偏差施工單位檢驗數量檢驗方法1水泥、粉煤灰和粗細骨料品種、規格及質量滿足設計要求每批抽樣檢驗1組質量證明文件及抽樣試驗2混合料坍落度符合工藝試驗每臺班抽樣檢驗3次現場坍落度試驗3混合料強度符合設計要求每臺班做1組試件28d標準養護抗壓強度試驗4施工數量、布樁形式滿足設計要求全部檢驗觀察、現場清點5每根樁的投料量不少于設計灌注量每根樁料斗現場計量或砼自動記錄6樁的有效長度不少于30m每根樁測量鉆桿或沉管長度7樁身質量、完整性滿足設計要求總數的10低應變檢測16、8樁位（縱橫向）50mm成樁總數的10%抽樣檢驗，且每檢驗批不少于5根經緯儀或鋼尺9樁身垂直度1%經緯儀或吊線10樁體有效直徑不小于設計值開挖50-100cm后，鋼尺丈量 注：CFG樁施工中，均須制作檢查試件，進行28d強度檢驗。成樁28d后方可對已施打的試樁進行小應變和靜載試驗，以驗證施工的成樁效果。5 施工質量控制及監控要點5.1 CFG樁施工中常見的問題及質量控制5.1.1 堵管堵管是長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁工藝常遇到的主要問題之一。它直接影響CFG樁的施工效率，增加工人勞動強度，還會造成材料浪費。特別是故障排除不暢時，使已攪拌的CFG樁混合料失水或結硬，增加了再次堵管的幾率,17、給施工帶來很多困難。產生堵管的原因有以下幾點:1) 混合料配合比不合理。當混合料中的細骨料和粉煤灰用量較少時,混合料和易性不好,常發生堵管。因此,要注意混合料的配合比，坍落度應控制在160mm200mm之間。2) 混合料攪拌質量有缺陷。在CFG樁施工中,混合料由混凝土泵通過剛性管、高強柔性管、彎頭最后到達鉆桿芯管內。混合料在管線內借助水和水泥砂漿潤滑層與管壁分離后通過管線。坍落度太大的混合料,易產生泌水、離析，泵壓作用下,骨料與砂漿分離，摩擦力加劇，導致堵管。坍落度太小,混合料在輸送管路內流動性差,也容易造成堵管。3) 施工操作不當。鉆孔進入土層預定標高后，開始泵送混合料，管內空氣從排氣閥排出18、，待鉆桿內管及輸送軟、硬管內混合料連續時提鉆。若提鉆時間較晚，在泵送壓力下鉆頭處的水泥漿液被擠出，容易造成管路堵塞。4) 設備缺陷。彎頭曲率半徑不合理也能造成堵管。彎頭與鉆桿不能垂直連接，否則也會造成堵管。混合料輸送管要定期清洗，否則管路內有混合料的結硬塊，還會造成管路的堵塞。5.1.2 竄孔在飽和粉土、粉細砂層中成樁經常會遇到這種情況，打完X號樁后，在施工相鄰的Y樁時，發現未結硬的X號樁的樁頂突然下落,當Y號樁泵入混合料時，X號樁的樁頂開始回升，此種現象稱為竄孔。發現竄孔的條件有如下三條:1) 加固土層中有松散飽和粉土、粉細砂;2) 鉆桿鉆進過程中葉片剪切作用對土體產生擾動;3) 土體受剪切19、擾動能量的積累，足以使土體發生液化。 由于竄孔對成樁質量的影響，施工中采取的預控措施:1) 采取隔樁、隔排跳打方法;2) 設計人員根據工程實際情況，采用樁距較大的設計方案，避免打樁的剪切擾動；3) 減少在竄孔區域的打樁推進排數，減少對已打樁擾動能量的積累；4) 合理提高鉆頭鉆進速度。5.1.3 樁頭空芯主要是施工過程中,排氣閥不能正常工作所致。鉆機鉆孔時，管內充滿空氣，泵送混合料時,排氣閥將空氣排出，若排氣閥堵塞不能正常將管內空氣排出，就會導致樁體存氣，形成空芯。為避免樁頭空芯，施工中應經常檢查排氣閥的工作狀態，發現堵塞及時清洗。5.1.4 樁端不飽滿 這主要是因為施工中為了方便閥門的打開,先20、提鉆后泵料所致。這種情況可能造成鉆頭上的土掉入樁孔或地下水浸入樁孔，影響CFG樁的樁端承載力。為杜絕這種情況，施工中前、后臺工人應密切配合,保證提鉆和泵料的一致性。平面位置的控制較為直觀，施工前應按設計要求進行測量放樣，確定打樁位置并標注明顯標記，通常所用標記有石灰、油布、細條塑料板芯等，應能做到明顯且不易被損壞。設計要求板位偏差不大于5cm，每個區段的塑料排水板總數量應與設計要求數量相同，避免由于累計誤差而減少行列數量。5.2 現場質量管理和監控要點CFG樁質量控制的主要對象是：樁長、強度、樁底是否到持力層這三項指標，現場管理和監控要點如下：1、測量樁位前應對施工現場原始地面標高進行抄平測量21、，并用平地機平整碾壓后放出各樁的準確位置，將線路縱坡、橫坡考慮在內后，原地面標高控制在正負5公分以內。施工樁頂高程控制在高于設計墊層底標高30cm處。將施工區域進行劃分，并將各樁進行編號，定機定人進行管理。2、布樁時，CFG樁的數量、布置形式及間距必須嚴格按設計要求。并遵循從中心向外推進施工，或從一邊向另一邊推進施工的原則。不宜從四周轉向內推進施工。3、對進場施工的所有長螺旋鉆機在開鉆前應由施工技術人員對標尺、刻畫進行復核，消除標識誤差。尤其是鉆機初始標識要指定專人進行復查，防止操作人員弄虛作假、騙取米數。使用反差大的反光貼條每0.5米進行標識，粘貼在鉆機導向架上，利于夜間記錄人員識別讀數。422、指派責任心強、懂技術并經嚴格考核合格的員工對勞務隊伍施工的CFG樁進行現場監控和記錄。防止作業隊伍偷工減料、暗中做手腳的現象發生。5、現場管理人員每根樁都要根據樁機上的垂球目測導向架垂直度，以保證樁身垂直度不大于1%，確保樁體的正常受力。6、長螺旋鉆施工。鉆孔開始時，關閉鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面時，啟動馬達鉆進，一般先慢后快。在成孔過程中，如發現鉆桿搖晃或難鉆時，應放慢進尺，否則容易導致樁孔偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞。7、判斷鉆頭是否到了持力層一般有兩種方法：一是在樁機駕駛室觀測電流的變化。鉆機開始鉆孔及軟弱地層鉆孔時，電流表指針在120130A，當鉆頭遇到持力層時，瞬間的23、電流將增大到160A以上，同時電壓下降。此時，應判定鉆頭已達到持力層。二是在鉆機旁直觀觀察。當鉆頭到達持力層時，鉆桿上部的動力頭發生顫動和輕微的擺動，鉆機的動力明顯減弱，此時，應判定鉆頭已達到持力層。8、嚴格控制拔管速率。拔管速率太快可能導致樁徑偏小或縮頸斷樁，而拔管速率過慢又會造成水泥漿分布不勻，樁頂浮漿過多，樁身強度不足和形成混和料離析現象，導致樁身強度不足。故施工時，應嚴格控制拔管速率。正常的拔管速率應控制在23米分鐘。 9、提鉆泵送過程中，旁站人員要經常敲打輸送管，確認管內混合料是否充實，以保證樁體密實。10、拔管過程避免反插。在拔管過程中若出現反插，由于樁管垂直度的偏差，容易使土與樁24、體材料混合，導致樁身摻土影響樁身質量。11、控制好混合料的坍落度。混合料坍落度過大，會形成樁項浮漿過多，樁體強度也會降低。坍落度宜控制在160mm200mm（可根據運送混合料的距離進行調整）和易性好。當拔管速率為23米分鐘時，一般樁頂浮漿可控制在30厘米50厘米左右，成樁質量容易控制。樁身每方混合料摻加粉煤灰量控制在140kg180kg。 12、設置保護樁長。在泵送混合料時，比設計樁長多加0.5米的料。將沉管拔出后，用插入式振搗棒對樁頂混合料加振35秒，提高樁頂混合料密實度，上部用土封項，增大混合料表面的高度即增加了自重壓力，可提高混合料抵抗周圍土擠壓的能力，避免新打樁振動導致已打樁受振動擠壓25、，混合料上涌使樁徑縮小。 13、在截取樁頭前應準確測量樁頂標高，并在縱橫向掛線標示樁頭水平位置。鑿除樁頭時嚴禁單邊打眼鑿樁頭，防止樁頭成斜面或破損，截取后的樁頭面應是水平面。清理樁間土和截取樁頭時，應采取相應的預防措施，防止造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁間土。 14、CFG樁施工中，每臺班均須制作檢驗試件，進行28天強度檢驗，成樁28天后應及時進行單樁承載力或復合地基承載力試驗，其承載力、變形模量應符合設計要求。 15、CFG樁成樁后,樁頂以上沒有一米墊層情況下嚴禁大型機械進入。5.3 加強施工過程中的監測施工中應加強監測，及時發現問題，以便針對性地采取有效措施，有效控制成樁質量，重點應做好26、以下幾方面的監測：（1）施工場地標高觀測。施工前要測量場地的標高，測點應有足夠的數量和代表性。打樁過程中則要隨時測量地面是否發生隆起，因為斷樁常和地表隆起相聯系。（2）已打樁樁頂標高的觀測。施工過程中注意已打樁樁頂標高的變化，尤其要注意觀測樁距最小部位的樁。因為在打新樁時，量測已打樁樁頂的上升量，可估算樁徑縮小的數值，以判斷是否產生縮徑和竄孔。（3）對有懷疑樁的處理：對樁頂上升量較大或懷疑發生質量問題的樁，應開挖查看，并做出必要的處理。6 施工中存在的問題及原因分析通過本工程的實踐，發現長螺旋鉆管內泵壓CFG樁施工中仍存在一些質量控制的難點，如泵送混合料提鉆時閥門打不開，經現場觀察、分析，起主27、要原因是樁端落點的地質土層情況不良。因此，在實際施工過程中，需根據實際情況采取切實可行的措施避免閥門打不開而無法灌注成樁。實踐表明，閥門打不開主要是因為樁端落在透水性好、水頭高的砂土或卵石層中時，閥門外側除了受到土側向壓力外，受到的水的側壓力也很大。閥門內側的混合料側壓力小于閥門外的側壓力，致使閥門打不開。當鉆桿提升到某一高度后，側壓力逐漸減小，管內混合料側壓力不變；當管內側壓力大于管外側壓力時，閥門打開，混合料突然下落。此外，一線作業人員的操作熟練程度與施工經驗技能也將直接影響CFG樁的施工質量。7 結束語工程實踐表明，CFG樁設計施工技術在工藝上具有施工速度快、工期短、質量容易控制、工程造價低等特點，同時，CFG樁復合地基屬于剛性樁復合地基，具有承載力提高幅度大、地基變形小等優點，可適用于多種基礎型式。是一項值得在同類工程中推廣的地基處理技術。參考文獻：1 路基工程施工質量控制手冊.大西鐵路客運專線有限責任公司,2010,4。2 TB10001-2005,鐵路路基設計規范。3 龔曉南.復合地基設計和施工指南.北京：人民交通出版社,2003。4 鄭俊杰.地基處理技術.武漢：華中科技大學出版社,2004。李文鋒，男，1983年出生，物流工程、經濟貿易專業，中交第三航務工程局有限公司大西鐵路客專指揮部一項目部安質部長。Tel