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CFG桩施工技术简介

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：陈天异

[导读] 摘要：南和县某住宅场区范围及邻近场地土质较弱，抗压能力差。

        北京高新市政工程科技有限公司北京 100095
        摘要：南和县某住宅场区范围及邻近场地土质较弱，抗压能力差。依据地勘报告采用水泥粉煤灰碎石桩进行地基处理，采用钻孔压灌素砼桩复合地基，桩数共2107根，桩径450mm，CFG桩桩身砼强度均不小于200MPa，桩长12米和16米，保护桩长0.5米，桩间距1.35m×（1.70～1.80m），C20素混凝土灌注，基槽开挖至标高-6.23米时开始进行CFG桩施工，CFG桩拟采用长螺旋钻机干作业工艺。CFG桩桩体混合料骨架材料为碎石，和适量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和而制成一种强度较高的CFG桩，与桩间土和褥垫层一起构成复合地基。桩基础上部设置褥垫层（包括桩间土上部），褥垫层是构成水泥、粉煤灰、碎石桩复合地基的有效部分。该类型桩适用于各种类型的基础地基加固。就土的种类而言，CFG桩可用于人工填土、饱和及非饱和黏性土，CFG桩的作用既可用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土，CFG桩一般有三种施工工艺：（1）长螺旋钻机钻孔浇筑混合料成桩；〔2〕长螺旋钻孔管内压泵混合料成桩；〔3〕振动沉管成孔再灌注成桩。
        关键词：地质；CFG桩；定位；钻孔；混凝土；成品；质量控制；复合地基
        一、概述：
        某项目位于南和县县城西北部。某公馆一期工程主要内容为1#、2#、6#、7#、8#、9#楼住宅楼及地下车库。住宅楼地基采用混凝土桩（CFG桩），基础形式为筏板基础。
        其基坑开挖深度约为5.6米，现场平面形状近似梯形。工程场地属于河冲积扇中下部，场地原有地势较低，后来由于市政道路的建设（路面地面标高26.50米左右）将待建场区围成近三角形的低洼场地，由于人工堆土造成地势略有起伏。根据区域地质资料，本场区范围及邻近场地土质较弱，抗压能力差。实测地下水情况为潜水。第一层地下水稳定水位埋深4.1～9.7m，稳定水位标高16.30～17.91m。第二层地下水稳定水位埋深15.7～18.6m，稳定水位标高3.90～6.59m。上部填土因结构松散，主要为地表排污水，冲积层：粉质黏土其透水性较差，可视为隔水层，淤泥，透水性较差，可视为弱透水层，其水力联系较差。在湿作业条件下，基础底面位于地下水位以上的弱透水层中时，对混凝土结构有微腐蚀性；对金属有微腐蚀性。根据邢台市建筑设计研究院有限公司提供的《南和北京公馆项目岩土工程勘察报告》进行复合地基设计，依据地勘报告采用CFG桩进行地基处理，地基处理要求如下：地基处理用CFG桩复合地基的办法，桩数共2107根，桩径400mm，CFG桩桩身强度均为C20，桩长12米和16米，保护桩长0.5米，桩间距1.35m×（1.70～1.80m），C20素混凝土灌注。基槽开挖至标高-6.23米时开始进行CFG桩施工，施工完毕后截桩头至标高-6.73米，铺厚度200mm褥垫层，分层压实。处理后的复合地基承载力标准值分别达到175kPa、240kPa。GFC桩施工主要内容包括如下三个方面：一是钻孔压灌CFG桩的施工，二是凿桩头和砂石垫层（褥垫层）的施工，三是成孔出土和桩间土的挖除、清运等。
        2、GFC桩做法

        二、施工工艺、施工技术方法
        （一）CFG桩施工工艺
        根据设计桩位平面布置图、施工现场实际情况和桩机作业半径排孔。
        该工程地基处理桩拟采用长螺旋钻机钻孔工艺，该工艺的特点是：造价较低、设备行动较便利、方便安排作业，同时噪声低、不产生油污污染环境。最显著的特点是可安排多台设备同时作业，缩短施工工期、提高工作效率。
        （二）CFG桩施工技术方法
        1.定位测量、桩位布设及质量要求
        施工定位控制和测量控制均按照甲方提供的高程控制点和水准点以及邢台勘察设计研究院有限公司提供的CFG桩施工平面图为依据。定位使用全站仪，轴线测量、布点使用经纬仪和钢尺。
        全站仪定出四个角点坐标后，在基槽内做出定位控制点，然后根据CFG桩布点图，用尖头钢钎通过尺量定出每个桩的位置，并撒白灰点，钢钎要求打入地面以下50cm，拔出钢钎后将再向孔内灌白灰，以白灰孔的中心作为桩的中心，经过验收合格后方可开钻打孔。
        施工前应先将待建的商住楼场地进行平整，抄测出地面标高，并做好标高控制点。为确保桩的质量，施工前在相似场地进行成桩工艺，检验设备是否适宜，确定选用的参数是否满足要求。
        2.CFG桩施工工艺流程及技术要求：
        准备→测量定位→桩机就位→成孔→浇筑砼，拔钻、→移动钻机→清理→成品保护→清理土→剔凿桩头→铺褥垫层
        1）施工准备
        a、依据设计文件和场地实际情况，选择合适的作业机械。
        b、清理地表耕植土，清除场地内多余物，场地初步平整，标记处理场地范围地下构造物及管线。
        c、测量标识控制轴线，场地边线。施工区域进行场平，统一平整到-6.23标高，在基坑内做高程控制桩点和建筑四角坐标控制点，桩位布点，并报验。
        2）桩机就位：
        a、为准确控制桩孔深度、垂直度，桩机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移。
        b、钻杆
        钻杆需垂直，对好桩位（压实钻尖），钻孔，达到控制深度后灌注砼，成桩后，复检桩位。
        c、检查成桩质量
        检查成桩位轴线尺寸，横向、纵向偏差均不得大于50mm。
        3）钻进成孔
        开始钻孔前，要关闭钻头阀门，钻杆至钻头触及地面后及时启动马达开始钻进。应先慢钻后快钻，以减少钻杆摇晃，随时检查钻孔的偏差，及时纠正。在成孔过程中，如发现钻杆出现异常抖动时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、移位，严重的会损坏钻杆、钻具。在动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目记号，作为控制孔深的依据。动力头底面达到标记处时桩长即满足设计要求。要考虑施工场地的标高差异，作出相应增减。
        4）混凝土灌注及拔管
        a、成孔到要求的标高后，及时停钻，开始用80拖式泵泵送混合料，当杆心充满拌合料后开始拔钻，严禁先提钻后泵料。拔钻速度宜控制在2～3m/min，成桩过程宜连续进行，过程中不得停机待料。成桩完成后，采用场地现有较湿黏土封顶保护成品桩。
        B、混凝土拌合物坍落度为180±20mm. 为保证其和易性及坍落度，要注意根据料场的实际情况做出调整。混凝土的浇灌要高出桩顶设计标高500mm，以保证成桩的质量。
        c、浇筑时，要选有经验的机械辅工，适当锤子敲打来确定砼灌入量。
        5）移机
        下一根桩施工时，应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。钻孔出土要及时清理出场地。
        6）成桩清理
        a、单桩砼强度达到不小于80%时（一般为7天），使用挖掘机和人工配合将钻桩孔泥土和预留500mm的桩头保护土清理到设计标高。
        b、单桩成形后，及时进行清理桩头四周散落的砼，清理过程不得扰动桩身，影响桩身质量。严格按标高挖除土方，安排专人看护，避免挖掘机碰触桩头对桩身砼造成损伤。
        c、施工过程在采用60型挖掘机配合，CFG桩完工后再统一清土至场内指定堆土场。
        d、预留500mm的砼桩头，待砼强度达到80%以上时，在用机械锯断，按设计标高将其锯断。断桩头拉运到场内指定位置。
        e、CFG桩验收合格后方可进行褥垫层施工，褥垫层厚度200mm，褥垫层材料选用中粗砂或料径5~10mm级配砂石，褥垫层铺设宜采用水沉法，当基础局部桩间土的含水量较小时，也可用动力夯实法。
        f、施工结束后，达到有效龄期，要及时进行地基静载荷试验及低应变检测，检查复合地基的承载力和桩身完整性，检测合格后方可进行下一步施工。
        按照设计图纸的要求单桩静载荷试验及动测桩试验。承载力检验宜在施工龄期28d后进行，其桩身强度应满足试验荷载条件；在图纸制定区域内复合地基静载荷试验3根，单桩静载荷试验3根，动测桩试验50根；其余范围内进行复合地基静载荷试验9根，单桩静载荷试验8根，动测桩试验162根；复合地基检验在图纸指定的范围内应达到175kPa，其余范围内应达到240kPa；检测点的选择应遵循在场区内随机、均匀分布的原则。
        （三）、成品保护
        1、桩机移位，浇筑混凝土时，均要注意保护好现场成品桩以及定好的桩尖和轴线桩、高程桩。
        2、桩头混凝土强度，在没有达到5MPa时，不得碾压，以防桩头损坏。
        三、注意的事项
        1、开机前必须认真核对桩位位置，核对图纸编号，不可随意多桩、漏桩。
        2、要严格按操作工艺边浇筑混凝土边振捣的规定执行。严禁把土和杂物混入混凝土中一起浇筑。同时为了避免断桩，应严格控制砼的浇筑和提钻的速度，避免由于提钻过快砼浇筑不及时造成孔内负压而引起缩颈或断桩。
        3、当出现机杆跳动、机架晃摇、钻不进等异常现象，要立即停机检查。
        4、混凝土浇至接近桩顶时，随时检测顶部标高，以免过多落入砼造成不必要的浪费。
        5、堵管
        长螺旋钻孔钻头两边有两个钻门，钻的过程中钻门是关闭的。当泵砼时随着泵压增加两钻门打开，由此将砼灌入孔内。一旦提钻时钻门打不开，直接导致钻孔内无混凝土，后果严重。所以要求每次开钻前后均应检查钻门是否卡死。如果出现塑性高的黏性土层，则采用钻具回转泵砼法，就是在泵砼的同时使钻具在提拉下正向回转，使挤压在钻门的泥松动或脱落，从而在泵压下打开钻门。
        6、卡钻
        长螺旋钻机钻进过程中钻具下放不得速度过快，钻出的土来不及带出孔外而积压钻杆与孔壁之间，严重时就会造成卡钻事故。如果事故轻微，应立即关掉回转动力电源，将钻具用最低提升速度提起后重新施钻即可；如果事故严重首先应将钻机塔下大梁用机枕木垫好，再用最低提升速度拉钻具。
        7、断桩、缩径等桩身缺陷问题
        出现有关问题的主要原因是由于钻杆提升速度太快，而泵砼量与之不匹配，在钻杆提升过程中钻孔内产生负压，使孔壁塌陷造成断桩，而且有时还会影响邻桩。解决此类问题的方法一是合理选择钻杆提升速度，通常为1.8～2.4m/min，保证钻头在砼里埋深始终控制在1m以上，保证带压提钻；二是隔桩跳钻，如果邻桩间距小于5倍桩径时，则必须隔桩跳钻。
        8、桩头不完整
        造成这一问题的主要原因是停灰面过低，没预留充足的废桩头，有时提钻速度过快也会导致桩头偏低，提钻过程中应严格控制提钻速度。

        四、施工质量要求
        1.施工材料
        对进场原材料，需有相应的质量证明文件，加强现场检验工作，坚决杜绝不合格材料进入施工工序。质检员每台班应按规定对进场商品混凝土（CFG）混合料进行检验。
        2.打桩施工
        过程中，现场设专人监测并做好施工记录、做好预检、隐检，杜绝不合格产品进入下道施工工序，把好质量关。
        3.质量检验与试验
        （1）过程产品检验
        孔深、孔径、孔位偏差、垂直度偏差、混合料、桩体质量等随时进行检查。
        （2）试块留置：每个班组每50m³砼制作一组试块（100 100 100mm3），在标准条件下进行养护，送试验室做28天单轴立方体抗压强度试验。同时留二组同条件试块。
        （3）关键过程和特殊过程工序质量控制措施
        钻孔是本工程施工过程中的一个关键过程，要特别重视。
        1）长螺旋钻机定位时，设专人观测螺旋钻钻头锥和桩位点之间的距离，确保桩位偏差小于18mm；2）螺旋钻机就位后，操钻人员根据钻机的水平仪调节钻机的垂直度，确保垂直度偏差小于1H％；3）在螺旋钻杆上做固定标记，利用钻机支架上的深度标记进行成孔深度控制，确保孔深及桩长满足要求。
        在施工过程中要对桩体材料灌注进行连续监控。对于钻孔压灌CFG桩施工工艺，螺旋钻机钻至设计深度时，必须等钻杆中灌满CFG混合料后，再提钻杆，边提升钻杆，边压灌CFG混合料，避免提泵待料。设专人指挥协调钻机操作手与混凝土泵操作手之间泵送CFG混合料和提升钻杆的配合，直至压灌到规定标高为止。
        五、结束语
        CFG桩桩体混合料骨架材料为碎石，和适量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和而制成一种强度较高的CFG桩，与桩间土和褥垫层一起构成复合地基。与素砼桩的区别仅在于桩体材料的构成不同，在其受力和变形特性方面无什么区别。CFG桩可适用于各种类型的基础地基加固。CFG桩的作用既可用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土，就土的种类而言，CFG桩可用于人工填土、饱和及非饱和黏性土， CFG桩的骨架材料为碎石，石屑为小粒径骨料，当桩体强度小于5MPa时，石屑的掺入可使混合料级配良好，对桩体强度起重要作用，相同碎石和水泥掺量，掺入石屑可比不掺石屑强度增加20％左右。其它材料为粉煤灰、水泥、及水，其中粉煤灰可使用桩体具有明显的后期强度。CFG桩一般有三种施工工艺：（1）长螺旋钻机成孔浇筑混合料成桩；〔2〕长螺旋钻孔，管内压泵混合料成桩；〔3〕振动沉管成孔再灌注成桩。
        参考文献：
        [1]《南和某公馆项目岩土工程勘察报告》
        [2]《南和某公馆项目CFG桩施工方案》