铁路客运专线CFG桩复合地基施工质量控制

1铁路客运专线CFG桩复合地基施工质量控制中铁十九局集团第五工程有限公司路桥二公司韩刚任泽华摘要：由于铁路客运专线路基设计对路基各部分提出的技术要求，软弱土地基条件无法满足客专铁路路基在沉降和稳定方面的要求，需进行加固或处理。本文结合武广客专CFG桩施工的实践，介绍了CFG桩施工应用在速度为350km/h客运专线铁路路基中的质量控制。关键词：铁路客运专线长螺旋施工CFG桩质量控制一、引言为确保路基的强度与变形符合要求，且在列车荷载的长期反复作用下，以及各种不良自然环境（气候、降雨、地震、洪涝）影响下，路基稳固，路基强度保持不变，弹性不改变、不变形等，做到寿命长，列车平稳、舒适，高速安全运营，客专铁路路基被作为土工结构物精心组织，精心施工，严格按照工程质量标准进行管理。软弱土地基条件无法满足铁路路基在沉降和稳定方面的要求，需进行加固或处理的。主要有软土、松软土地基路堤、厚层的第四系黏性土、厚层砂类土、花岗岩全风化层、灰岩残积红黏土路基、膨胀土路基等。为提高地基的承载力，增强路基的稳定性，在部分软土路段采用CFG桩复合地基设计。二、工程概况我单位承建的DK1975+788.49-DK1986+750.72段区间路基及DK1986+750.72-DK1989+500段站场（新韶关站）路基均设有CFG桩复全地基加固段，其中区间为15604m，站场合计为292291m。共计307895m。桩间距为1.3-2.0m，布置型式为等边三角形，桩径为0.5m，桩长为2.2-28.4m。CFG桩顶面设置0.6m厚碎石垫层，垫层中铺设一层强度不小于80KN/m双向土工格栅，CFG桩桩体材料为碎石、石屑、粉煤灰、普通硅酸盐水泥，混合料28天强度不小于15MPa。CFG桩的施工采用长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工方法。1、地质地貌：区间路基。新韶关车站一带属丘陵区，部分地段为水塘，局部地段岩溶地貌发育，部分丘陵灰岩多见溶蚀沟槽等，谷地段发育有岩溶洼地等。2、地质构造：粉质黏土夹碎石（Q4d1+p1），褐红-褐黄，软塑或硬塑，Ⅱ类土。三、施工准备阶段的质量控制1、施工准备：（1）施工前应根据工点设计图测量放线，准确确定CFG桩桩位，并检查施工场地的控制桩点是否会受施工振动的影响。（2）核查地质资料，结合设计参数，选择合适的施工机具和配套设备。（3）施工前应按设计要求由试验室进行配合比试验，选定合适的配合比，施工时严格按配合比配制混合料。（4）选用的水泥、粉煤灰、碎石及外加剂等原材料应符合设计要求，并按相关规定进行试验。（5）配合比试验：CFG桩所用的材料必须符合设计规定，但在进行配合比试验前，所有的材料必须进行试验。配合比试验应在室内进行，按设计要求的标号、粉煤灰掺量和施工所需坍落度进行配合比设计计算，根据理论计算结果，进行三种较接近配比的试配工作，依据试配效果择优选用。配合比试验结束后，应形成完整的试验报告，并递交监理审核，经监理认可后，才可用于施工。2、施工前的工艺试验根据地质情况和设计桩径，在CFG桩大面积施工前，应在现场选一块场地进行试桩，根据试桩确定合理的施工工艺，并对按设计要求（桩径、桩长、桩距）制成的桩进行单桩承载力、复合2地基承载力、复合地基模量试验，根据试验结果，复核、修正设计，并与设计单位进行沟通。施工前进行成桩工艺试验，选择适宜的施工方法、工艺参数，并配备相应的机具。采用的回化剂和外加剂的品种、规格及性能应符合设计要求。开工前按照室内配方进行试桩至少4根，以复核地质资料以及设备、工艺、施打顺序是否适宜，确定混合料配合比、坍落度、搅拌时间、拔管速度等各项工艺参数。具体验证以下几个方面：（1）新打桩对未结硬的已打桩的影响：在已打桩顶表埋设标杆，在施打新桩时测量已打桩桩顶的上升量；新打桩对结硬的已打桩的影响：已打桩未结硬时在桩顶混合料中埋设标杆，在打桩过程中观测施打新桩对已结硬桩顶的位移情况。（2）施打顺序和桩距能否保证桩身质量。（3）根据地质情况和设计桩径选择的施工机具、设备、施工工艺是否满足设计要求。（4）验证设计参数及处理效果。四、施工过程质量控制1、CFG桩施工工艺流程控制本工程CFG桩施工采用长螺旋成孔管内泵压混合料成桩工艺。施工工艺流程是保证CFG桩施工质量的前提，只有做到工艺流程设计合理、先进才能保证CFG桩的成桩质量。施工工艺流程设计见图1。图1长螺旋钻机成孔施工工艺流程设计2、施工中的质量控制（1）原材料控制所用的水泥、粉煤灰和粗细骨料品种、规格及质量符合设计要求。检验数量为同一产地、品种、规格且连续进场的水泥、粉煤灰，袋装水泥200t为一批、散装水泥500t为一批，当袋装水泥不足200t或散装水泥不足500t时也按一批计。同一产地、品种、规格且连续进场的粗、细骨料，分别每400m3为一批，当不足400m3时也按一批计。各种原材料每批抽样检验1组。检验方法为检查产品质量证明文件、在水泥库抽样检验水泥强度、安定性、凝结时间，在粉煤灰库抽样粉煤灰细度，在料场抽样检验粗细骨料含泥量、筛分试验检验其颗粒级配。（2）施工场坪控制施工场地要平整，满足钻机施工的纵横坡要求，同时也必须满足设计的纵横向坡度要求。场坪标高钻孔至设计标高泵压混合填料拌和混合填料抽取混合填料样品制作试块移机至下一桩位均匀拔管至桩顶桩机就位调平机身施工放线试桩配合比试验3要高于设计桩顶标高50cm，以满足施工需要。场坪不满足标高要求时可采用合格的土或碎石土分层进行回填压实，压实度不低于90%。（3）桩位控制CFG桩施工时要求其桩位平面偏差在50mm以内，施工时要严格控制。根据实际经验，采用施工前控制及施工中控制相结合，可以有效的控制桩位的准确性。CFG桩施工前，应根据设计图纸要求进行桩位布置，并绘成布置图，由测量队采用全站仪按照设计布置对桩位进行测量定位放样，桩位采用短钢筋钉入地下，防止机械走动时破坏。放后的桩位由施工队负责现场保护工作。CFG桩施工中，加强钻机就位时的控制。首先用尺拉施工桩位与相邻桩位进行尺寸复核，然后专人指标钻机的就位，确保钻杆的钻头与经复核的桩位精确对中。（4）垂直度控制调校钻杆的垂直度是保证成桩垂直度的关键，须高度重视，一般采用吊线法进行钻杆垂直度的检校。检校时钻机操作人员在施工长的组织、指挥下掌握好纵、横两个方向上都归零点，使桩机纵横方向保持水平，调校垂直度在1%桩长以内才能开始钻进。钻进过程中要随时注意垂线的归零情况，以保证施工过程中垂直度在规范要求内。根据施工的情况也可以采用两台经纬仪进行垂直度的控制，但其比吊线法费用有所提高。（5）钻进成孔控制钻机钻进前，必须对其钻头外径进行检验，以保证成桩的桩径满足设计要求。由于钻头为螺旋形，不易准确的测出直径大小，施工时可以采用对成孔孔径进行检测，进而判断出钻头是否满足设计要求，即使用待检测的钻头在场地内钻一个1~1.5m深的孔，提钻后用尺量出钻孔的直径，若直径满足设计要求，则该钻头可以使用，否则需对钻头进行补焊钢筋等措施进行处理，直到满足设计要求。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，启动马达钻进，一般先慢后快，钻进速率为1m-1.2m/min，避免形成螺旋孔，成孔至设计深度，确保桩端在持力层上并满足设计要求，施工桩顶标高应高出设计桩顶标高不少于0.5m。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则容易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。判断钻头是否到了持力层一般有两种方法：一是在桩机驾驶室观测电流的变化。钻机开始钻孔及软弱地层钻孔时，电流表指针在50MA~70MA安，当钻头遇到持力层时，瞬间的电流将增大到120MA以上，同时电压下降。此时，应判定钻头已达到持力层（电流应通过工艺试验确定，并根据不同的土质有不同的值）。二是在钻机旁直观观察。当钻头到达持力层时，钻杆上部的动力头发生颤动和轻微的摆动，钻机的动力明显减弱，此时，应判定钻头已达到持力层。（6）混合料的拌合及运输为了保证混合料的质量，混合料搅拌采用拌和站集中拌和，按照配合比进行配料，每盘料搅拌时间按照普通混凝土的搅拌时间进行控制。一般控制在90～120秒，具体搅拌时间根据实验确定，电脑控制和记录。混合料出厂时塌落度可控制在180mm～200mm。混凝土搅拌运输车集中运输到施工现场。（7）混合料灌注钻孔至设计标高后，停止钻进，由现场指挥员通知钻机停钻并开始泵送混合料灌注，当钻杆芯管充满混合料时开始提拔钻杆，并保证连续。根据孔径及输送泵的泵送量准确掌握提拔钻杆时间，确保混合料泵送量应与提钻速度相配合，并保持连续灌注。施工桩顶高程宜高出设计高程30～50cm，每根桩的投料量应不小于设计灌注量。灌注成桩完成后，桩顶盖土封顶进行养护。（8）整机移位一根桩灌注达到控制标高后进行下一根桩的施工时，采用“跳桩”法，即隔排又隔列施工。本法即可保证新打桩不扰动旧桩，造成旧桩断桩或桩体上升；同时又有利于及时清理场地内堆积的桩内土，重新测量并准确恢复桩位，从而保证桩位的5cm允许偏差。4（9）现场试验对于每盘混合料，试验人员都要进行坍落度的测试，合格后方可灌注混合料，在成桩过程中抽样作混合料试块，每台班做1组（3块）试块，测定其28天抗压强度。（10）施工观测施工过程中,应加强观测，应做以下观测:①施工场地标高观测：施工前测定原地面的标高，注意有足够的数量和代表性。打桩过程观测是否发生地面隆起现象，以此推断是否断桩。②桩顶标高的观测：对桩顶上升量较大的桩（大于10mm）或怀疑发生质量事故的断桩应挖开查看，或作为小应变检测的重点。（11）CFG桩施工时必须严格质量控制，加强质量检测，其允许偏差、检验数量及检验方法应符合表1规定。表1CFG桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法序号检验项目允许偏差检验数量检验方法1桩位（纵横向）50mm按成桩总数的10%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50~100m深后，钢尺丈量（12）开挖及桩头处理①CFG桩施工完毕，待桩体达到一定强度（一般3～7d）后即可进行截桩，要将桩项的浮浆清除干净，直到露出新鲜的砼面，清除浮浆后的有效桩长应满足设计要求。清土和截桩时，不得造成桩顶设计标高以下桩身断裂和扰动桩间土。②桩帽开挖：桩帽较浅采用人工开挖；桩帽较深采用机械和人工联合开挖，但必须遵循如下原则：a.不可对设计桩顶标高以下的桩体产生损害；b.应尽量避免扰动桩间土。五、成桩后的质量控制一般CFG桩施工完毕28d后对CFG桩进行检测，包括对桩身强度的检验、桩身质量的低应变检测和对承载力的静载荷试验检测。一般进行单桩或多桩复合地基静载荷试验，根据试验结果评价复合地基承载力，亦可采用单桩载荷试验，通过计算评价复合地基承载力。（1）桩身强度检测成桩过程中，抽样做混合料试块，每台机械一个台班做一组（3块）150mm×150mm×150mm的试块，标准养护，测定28d无侧限抗压强度不小于10Mpa。（2）CFG桩身完整性检测桩身完整性：抽取不少于总桩数10％的桩进行低应变动力检测桩身的完整性。（3）单桩承载力检验单桩承载力的检验不少于总桩数的2‰，且每检验批不少于3根；单桩承载力（平板荷载试验）应满足设计要求，且桩身压缩量小于10mm。（4）复合地基承载力检验检验不少于总桩数的2‰，且每检验批不少于3根桩，单桩复合地基承载力（平板荷载试验）应满足设计要求。六、CFG桩施工中常见的问题及质量控制1、堵管堵管是长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺经常遇到的主要问题之一。它直接影响CFG桩的施工效率，5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。主要有如下几种堵管原因。（1）混合料配合比不合理。主要是混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少，混合料的和易性不好，从而发生堵管。（2）混合料搅拌质量有缺陷。坍落度太大的混合料，易产生泌水、离析。在管道内，水浮到上面，骨料下沉。在泵压作用下，水先流动，骨料与砂浆分离，摩擦力剧增，从而导致堵管。坍落度太小，混