CFG桩软土地基加固处理方案

1CFG桩加固软土地基处理方案CFG(C-Cement，F-Flyash，G-Gravel)桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是一种新型桩体(桩径为350~600mm)，桩身的材料是在素混凝土桩的基础上发展而来，主要是碎石、石屑(砂)、粉煤灰、掺适量水泥和水，桩体强度等级为C15~C20。与桩基相比，由于CFG桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力，工程造价一般为桩基的1/3~1/2，具有施工速度快、工期短、质量容易控制等特点。1.设备选型CFG桩施工工艺归纳起来主要有以下两种方法，即振动沉管打桩机施工和长螺旋钻管内泵压施工。振动沉管打桩机施工主要机具为振动沉管机、搅拌机，具有施工操作简便、施工费用较低及对桩间土的挤密效应显著等优点，缺点为振动及噪音污染严重，难以穿透硬土层，施工时混合料的运输一般为翻斗车或人工运输，效率相对较低，新打桩对已打桩产生不良影响(如挤断已打桩)。长螺旋钻管内泵压施工机械是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机组成，具有低噪音、无泥浆污染、是城区和居民区的首选工艺，穿透能力强、施工效率高等优点；缺点为施工费用较高，施工操作复杂。考虑客运专线施工基本不受噪音、排泥浆限制和采用泵送混凝土施工条件难以具备等因素,在非塑性指数较高的饱和软粘土和淤泥质土地段可选振动沉管打桩机施工。国产振动沉管机多采用浙江瑞安建筑机械厂和兰州建筑通用机械总厂生产的设备，其产品技术性能指标如表1所示。长螺旋钻孔钻机的结构形式与工作原理如图1所示。2表1浙江瑞安建筑机械厂DZKS、DZL系列振动锤主要技术参数项目DZ45KSDZ60KSDZJ37DZJ60电动机功率/KW2002700~2780~500偏心轴转速/（r/min）11001100920900激振力/KN2713600~2520~453允许拔桩力/KN130200120200允许加压力/KN10012090100重量/kg3684451236605100外形尺寸/mm1900×1240×17452054×1250×18501466×1149×19361500×1250×2100单机作业单元机具配备如表2所示。表2单机作业单元机具设备配备表序号机具设备名称单位数量备注1振动沉管（或长螺旋钻孔）桩机台12滚筒式混凝土搅拌机台13机动翻斗车辆24铲车辆15电焊机台12.适用范围及条件振动沉管水泥粉煤灰碎石桩施工工艺属于非排水成桩工艺，主要适用于松散的砂土、粉土、素填土和杂填土等多种软土地基提高承载力加固处理，尤其图1长螺旋钻孔钻机的结构形式与工作原理图搅拌机溜槽混凝土泵钻头钻杆刚性管高强柔性管内腔管动力装置弯头排气阀卷扬系统3适用于松散的粉土、粉细砂的加固。它具有施工操作简便、施工费用较低、对桩间土的挤密效应显著等优点。目前主要应用于挤密效果好的土和可液化土的地基加固工程，空旷地区或施工场地周围没有管线以及不存在扰民的地基处理工程。长螺旋钻孔灌注成桩适用于地下水位上的黏性土、粉土、素填土、中等密实以上砂土，属非挤土成桩工艺，该工艺具有穿透能力强、无振动、低噪音、无泥浆污染等特点，但要求桩长范围内无地下水，以保证成孔时不塌孔。3.工艺原理CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，其结构形式如图2所示。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，桩身强度等级多在C15~C20之间，可全桩长发挥侧向摩阻力，桩端落在好的土层时可很好地发挥端部阻力，与桩间土、褥垫层一起形成复合地基。在复合地基增强体(桩体)系列中，它的置换作用最强。CFG桩、桩间土、褥垫层。三者一起形成复合地基。当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生变形。桩的模量远比土的模量大，桩比土的变形小，由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一过程垫层图2CFG桩加固软土路基结构示意图4材料不断补充到桩间土上。以保证在任意荷载作用下桩和桩间土始终共同参与受力,减小基础底面积的应力集中，调整桩、土的应力比，随着褥垫层厚度的增大，复合地基桩、土应力比变小，直至接近于1。当褥垫层厚度达到一定程度时,地基反力即为天然良好地基反力。CFG桩复合地基于普通桩基的比较如图3所示。4.施工方法4.1施工准备1.核查地质资料，结合设计参数，选择合适的施工机械和施工方法。2.施工场地准备。要求三通一平，即施工便道通、水通、电通及施工场地平整；挖掘机、推土机和自卸汽车配合挖除地表0.3m厚的种植土，清除树根、草根及芦苇根，如果挖除0.3m后仍不能完全清除杂物，则应继续挖除，直至清除干净为止；在路堤两侧坡脚1m以外挖两条纵向排水沟降低地表水。3.按路基中线控制，进行桩孔施工放样测量。现场测量复核施工加固范围，对设计与现场实际情况不符的(所加固范围地质及地基基本承载力、设计施工数量等)，应提出修正意见，并报监理及设计部门。4.振动沉管打桩机施工CFG桩尽可能利用工业废料作为掺和料。其骨干图3CFG桩复合地基与普通桩基对照图5材料为碎石即粗骨料；石屑为中等粒径骨料，当桩体强度小于5MPa时，掺入石屑可使桩体级配良好；粉煤灰既是细骨料又是低标号水泥，可使桩具有明显的后期强度。5.CFG桩原材料包括砂、碎石、水泥、粉煤灰和外加剂，在进场前需确定原材料的种类、品质，并将原材料送至实验室进行检验，并根据设计对混合料强度C20的要求设计几个配合比，从中选择一个最佳的配合比，选料时多用袋装P32.5普通硅酸盐水泥；碎石或卵石粒径采用8~25mm；砂的含泥量小于5％；粉煤灰采用袋装I级或Ⅱ级。6.施工技术交底，包括设计桩长、桩位布置、施工配合比、桩位高程等。对施工场地进行规划，合理布置机具、材料摆放位置，尽量减少不必要的工序。7.按设计图进行施工放样，并用竹、木桩或石灰做出明显的标记。施工顺序应由外围或两侧向中间进行。4.2振动沉管灌注法施工1.机械按设计桩位就位，安装桩机时需保证其垂直度偏差不大于1％，并准确对位。根据设计桩顶标高与地面高程的关系，在套管上画线标明桩顶和桩底的位置，以保证其深度。2.根据设计配合比用滚筒式搅拌机拌合CFG桩混合料，计量必须准确，上料顺序为：先装碎石或卵石，再加水泥、粉煤灰和外加剂，最后加砂和水，使粉煤灰和外加剂夹在砂、碎石之间，不易飞扬粘附在筒壁上，也易于揽拌均匀。拌合完毕后采用翻斗车运送。3.振动沉管至设计深度。开动桩机，沉管过程中做好记录。每沉1m应记录电流表上的电流一次，并对土层变化处予以说明；套管下沉到设计高程后，通过套管上的加料孔，用料斗向桩管内投入拌合料。64.用搅拌机拌合水泥、粉煤灰、碎石混合料，应检查其坍落度。坍落度、拌合时间应按工艺性试验确定的参数进行控制，且每盘料搅拌时间不应小于60s，坍落度控制在16~20cm。向管内一次投放混合料，投放数量按试桩时确定的数量进行，投料后留振5~10s。5.拔管时应先启动电动机，进行留振，然后拔管。拔管速率宜按试桩确定的参数进行控制，一般控制在1.2~1.5m/min较合适。拔管过快易造成局部缩颈或断桩；拔管太慢，振动时间过长，会使桩顶浮浆增厚，易使混合料离析。如遇到淤泥或淤泥质土，把管速率应放慢；拔管过程中不允许反插，如上料不足，须在拔管过程中空中投料，不允许停拔后投料，拔管至桩顶，以保证成桩后桩顶标高达到设计高程。考虑保护桩长，施工桩顶标高宜高于设计标高50cm，浮浆厚度不超过20cm。6.对已经完成的桩体，桩顶采用湿黏土封顶保护；成桩区保护，应禁止一切机械在成桩区或附近行走，扰动桩体，以防止损坏桩头。7.当CFG桩混凝土达到设计强度时，可将桩顶设计标高以上桩头截断。剔除桩头采用人工施工，测出桩头顶面设计标高，在同一水平面上采用三根钢图3振动沉管打桩机施工工艺流程图7钎呈120度角同时水平凿进，桩顶用小钢钎修平。严禁出现斜面、裂纹。8.CFG桩复合地基经监理工程师检验合格后方可进行褥垫层的施工。褥垫层宜采用静压法施工，即根据设计要求铺设垫层厚度并分层压实。为确保工程质量采用集中拌和，使用的混合料的材质、规格必须有出厂合格证，材质检验和混合料施工配合比应报监理工程师批准后方能使用。4.3长螺旋管内泵压混合料灌注法施工1.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，起动电动机钻进，一般应先慢后快，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，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，否则较易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。钻进的深度取决于设计桩长，当钻头到达设计桩长预定标高时，于动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制桩长的依据。正式施工时，当动力头底面到达标记处桩长既满足设计要求。施工时还须考虑施工工作面的标高差异，作相应增减。2.在钻进过程中，当遇到圆砾层或卵石层时，会发现进尺明显变慢、机架出现轻微晃动。可根据这些特征来判断钻杆进入圆砾层或卵石层的深度。3.水泥粉煤灰碎石桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混和料，当钻杆芯杆充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度以控制在2~3m/min，成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。若施工中因其他原因不能连续灌注，须根据勘察报告和已掌握的施工场地的土质情况，避开饱和砂土、粉土层，不得在这些土层内停机。灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。4.当一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。施工时由于8水泥粉煤灰碎石桩排出的土较多，经常将临近的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁，使原标定的桩位发生移动，因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围的位置对施工的桩位进行复核，保证桩位准确。4.3常见问题及解决方法1.施工扰动土的强度降低，振动沉管成桩工艺与土的性质具有密切关系。就挤密性而言，可将地基土分为三大类：其一为挤密性好的土，土松散的填土、粉土、砂土等；其二为可挤密性土，如塑性指数不大的松散的粉质粘土和非饱和黏性土；其三为不可挤密土，如塑性指数高的饱和软粘土和淤泥质土。针对饱和软土，特别是塑性指数高的淤泥质土，振动将引起土体孔隙水压力的上升，土的强度降低。振动的时间越长，对土和已打桩的不利影响越严重。对此种情况可采用静压振拔方法，就是沉管时不起动发动机，借助桩机自身的重量，将沉管沉至设计标高。填满料后再启动电动机振动拔管。2.在饱和软土中成桩，桩机的振动力较小，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，即使得已打桩被挤成椭圆形或不规则形状，严重的产生缩径和断桩。在上部有较硬的土层或中间夹有硬土层的土中成桩，桩机的振动力较大，对已打桩的影响主要为振动破坏。针对打桩施工对相邻桩的影响，可选择合理的桩间距和钻孔顺序减轻影响。桩间距较大时，采用隔桩跳打法；在饱和的松散粉土中施工，如果桩间距较小，不宜采用隔桩跳打法。因为松散粉土振密效果好，先打桩施工完后，土体密度会有明显整加。而且打得桩越多，土的密度越大，桩越难打。对于桩顶上升量较大的桩可采用逐桩快速静压，以消除可能出现的断桩多复合地基承载力造成的不良影响。静压桩基就是用打桩的沉管机，在沉管机桩架上配适量压重，配重的大小按照施加于桩的压力不小于1.2倍桩的设计荷载9为准，一般时间为3min。3、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，停下来留振一段时间，否则，速度太快可能导致缩径断桩。拔管太慢或留振时间过长，都会使得桩的端部桩体水泥含量较少，桩顶浮浆过多，而且混合料也容易产生离析，造成桩身强度不均匀。针对拔管速度控制，可先通过试验，检验拔管速度在1.2~1.5m/min范围内是否合适，再通过沉管变数器系统控制拔管速度。5.劳力组织CFG单桩作业单元应配备施工人员如下：1.现场指挥1人，负责桩机就位、开机、填料、拔管、混凝土搅拌、运送等工序的施工安排及安全、质量管理。2.振动沉管打桩机操作班4人，司机1人。3.混凝土搅拌班司机1人，装卸工6人负责骨料装、运、卸及上料。混凝土灌注班4人。4.铲车司机1人，翻斗车司机2人。5.现场记