CFG桩复合地基处理施工技术

CFG桩复合地基处理施工技术1前言上世纪90年代以来，CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩的简称，即cementflying—ashgravelpile)被广泛应用于房屋建筑和公路地基处理等方面，其施工快捷便利，工程质量易保证，逐渐成为一种成熟的施工技术。但随着该项技术在全国范围内的广泛推广应用，也在某些地区出现了一些不可忽视的问题，比如，长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩，施工设备不具备排气装置，钻孔到预定标高后开始向管内泵料，钻杆中的空气排不出，导致桩体产生孔洞；又如，钻孔到预定标高后，怕钻头活门打不开，先提30～50cm再灌料，导致桩端有虚土承载力偏低等等。需要指出的是，一些施工人员由于缺乏对这一技术的深入了解，甚至把先提30～50cm再灌料的错误施工方法作为经验来交流，以至于这种错误的施工方法在全国广泛流传。为了更好地推广CFG桩复合地基技术，避免施工发生一些质量问题，本文对沈阳坤泰新界住宅工程CFG桩的施工过程进行了回顾和总结，并归纳了CFG桩施工技术要点，供相关人员参考，希望能给大家提供一些帮助。2特点CFG桩复合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高强粘结桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基，多采用长螺旋钻杆内泵压灌注成桩工艺。CFG桩施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉,是目前沈阳及周边地区应用最普遍的地基处理技术之一。CFG桩复合地基处理主要有以下工程特点：1）CFG桩复合地基承载力提高幅度大，地基变形小；2）在同一建筑物基础中，桩的直径固定，易于施工；3）施工工艺包括长螺旋钻孔管内泵压砼成桩、振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔灌注成桩。桩长可根据工程实际情况设计确定，不受施工机械能力和施工条件局限，可操作性好；4）成桩质量可靠，桩长和桩身质量可用直接手段进行监测；5）复合地基中由于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，工程造价大大降低，；6）施工速度快，文明施工。7）桩体具有良好的排水作用；8）褥垫层是复合地基的重要组成部分,是高强粘结强度桩形成复合地基的必要条件。各种桩型复合地基工程特性比较如下表2：表2复合地基工程特性比较表桩型项目碎石桩复合地基石灰桩复合地基CFG桩复合地基桩体材料碎石生石灰、粉煤灰、火山灰、干砂水泥、粉煤灰、碎石、石屑成桩工艺振动成桩洛阳铲成孔、排土成桩长螺旋钻杆内泵压灌注成桩施工对环境影响振动和噪音污染需对石灰和粉煤灰做适当处理，防止环境污染无泥浆污染、无振动、低噪音置换作用最弱一般最强挤密、振密作用一般一般一般排水作用一般良好良好桩对土的约束作用弱一般强适用土层松散粉细砂、粉土、可液化土及挤密效果好的填土软弱粘性土、淤泥质土、素填土及杂填土填土、饱和及非饱和粘性土、既可用于挤密性好的土，又可用于挤密性差的土由上表可见，CFG桩复合地基适用土层广泛，各种地基土层均可大幅提高地基承载力，复合地基模量高，基础变形小，且可全桩长发挥侧阻，桩端落在好的土层时可很好地发挥端阻，通过调整桩长和褥垫层厚度可以保证基础受力均匀，尤其在上部结构变化处使用更加有利。另外，CFG桩复合地基成套技术目前已有施工及验收规范，和普通桩基相比，由于CFG桩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，经济效益和社会效益非常显著。3适用范围CFG桩属高粘结强度桩，可适用于条形基础、独立基础，也可用于筏基和箱形基础。就土性而言，CFG桩可用于填土、饱和及非饱和粘性土，既可用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土，可见适用范围非常广泛。4工艺原理水泥粉煤灰碎石桩复合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩，通过在基础和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层使得桩、桩间土共同承担荷载，使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。无论桩端落在一般土层还是坚硬土层(桩端持力层宜选用承载力相对较高的土层)，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大，桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载，使复合地基承载力提高，变形减小。5工艺流程及操作要点5.1工艺流程长螺旋钻孔管内泵压砼成桩工艺流程：施工准备——钻机就位——钻至设计深度(在钻进同时及时清理桩土)——边泵送混凝土边提升钻杆至施工面——移位至下一桩位——按上述工序施工至全部桩施工结束(待达到养护期后进行静载荷试验——挖桩间土——清凿桩头——做低应变试验——铺设褥垫层)。长螺旋钻干作业成孔灌注成桩工艺流程：施工准备——钻机就位——钻至设计深度(在钻进同时及时清理桩土)——夯实孔底——成孔一定数量后进行灌注——移位至下一桩位——按上述工序施工至全部桩施工结束(待达到养护期后进行静载荷试验——挖桩间土——清凿桩头——做低应变试验——铺设褥垫层)。5.2操作要点5.2.1施工部署14#和15#楼土方开挖至标高-8.39m，在此工作面上进行CFG桩施工。CFG桩施工完毕后3天可清除余土，负责运到现场指定堆放区，并随清土凿桩头。CFG强度达到设计要求后，可由专业测试单位进行复合地基载荷试验。试验合格后进行褥垫施工。1施工进度14#楼、15#楼CFG桩施工工期为12天，施工由西侧开始，后退向东施工。14#楼共设计桩数436根，15#楼共设计桩数401根。14#住宅楼计划平均每天36根，15#楼住宅楼计划每天33根。桩机施工顺序沿桩位线南北向施工。2施工平面布置根据施工需求和土方开挖进度，具体平面布置根据现场实际情况设置两台搅拌机，两台地泵。分别布置于14#楼、15#楼基坑外南侧，搅拌机布置于边坡之上，距变坡距离大于2000mm。地泵布置在基坑底部，由砼搅拌机搭设钢板溜槽至地泵，溜槽下部用钢管架子搭设。再由地泵沿基坑边铺设泵管至CFG桩操作面。3测量放线当进行人工清槽和钻孔渣土时，在基坑内每隔5m钉入30cm长的Φ6钢筋，将标高抄测到距设计标高，每两根钢筋之间拉小线，以此严格控制清土标高。底面标高允许偏差为0∽-50mm，不允许超挖。集水坑清底时，在坡顶上口线和下口线的位置钉入30cm长的Φ6钢筋并拉小线用于控制坑位。5.2.2施工质量要求1根据桩位平面布置图及甲方提供的控制点和轴线施放桩位图。2放好的桩位经总包、监理验收确认后方可施工。3钻机就位应准确，钻机机架及钻杆应与地面保持垂直，垂直度误差≤1%。4混凝土灌注过程中应保持混凝土面始终高于钻头面，钻头低于混凝土面15~25cm。5桩机下基坑要求按1：6放坡，放坡宽度大于5000mm。桩位误差：桩位偏差不得大于d/2(d为设计桩径)。6桩体误差：桩径：400mm±20mm；桩长：8.5m±0.1m；7混凝土配合比由试验室做出，有关部门认可，并写在黑板上挂在施工现场的搅拌机上。施工现场不得任意更改。8混凝土坍落度控制在20±2cm。9混凝土搅拌要均匀，搅拌时间不得低于2分钟。10CFG桩施工期间，每天做一组混凝土试块，标准养护并送检28天强度。同时留置一组同条件强度试块。5.2.3凿桩头施工方法首先用水准仪将设计桩头标高打在桩身上，然后由两个工人用两根钢钎在截断位置从相对方向同时剔凿，将多余的桩截掉。5.2.4断桩及桩身达不到标高处理方法1桩顶下1m以上断桩，将断桩挖出，按600直径挖至断裂部位后，清除桩头泥土，用C20砼浇灌至设计标高。桩顶下1m以下断桩，应进行补桩。2桩身达不到标高，应按600直径开挖至现有标高，清除桩头泥土，用C20砼浇灌至设计标高。5.2.5试验与检验1复合地基试验为检验CFG桩施工工艺及复合地基加固效果，取得设计和施工的技术数据，进行了一点三桩复合地基和三根单桩静荷载试验,参数与工程桩相同。三桩复合地基试验最大加载值为6500kN，单桩试验最大加载值分别为1700kN、1300kN、1300kN，加载程序和判定标准按规范要求。2复合地基承载力分析1）单桩强度控制的承载力标准值，取各试验点最大荷载或极限荷载的一半，则3根单桩平均承载力标准值为683kN。根据公式推算，复合地基承载力标准值为434kPa400kPa。2）取s/b=0.008对应的荷载确定三桩复合地基承载力标准值为630kPa，远大于设计要求的400kPa。3静载和动测检验1）静荷载试验静压三根单桩复合地基和三根单桩试验结果表明:三根单桩复合地基静载试验和三根单桩静载试验的Q-s曲线、s-lg(t)曲线均未出现陡降迹象,按相对变形s/b=0.01确定复合地基承载力,单桩复合地基在标准值为400kPa的荷载下沉降值与压板作用宽度之比s/b分别为0.009、0.0096、0.004,其比值均小于0.01,表明单桩复合地基承载力满足设计要求。单桩静载试验在标准值为650kN时,沉降分别为2mm、3.6mm、3.6mm,说明单桩承载力仍有很大潜力。2）低应变动力试验试验依据《基桩低应变动力检测规程》进行,检测桩数为总桩数20%。4检测结果1）CFG桩桩体强度满足C20的设计要求。桩身结构完整的一类桩385根;桩身结构基本完整、桩身局部轻微离析、对桩的使用不构成影响的二类桩33根。一、二类合格桩共418根,占检测桩总数424根的98.58%。2）浅部断裂桩6根,占检测桩总数的1.42%,经开挖核实断裂在距桩顶0.5m左右处,断裂处混凝土对接吻合,分析为剔凿保护桩头混凝土不慎所致。经清理后复测，发现下部桩身质量基本均匀完整，属合格桩。本工程静载试验表明：一点三桩复合地基高于3根单桩复合地基,也高于由单桩承载力标准值计算的复合地基,基本消除了断桩、缩径、夹泥等质量通病,表明本工程CFG桩采取的施工工艺和技术措施是可行的。6材料6.1原材料要求1水泥：选用P.O32.5硅酸盐水泥，并有出厂合格证及试验报告。2砂：中砂，含泥量不大于3%。3石子：碎石，粒径10—50mm，含泥量不大于2%。6.2材料配置根据CFG桩施工需要，提前准备施工所需砂石、水泥及其它材料。所进材料应按照规定位置堆放并做好防护措施，防止受冻、受潮。6.3材料检验及有关报告6.3.1材料送检现场砂石、水泥及外加剂需送实验室进行试验，试验合格后方可使用。使用过程中应有专人对材料进行保管，防止因材料受冻、受潮导致混凝土质量下降。6.3.2混凝土配合比因CFG桩混凝土现场搅拌，需事先由实验室出具有关配合比。施工时严格按照配合比进行。7机具设备7.1临水、临电配置依据所投入机械设备用电功率统计，设备总计电力约450KVA，考虑到设备使用顺序及正常使用率，工程需电力400KVA，因此，只需大于400KVA变压器就可满足施工的需要；依据用水设备和施工经验及沈阳市的水压，需水量5～10立方m/小时，只需直径32mm管的水源就能满足施工用水。7.2机械配置表7.2CFG桩施工机械配置表序号名称型号单位数量1长螺旋钻机ZKL600台/套22砼泵车电动台/套23砼搅拌机升降式台/套24翻斗运输车柴油机台/套25三轮车自卸式台/套108安全控制措施8.1安全保证体系以项目经理为首，由安全、工程、技术质量、安装和基层劳务专职安全员等各方面的管理人员组成安全保证体系，建立项目经理部安全工作委员会，领导和组织实施安全工作。8.2分析安全难点，确保安全管理重点1因CFG桩施工与土方施工、护坡施工相交叉，所以现场施工人员一定要听从管理人员指挥。2现阶段由于土钉墙及锚固端混凝土尚未达到设计强度，边坡仍然处于不稳定状态，要加强对边坡的稳定检测，发生危险现象，及时疏散人员并逐级报告进行处理。3现场电气设备均作漏电保护装置，配电线采用三相五线制。4施工机械的使用严格按照有关规定执行，无关人员严禁使用。8.3.安全管理1严格执行国家及沈阳市有关施工现场安全管理条例及办法。2制订施工现场安全防护基本标准，如：基坑防护标准，各类洞口及临边地带的防护标准，施工临时用电安全防护标准，各类施工机械和设备的安全防护标准，施工现场消防工作管理标准等。3建立严格的安全教育制度，坚持入场教育、坚持每周按班组召开安全工作教育研讨会，增强安全意识，使安全工作落到广