CFG桩基础施工工艺分析

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七台河某工程,桩基设计式为水泥粉煤灰碎石桩(简称cfg桩),单桩设计施工长度15.00m,桩径600mm,桩距1800mm,下面就该桩的施工方法进行介绍。

1、施工工艺的选择:

根据设计要求,本工程原料储罐区地基采用水泥粉煤灰碎石桩(简称CFG桩)复合地基处理,CFG桩复合地基区别于桩基的主要特点就是:充分考虑发挥桩间土的承载力,所以施工中应尽可能减小桩间土的扰动,又根据本工程场地地质资料,场区地层上部主要由饱和、具高压缩性、高灵敏度的粉质粘土构成,施工中受到触动影响变化比较大。因此,为保证桩身施工质量,尽可能减小桩间土的扰动,确保本项目的顺利进行,合理的选择机械施工工艺,是这次CFG桩施工项目顺利进行的关键。

长螺旋钻孔-管内泵压砼灌注成桩,具有施工速度快、桩体密实度高、环境噪音影响较低、对周围桩间扰动影响较小、特别是适合地下水位以下的高灵敏度地层等特点,因此:本CFG桩工程施工工艺拟采用长螺旋钻孔-管内泵压砼灌注成桩工艺。水下泵送砼,边压砼边拔管,采用置换加固,穿透力强,单桩承载力高,不会受到第二层呈饱和,流塑～软塑状态的粉粘土影响。并且能够达到设计承载力的要求(单桩承载力特征值≥600kN,复合地基承载力≥210KPa),对桩的质量有保证。

2、施工顺序:

结合原料储罐CFG桩结构布局特点及现场地质条件,本工程采取:从中心向外推进施工(圆环形布桩方式)或从一边向另一边推进施工(正方形或梅花形网格状布桩方式),根据具体情况,更进一步为了尽可能减小桩间土的扰动,控制施工工艺,发现特殊情况,做出具体的改变,必要时采用间隔跳打的施工方式。

3、设备选配:

采用KLB-75型步履式长螺旋钻机2台;QZ-60型混凝土输送泵2台;500型强制式搅拌机1台;装载机2台;电、气焊设备1套;水准仪、经纬仪1套等及其他配套设备。

4、施工工艺:

定位放线→启动桩机对准桩位→桩机调平、钻杆调直→关闭钻头阀门启动锤头钻进到设计桩底标高、同时进行混合料的搅拌→开动混凝土输送泵灌料、同时启动卷扬机提升钻杆直至施工设计桩顶标高→成桩完毕→停机移位至下一桩位。

5、主要分部工程的施工方法:

1)定位:将桩机移到指定桩位,对中。当地面起伏不平时,应调整支腿或平台基座,使桩机底座保持水平、钻杆保持垂直。一般桩位误差不宜超过2.0CM,钻杆垂直度偏差不超过1.5%。

2)钻进成孔:关闭钻头阀门,启动卷扬机下放钻杆至钻头触及地面时,启动钻机锤头,将钻杆旋转下沉至桩底设计标高。

3)混合料搅拌:按设计配合比配制混合料,严格控制粗骨料粒径,一般选为小10mm-30mm或更小,必要时掺加泵送剂及其它外加剂,混合料坍落度宜为180mm-220mm。

4)灌料、提升:当钻机钻至桩持力层时,开动混凝土输送泵灌料,当输送管及钻杆芯管充满混合料后开始启动卷扬机匀速提升钻杆,边灌料、边提升,直至施工设计桩顶标高,提升速度宜控制在2m/min-3m/min,严禁先拔管后灌料,掌握好灌料与提钻的时间差,尽量避免提升灌料过程中停机待料现象。在流塑性土中要控制提钻速度,保证成桩质量。

5)停灌桩顶标高、移机下一桩位:尽量控制好桩顶标高停灰面这一环节,在达到技术要求的条件下,做到尽可能少浪费混合料。

本工程拟采用KLB-75型步履式长螺旋钻机2台,工期自签定施工合同、施工现场达到开工要求时开工:本工程CFG桩施工1600棵、累计设计总长度20800.00延长米,计划30棵/每台每天,30天完成任务。6、通病及事故处理措施

1)堵管:堵管是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺常遇到的主要问题之一。它直接影响CFG桩的施工效率,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。产生堵管的原因有以下几点:

①混合料配合比不合理。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时,混合料和易性不好,常发生堵管。因此,要注意混合料的配合比,尤其要注意将粉煤灰掺量控制在70kg/m3～100kg/m3的范围内,坍落度应控制在160mm～200mm之间。

②混合料搅拌质量有缺陷。在CFG桩施工中,混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头最后到达钻杆芯管内。混合料在管线内借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线。坍落度太大的混合料,易产生泌水、离析,泵压作用下,骨料与砂浆分离,摩擦力加剧,导致堵管。坍落度太小,混合料在输送管路内流动性差,也容易造成堵管。

③施工操作不当。钻孔进入土层预定标高后,开始泵送混合料,管内空气从排气阀排出,待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。若提钻时间较晚,在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出,容易造成管路堵塞。

④冬期施工措施不当。冬期施工时,混合料输送管及弯头均需做防冻保护,防冻措施不力,常常造成输送管或弯头处混合料的冻结,造成堵管。冬施时,有时会采用加热水的办法提高混合料的出口温度,但要控制好水的温度,水温最好不要超过60℃,否则会造成混合料的早凝,产生堵管,影响混合料的强度。

⑤设备缺陷。弯头曲率半径不合理也能造成堵管。弯头与钻杆不能垂直连接,否则也会造成堵管。混合料输送管要定期清洗,否则管路内有混合料的结硬块,还会造成管路的堵塞。

2)窜孔:在饱和软土层中成桩经常会遇到这种情况,打完一棵桩后,在施工相邻的桩时,发现刚施工的临桩的桩顶突然下落,当桩泵入混合料时,临桩的桩顶开始回升,此种现象称为窜孔。发现窜孔的条件有如下三条:1.被加固土层中有松散饱和软土层;2.钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动;3.土体受剪切扰动能量的积累,足以使土体发生触变。由于窜孔对成桩质量的影响,施工中采取的预控措施:

①采取隔桩、隔排跳打方法;

②设计人员根据工程实际情况,采用桩距较大的设计方案,避免打桩的剪切扰动;

③减少在窜孔区域的打桩推进排数,减少对已打桩扰动能量的积累;

④合理提高钻头钻进速度。

3)桩头空芯:主要是施工过程中,排气阀不能正常工作所致。钻机钻孔时,管内充满空气,泵送混合料时,排气阀将空气排出,若排气阀堵塞不能正常将管内空气排出,就会导致桩体存气,形成空芯。为避免桩头空芯,施工中应经常检查排气阀的工作状态,发现堵塞及时清洗。

4)桩端不饱满:这主要是因为施工中为了方便阀门的打开,先提钻后泵料所致。这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水浸入桩孔,影响CFG桩的桩端承载力。为杜绝这种情况,施工中前、后台工人应密切配合,保证提钻和泵料的一致性。

5)桩孔偏斜:主要因为地面不平,导向设施出现偏差,钻架不正或钻杆弯曲,钻杆刚度不够所致。另外钻进时土层硬度发生突然变化或遇到障碍物也会导致桩孔偏斜。施工前应对安装好的钻机设备做全面检查,做到水平、稳固,对钻杆、接头要逐个检查,保证钻杆顺直,有足够的刚度。在钻进时,土层由软变硬时要少加压慢给进。

6)钻进困难:主要原因为遇到地下障碍物如石块、混凝土块,钻机功率不够或钻进速度太快造成憋钻。应选用硬质合金钻头,采用合适的钻速。遇到障碍时如障碍物不深,应进行清除后复钻,如不易挖出则改变桩位。