CFG桩长螺旋钻机压灌混凝土入岩质量控制要点

王银娥

(太原市建设工程质量监督站，山西太原 030009)

CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，是由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌和制成的高粘结强度的桩型，其与桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基。

1 CFG桩长螺旋钻机成孔压灌混凝土成桩工艺的优点对比

CFG桩常用的施工方法较多，有长螺旋钻孔灌注成桩、泥浆护壁钻孔灌注成桩、振动沉管成桩、长螺旋钻孔管内泵压混凝土成桩等。

现将几种成桩工艺的优缺点对比如下:

1)长螺旋钻孔灌注成桩适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土场地，且对周围环境噪声、泥浆污染要求比较严格的场地;

2)泥浆护壁钻孔灌注成桩适用于粘性土、粉土、砂土、碎石及砾石类土和风化岩层分布的地基以及对振动噪声要求严格的场地，钻孔速度较快，但是泥浆对场地有污染，影响后续孔的施工，且往往孔底沉渣较大，也会影响成桩质量;

3)振动沉管法可用于粘性土、粉土、淤泥质土、人工填土及无密实厚砂层的地质条件，是非排土成桩，对地基有一定的挤密作用，且无需清除余土，但是在遇到较坚硬土层时成孔困难，且施工噪声较大;

4)长螺旋钻孔管内泵压混合料成桩法适用于粘性土、粉土、砂土分布的地质条件，能钻透较硬土层，不受地下水位的影响，但施工时需清除余土且此方法无挤密效果。

由此可见，长螺旋钻孔管内泵压混凝土成桩工艺适用于多种地层，具有较大的发展前景。但是到目前为止，CFG桩长螺旋钻机压灌混凝土入岩施工工艺在技术上仍然存在着很多难题。本文就此提出一整套的解决方案，现论述如下。

2 CFG桩长螺旋钻机入岩成孔问题

在较坚硬的土层和岩层中成孔，是制约CFG桩长螺旋钻机压灌混凝土成桩工艺中至关重要的一个环节。为解决此问题本文从两个方面着手:改进钻机和改进施工工艺。

2.1 钻头的改进

普通钻头是针对土层设计的，钻头底部设有两个平面的爪牙，中心设有阀门，待钻头进到设计标高后提起30 cm～50 cm，反钻打开阀门以便灌入混凝土，成孔后孔底是一个平面。但是针对岩层而言，普通钻头很难钻进，而且对钻头的磨损也很严重，为此改用圆锥型钻头(见图1)，上面沿螺旋面按照傅立叶函数图形嵌有十几颗乌钴合金的牙齿(依据钻头的直径大小而定)，为均匀受力，主倾角为60°，副倾角为30°，牙齿的轴心间距为15 cm。最底面设有三个相对的牙齿，其中两个牙齿中间设有一个排气孔，用于钻进过程中进风冷却钻头。

2.2 钻杆的改进

由于钻进全风化岩和强风化岩时，钻杆的扭矩加大，因此需要将钻杆的管壁加厚，增大钻杆的扭转刚度。两个钻杆的连接处从原先的两个抗剪滑块增加到四个，并且加大尺寸;由原先的六个螺栓增加到八个。同时在钻杆内加上一根直径30 mm的钢管，一头和钻头的排气孔相连，另一头和空压机相连，用于空压机进风通道，旨在冷却钻头。

2.3 钻机底座的改进

普通长螺旋钻机是靠四个液压支腿和下面的船型大脚来行进的，行进速度慢，对场地的平整度和承载力要求较高，因此施工过程中会遇到很多场地条件的限制影响进度，甚至难以进行施工。为此，将钻机的船型大脚改为履带(见图2)，并将机械传动改为液压制动。这样不仅加快了行进的速度，还改进了钻机的灵敏度和安全性，对平整度差和承载力较小的场地都可以正常施工，并且可以快速准确的对准桩位。

图1 钻头

图2 钻机履带底座

2.4 钻机机架的改进

传统长螺旋钻机调平是靠调整四个液压支腿，垂直度调整精度不高，而且需要反复调整，费时费力。改进后的钻机在两个斜撑底部加上两个电机(见图3)，专门用于调平机身和垂直度。

图3 钻机机架

2.5 施工工艺的改进

目前较为普及的CFG桩施工工艺为长螺旋成孔管内压灌混凝土，此方法克服了高水位对成桩的影响，但是对于较为坚硬的土层和岩层仍然难以成桩。为此在改进长螺旋钻机的基础上，进一步改进施工工艺，见图4。

图4 CFG桩入岩施工工艺流程图

3 CFG桩长螺旋成孔压灌混凝土成桩质量问题和控制

3.1 堵管的原因

1)混凝土配合比不合理。当混凝土中砂率较小或粉煤灰用量较少时，混凝土的和易性不好。坍落度太大，混凝土容易发生泌水、离析，在泵压作用下骨料和砂浆分离，摩擦加剧，导致堵管;坍落度太小，混凝土的流动性差，也容易造成堵管。为此，坍落度一般控制在180 mm～220 mm，粉煤灰在70 kg/m3～90 kg/m3。

2)施工操作不当。长时间停工不输送混凝土前，应用清水将管道清洗干净，防止管道内残留的混凝土硬结，堵塞管道;开工后管道应用水泥砂浆湿润，防止混凝土进入干燥的管道后水分流失，坍落度损失较大导致堵管。钻孔进入土层预定标高后，钻头提起30 cm～50 cm，待钻头上的阀门打开后开始泵送混凝土，管内空气从排气阀排出，待钻杆内管及输送软、硬管内混凝土连续时提钻。若提钻时间较晚，在泵送压力下钻头处的水泥浆被挤出，容易造成堵管。

3)设备缺陷。混凝土输送管道弯头曲率半径不合理也会导致堵管。弯头与钻杆不能垂直连接，否则也会造成堵管。为此管道弯曲处多用软管代替弯头。

4)冬季施工措施不当。冬季施工时混凝土可能会冻结堵管，因此混凝土需添加防冻剂，其输送管道也要做好防冻保护。

3.2 窜孔

窜孔发生的原因为:钻杆在钻进过程中对被加固土层中的松散饱和粉土、粉细砂产生扰动，使土体发生液化导致窜孔。

预防窜孔的措施有:

1)合理调整钻头钻进速度。

2)隔桩、隔排跳打。

3)减少在窜孔区域打桩推进排数，减少对已打桩的扰动。

3.3 桩头空芯和桩端不饱满

混凝土坍落度较小时容易出现该问题，为此，施工中应严格控制混凝土坍落度，保证在180 mm～220 mm之内，压灌完混凝土后应用振捣棒振捣密实。

3.4 缩颈、夹泥、断桩

混凝土和易性较差，提钻速度与混凝土输送泵的功率不匹配，都可能会产生缩颈、夹泥和断桩等问题。因此严格控制混凝土配合比，提钻速度要和混凝土输送泵的功率相匹配，保证压灌时钻头始终被包裹在混凝土里面，以便连续压灌成桩。

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