浅谈CFG桩在成都地铁北郊车辆段工程中的应用

陈西建

摘要通过对成都地铁3号线北郊车辆段及综合基地工程CFG施工的应用实例，对CFG桩的施工工艺，施工过程质量控制要点以及CFG成桩后的试验检测等进行了简要叙述和总结。对类似工程CFG桩设计、施工质量控制及应用推广具有参考价值。

关键词地铁施工 CFG桩 地基处理 复合地基 低应变 荷载试验

中图分类号：U231文献标识码： A

1 工程与地质概况

1.1 工程概况

北郊车辆段位于成都地铁3号线一期工程北段，终点站天回镇南站与熊猫大道站之间,与熊猫大道站接轨，车辆段地块位于成都市成华区，由川陕路、规划16m和20m道路围合而成，西窄而东宽，西侧宽300m，东侧宽450m，东西长约1400m。该地块场地内主要为工业、居民、农田区，工业厂房、鱼塘、民房密布，人口密集，田间小沟渠密布。

北郊车辆段主要包括运用库、检修库、物资总库、主变电所及必要的办公、生活等设施。根据设计方案，本工程易燃品库、镟轮库、工程车库、材料棚、牵混所、洗车棚、轮对踏面检查库道床下部均采用CFG桩进行加固。

1.2 地质条件

1.2.1 地形地貌

成都平原在构造上属第四纪凹陷盆地。由近代河流冲积、洪积而成的砂卵石层和粘性土所组成的一级、二级河流堆积阶地，以及冰水沉积三级阶地，成都地铁北郊车辆段地块属于Ⅲ级阶地。

1.2.2 地层岩性

根据不同的岩土类别和岩土不同的成因时代以及岩土不同的状态作为分层依据，结合本场地工程地质条件划分岩土层，按岩土地层层序，从上至下依次为：第四系全新统人工填土（Q4me）、第四系中下更新统冰水沉积（Q1+2fgl）粘土、白垩系上统灌口组泥岩（K2g）。所揭露地层详见地层工程性质指标分析表。

表1 地层工程性质指标分析表

1.2.3 水文地质条件

根据勘查水位观测材料，测得初见水位埋深0.5～2m，稳定地下水位埋深1.2～4.6m，同一勘探点测得的初见水位比稳定水位略高或基本一致，表明场区内的地下水不具有承压性；部分地段由于上层滞水，造成初见水位埋深较浅，局部可能由于地形和上覆粘性土层控制，具微承压性。

1.3CFG桩复合地基处理方案

根据设计方案，本工程采用直径500mm CFG桩进行地基加固，纵向桩心距为1.6m，横向桩心距为1.5～1.65m。桩端进入强风化泥岩W3层，桩顶设置直径为1m的扩大桩帽，桩帽采用C25混凝土现浇。桩帽顶部铺设0.6m厚的砂卵石垫层夹两层80KN双向土工格栅。通过桩顶设置褥垫层，以充分调动地基土参与工作形成复合地基，达到提高地基承载力和减少基础沉降的目的。

2.CFG桩施工工艺介绍

CFG桩的全称为水泥粉煤灰碎石桩（Cement Fly-ash Gravel Pile）是在碎石桩的基础上发展起来的，通过在碎石桩桩体中掺加适量的粉煤灰、石屑或砂、水泥及特种添加剂加水拌合，用各种成桩机械制成的一种高粘结强度桩体的简称。是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。其和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。就其功能原理来讲属于地基处理范畴,桩身可在全长范围内受力，和桩基相比，由于CFG桩不配筋、并且还可掺入工业废料粉煤灰，工程造价一般为桩基的1/3～1/2。CFG桩施工速度很快，一台设备10～15天可处理1000平米地基。CFG桩复合地基的沉降变形小、施工简单、成桩速度快、造价低、适用范围广、社会和经济效益显著的特点使其已广泛应用于公路、铁路建设的软基及道床处理、桥涵台背处理和结构物基底处理工程等项目中。

成都地铁北郊车辆段及综合基地首次采用CFG桩工法，施工采用长螺旋钻钻孔，管内泵压混合料灌注成桩，CFG桩施工工艺流程（如图1）及施工顺序介绍如下：

图1 CFG桩施工工艺流程图

2.1桩位测量放线及复核

按CFG桩施工布置图现场确定施工范围，测定基础轴线，根据轴线定位桩测放各轴线，并根据桩基与轴线关系测放桩位。为保证桩位点不扰动丢失，用钢筋在桩位上打入地下至少300mm，拔出后投入白灰。每台钻机施工开始后，根据白灰桩位使钻机就位。按施工设计图用经纬仪、钢尺放桩位，并作好记录、校验、复检，由建设单位或监理单位现场验收合格后方可施工。

2.2桩机就位

桩机到达设计桩位，调整螺旋钻杆垂直度，钻头距地面≯10cm对准桩位，压入土中；

2.3钻机钻孔

进入时应先慢后快，以减少钻杆摇晃，防止钻孔偏差。在钻孔过程中，随时观察钻机运行电流数值和地层土质状况，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及设计进入持力层的深度，钻机操作手可根据钻杆进入不同土层时钻杆钻进速度、力量等校核桩底入持力层情况，当钻头到达设计桩长预定标高时，于动力头底面停留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。

2.4提钻压灌混凝土

CFG桩成孔达到设计标高后，应停止钻进，开始泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后开始拔管，严禁先提管后泵料。钻杆提升必须同步连续向孔底压灌混凝土并控制钻杆提升速度；成桩的提拔速度宜控制在3m/min左右，成桩宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。

当泵斗混凝土低于进料口时及时通知停止提升钻杆，待混凝土搅拌好后再进行压灌、提钻。机手时刻保证管内充满混凝土，钻具内无混凝土严禁提升。提升压灌过程中，如发现支腿下沉立即停止提升，并调节钻机水平，方可继续压灌。灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头，进行保护，施工桩顶高程宜高出设计桩顶标高不少于0.5m，以保证桩顶混凝土强度达到设计要求。钻头提升到孔口时，应防止桩周土掉入孔内。

灌注完毕后应记录实际混凝土用量，计算充盈系数，分析超灌原因。

如遇堵管或其它故障，应及时处理，若钻头提出原灌入混凝土料面，先将钻头盖进行闭合处理，再将钻头插入混凝土面下1.0～2.0m深度后再对桩体进行灌注。

2.5 移位、施工下一根桩

当上一根桩施工完成后，重复以上步骤进行下一根桩的施工，在桩机移动过程中防止桩机本身和支腿对桩体的破坏。桩机移机至下一桩位施工时，应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。

2.6 清理成桩弃土

CFG桩成桩后，应及时清运成桩弃土，确保施工连续进行。

2.7 截桩

桩顶养护到一定龄期后，采用电锤、手提式切割机配合钢钎的方法剔除桩头至设计标高。

3 CFG桩施工控制及结果检验

3.1 技术准备

3.1.1施工前应具备下列资料和条件

1）详勘阶段岩土工程勘察报告和必要的水文资料；

2）CFG桩地基处理平面布置图并应注明桩位编号，以及设计说明和施工说明；

3）施工场地及毗邻地区的各种电缆、通信线、地下管线、地下构筑物及障碍物等调查资料；

4）建筑施工场地的水准控制点和建筑物位置控制坐标等资料；

5）具备“三通一平”条件。

6）施工前组织相关施工人员学习相关施工方法及规范，并对各类管理及操作人员进行安全、技术培训和交底；

3.1.2施工技术措施

1）确定施工机具和配套设施并检查验收合格；

2）编制材料需求计划及分段供应计划，标明所用材料的规格、质量要求和数量；

3）按施工平面图放好施工的正式桩位；

4）确定桩机行走路线及施打顺序；

5）施工前，施工单位放好桩位、CFG 桩的轴线定位点及测量基线，并由监理、业主复核。

6）在施工机具上做好进尺标志。

3.1.3工艺参数确定

正式打桩前，应先进行试桩。根据设计要求试成孔应不小于3个，以复核地质资料以及设备、工艺是否适宜，核定选用的技术参数；

根据设计要求，选取4个桩位进行试桩，钻进速度控制在2m/min左右，施钻过程中详细记录钻机到达不同深度表现，如电流表的数值变化，钻杆的不同表现，钢丝绳的松紧状态等。

试桩完成后对试桩进行复合地基承载力试验和单桩承载力试验，试验过程中对桩、土、垫层的应力和变形进行监测，验证是否满足设计文件要求的承载力及沉降要求。

通过试桩，确定了适合本项目的施工工艺参数。施工时应控制钻进速度在1.5～2m/min左右。开钻时应有专人对钻头是否对准桩位点，钻机是否垂直等项目进行核对，核对完毕后以手势通知钻机手开钻。当操作手发现电流值在120左右且钻杆发生颤动、旋转打滑；钢丝绳松弛等现象时，表明钻头已达到持力层（强风化泥岩层）。此时应立即停钻，并示意指挥员以鸣哨的方式通知输送泵司机开始泵送混凝土，待混凝土充满钻杆芯管后开始提管,提管速度控制在2.5～3m/min左右。钻杆距离地面1m时通过鸣哨方式通知输送泵司机停泵。严禁先提管后泵料，严禁停料太早或太晚。

当试桩结果满足设计要求后进行大面积正式施工。

3.2技术指标要求

桩体材料采用碎石、石屑或砂、粉煤灰、水泥加水配合而成。桩身水泥采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥,水泥用量不小于200kg/m3，掺加优质粉煤灰（等级不低于II级），粉煤灰掺量为70～90kg/m3, 石屑率一般在0.3左右，碎石粗骨料满足级配要求，松散堆积密度大于1500kg/m, 碎石最大粒径：长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注法不大于25mm。混合料28天标准立方体无侧限抗压强度不小于15MPa。施工前应进行室内配比试验，施工时按配合比配制混合料并进行现场成桩试验，以确定满足设计要求的施工工艺和施工参数。

本工程桩体混凝土强度等级为C15，采用商品混凝土，坍落度为160～220mm；CFG桩经质量检验合格后，桩顶填筑砂砾石垫层夹土工格栅加固。褥垫层采用粒径5～25mm的砂砾石，分3层铺设，共600mm厚，每层虚铺厚度220mm，碾压密实后200mm,在第一层和第二层，第二层和第三层之间各铺设一层80KN双向土工格栅。铺设时应保证碾压密实后的厚度与虚铺厚度之比≤0.9，即达到200mm。垫层碾压满足地基系数K30≥150Mpa/m的要求。铺设土工格栅时，必须拉直拉平，幅与幅之间的搭接长度不小于300mm，边缘部分反折不小于1m。

3.3施工质量控制要点

3.3.1施工质量检验主要内容

检查施工记录、砼塌落度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯实度、桩体试块抗压强度。

3.3.2 桩位垂直度控制

随时检查桩机的水平度与垂直度，随时检查桩位偏差是否符合设计规范规定。钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查导杆，校正位置，使占杆垂直对准桩位中心，桩身垂直度偏差不得大于1.5％。钻机启动前应将钻杆、钻尖内的土块、残留的砼等清理干净。钻尖出料口开启门应开关灵活、密封性好。钻孔开始时，封住钻头阀门，使钻杆向下移动至钻头触及地面时，开动钻机旋动钻头。一般应先慢后快，在成孔过程中如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺。

3.3.3砼灌注质量控制

1）不定期检查混合料坍落度，每个台班至少检查两次。

2）依据设计每桩砼用量及实测充盈系数，控制桩实际浇注混凝土用量，保证桩身混凝土不出现缩径、夹泥、松疏和断桩等缺陷。

3）地泵砼的安放位置与钻机的施工顺序相配合，尽量减少弯道，砼泵与钻机的距离一般在100m以内为宜；

4）砼泵送以前，应首先开机用水湿润整个管道，首浇之前用水泥砂浆使管壁罩处于充分润滑状态，方可进行第一根桩的砼输送。压灌砼时一次提钻高度小于25cm，混凝土埋钻高度大于1.0m。

5）砼泵送开始时，要注意观察泵的压力表及各部件工作状态，一般在地泵出口处和泵管与软管相连处容易发生堵塞。如遇堵塞，应将地泵立即反向运行两次，并拆除堵管部分，清除堵塞的砼后，方可重新进行泵送；

6）砼的泵送应尽可能连续进行，当钻机移位时，地泵料斗内的砼应连续搅拌，泵送砼时应保持料斗内砼的高度，不得低于40cm，以防吸进空气造成堵管；

7）砼输送泵尽可能保持水平，长距离泵送时，泵管下面应用垫木垫实。当泵管需向下倾斜时，应避免角度大于4度；

8）压灌成桩桩顶标高应高于设计桩顶标高0.5m。

9）专人负责检查砼灌注质量及意外情况的处理。

3.3.4桩长控制

根据设计桩长、桩顶和桩底标高，确定钻孔深度；当桩尖到达钻孔深度位置时，在钻机塔身相应位置作醒目标记，作为施工时控制桩长的依据。

判断钻头是否到了持力层一般有两种方法：

一是根据试桩结果，在桩机驾驶室观测电流的变化，以判定钻头达到持力层。二是在钻机旁直观观察。根据勘察资料，结合试桩结果，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。

3.3.5清土及剔桩

1)成桩后应及时清土，避免因桩身强度提高较大时，剔桩困难。

2)清土采用小型机械设备及人工开挖、运输，避免断桩及对地基土的扰动。

3)清土预留5～10cm人工清除，找平。

4)清槽后人工截桩，截桩时，在同一水平面采用切割机环向切割一圈，电钻打眼后按同一角度对称放置3根或4根钢钎，沿径向楔入桩体，直至上部桩体断开，桩顶采用小钎修平，桩顶标高误差－50～＋30mm。

5因剔桩造成桩顶开裂、断裂，按桩基混凝土接桩规定，断面凿毛，用水冲干净后用高一级混凝土（商砼）填补并振捣密实。

3.4 CFG桩的试验与检验

CFG桩施工完成28天后，应对留取的混凝土标准试件进行检验。图纸要求CFG桩混合料28天标准立方体无侧限抗压强度不小于15MPa。经检验，28天强度为15.6～20 MPa，满足图纸及规范要求。

3.4.1 低应变动力试验

成桩28天后，应抽取不少于总桩数10%的桩根据《基桩低应变动力检测规程》进行低应变检测，且每检验批不少于3根。

低应动力变检测主要目的即对桩基完整性进行检测，基本原理：通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩的完整性。

低应变检测过程中需注意的事项：

1）现场测试准备。

准备工作的好坏直接影响测试结果的准确性 可靠性。在检测前务必注意以下几点：