CFG桩复合地基处理在淤泥质土中的应用研究

吕德君

摘 要：针对兰永沿黄河一级公路淤泥质土的特性，我们从三个要点：成桩质量控制、施工工艺调整、钻进和提钻的速度控制进行了深入的研究，从地质勘探、过程施工以及最终的试验检测全程旁站，探寻CFG桩在淤泥质土中的适应性及工艺、质量控制要点，为同类工程提供有一定的借鉴作用。

关键词：CFG桩 复合地基 处理 淤泥质土 应用

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（b）-0102-02

CFG桩施工质量控制主要从三个方面进行控制：一是成桩质量控制，即在施工过程中从砼拌和、运输、成孔、灌注等工序，找出施工中易产生II、III类桩的原因，分析原因并在施工中加以改进和克服；二是在施工工序、工艺上进行调整；三是控制钻进、提钻的速度，确保下料数量与提钻的协调性。

在此基础上，根据现场淤泥质土的特性，对上述三个要点进行了更深入的研究，从地质勘探、过程施工以及最终的试验检测，探寻CFG桩在淤泥质土中的适应性及工艺、质量控制要点，为同类工程有一定的借鉴作用。

1 工程概况

兰永沿黄河一级公路K25+980～K26

+230恐龙湾隧道出口段路线布设于河谷低阶地，以填方路基通过芦苇湿地，路基填土高度3.5～6.5 m，地层岩性为冲洪积淤泥，灰黑色，饱和、软塑，厚度为8～16 m，下层为强-中风化泥岩。淤泥层为软土地基，采用C15水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基处理。

2 工程地质条件

2.1 地层结构

地层岩性从上到下大致分为淤泥、强风化泥岩、中风化泥岩，局部夹粉砂，各层岩土特征描述如下。

（1）淤泥：深度8～17 m，以粉土为主，较均匀，有层理，饱和，软-流塑状，表层1.70 m多植物根系。承载力基本容许值50～80 kPa，摩阻力标准值10～30 kPa；

（2）淤泥粉土中部夹1～4 m粉砂，分选

好，土约占15%，承载力基本容许值90 kPa，摩阻力标准值10 KPa。

（3）强风化泥岩：厚度1～3m，夹砂砾岩，泥质胶结，成岩较好，层理很发育，岩石均匀、较坚硬，岩芯多呈短柱状，轻击易碎成碎石或砂土状，承载力基本容许值350 kPa，摩阻力标准值120 kPa。

2.2 水文地质条件

本段路基填于芦苇湿地，钻孔揭示场地稳定水位深度0.2～1.0 m，地下水为孔隙潜水，中部细砂层地震时会液化。

3 CFG桩复合地基处理施工工艺选择

施工前进行成桩工艺性试验，根据现场地质条件，选取振动沉管法施工。

3.1 试桩方案

试桩桩径400 mm、桩长18 m、成孔工艺振动沉管，共计试桩18根，分两次进行，从施工工艺、砼配比、后期检测等方面进行对比分析，从而确定最合适的工艺参数（图1）。

试桩顺序为：

第一次：

1#→2#→3#→7#→8#→9#→13#→14#

→15#

第二次：4#→5#→6#→10#→11#→12# →16#→17#→18#

3.2 试桩准备

（1）材料要求及配比（表1）。

在试桩过程中适当调整砼塌落度。

（2）CFG桩钻机初选。

振动沉管钻机型号为：DZ90VM2-5000EⅡ型、桩架起吊能力30～40 t、电动机功率90 kW，钻管有效长度18.5 m。

（3）平整场地，清除障碍物。采用砂砾填筑1.5 m厚施工平台，方便后续施工时钻机的水平，控制成桩的竖直度。

（4）测量放线，用白灰线标示出桩位网格线，用钢筋头打进土中作为桩位点。

3.3 试桩施工

3.3.1 第一次试桩

（1）钻机定位。

开钻前，对主机上附带的垂直度刻度盘进行校验，采用全站仪在调试完毕的CFG钻机主架上标设导杆中心线，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。施钻过程中及时量测并做好终孔偏差记录。并对9根试桩进行垂直度控制的编录见表2。

（2）砼塌落度控制。

混合料搅拌按配合比进行配料，拌合时间不得小于90 s。实际现场混合料坍落度控制在80～100 mm。

（3）成孔顺序。

从左侧至右侧顺序施工，及上图中1#→3#方向。

（4）钻进成孔控制。

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启动马达钻进。先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。在成孔过程中，发现钻杆上下浮动时，放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移及钻杆、钻具损坏。进尺根据地层而定，一般淤泥质钻进速度控制为2～6 m/min。同时根据钻塔上标记控制钻进深度和电流变化情况控制进入持力层深度，达到设计深度后停钻。在淤泥层分别按照2 m/min、4 m/min、6 m/min三种速率进行钻进施工。

（5）灌注及提管。

打至设计孔深时，采用提升料斗向沉管内倾到砼（Φ40桩，长18 m，砼设计方量为2.3 m3），正常情况下先倒入2.0 m3（或直接采用罐车将料倒入沉管料斗内，使砼和管口持平），开动振动锤留振8～10 s，然后匀速提升沉管，提管速度分布分别控制在2 m/min、3 m/min、4 m/min。泵送和提管过程相互配合，每根桩必须一次灌注完毕，不能停工待料。快到设计桩顶标高时，适当减慢提管和泵送速度，比设计标高高出50 cm后，同时停止提管和泵送，然后移至下一桩位。

（6）移机。

当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。endprint

3.3.2 第二次试桩

第二次试桩和第一次相比，主要区别在两方面：

施工顺序，施工顺序由原先的一端至另一端顺序施工，改为由两边向中间施工。

砼塌落度，塌落度由原先的80～100 mm，调整到60～80 mm。

试桩编号为4#、5#、6#、10#、11#、12#、16#、17#、18#。

3.4 试桩分析

（1）施工过程分析。

a.扩孔系数大

在提钻过程中，当钻头提至淤泥层时，会存在很明显的扩孔，扩孔系数最大的达到了1.6。分析主要原因为施工区域和黄河临近，地下水位很高，长时间的渗透使得原先的淤泥层由原来的软塑变成流塑状，流塑状淤泥无法承受砼的侧压力，导致孔径扩大。

b.两种不同施工顺序（由一侧至一侧、由两侧至中间），对扩孔系数影响较大。

c.提钻速度和砼塌落度之间的平衡。防止砼塌落度过大，提钻速度过慢会造成砼振捣石料下沉卡管。

（2）检测报告分析。

a.复合地基承载力

抽4、8、9、11、15桩位，结果如表3。

b.单桩承载力

抽1、6、7、10、13、17桩位，结果如表4。

c.取芯法检测

由于取芯机和施工钻机竖直度的双重误差，加上桩径过小，导致了部分桩体无法钻到设计长度。但取芯样抗压强度均满足设计要求（表5）。

d.低应变法检测

低应变检测共抽查了6根桩基，桩身结构完整，均为1类，只是有一根桩基在桩头6 m范围内扩径。

4 结语

通过对试桩进行各项性能检测，总结施工过程中发生的问题，对CFG桩在淤泥层地层采用振动沉管法施工各项施工工艺参数总结如下。

a.塌落度控制在60～80 mm是比较合理的，既可减小扩孔率，又可提高桩身成孔质量。

b.钻进速率。在淤泥地层，钻进速度不能随机器自由进尺，一般宜控制在6 m/min左右。进尺过快容易造成斜孔，甚至对周围桩体产生不利影响。

c.提管速率。在淤泥质地层，拔管速度应适当快些，控制在4 m/min左右。

d.施工顺序。振动沉管法正常施工顺序一般为“一侧至一侧顺序施工”，但遇到个别区域淤泥地层有软塑转变成流塑时，建议采用“由两侧向中间施工”。

参考文献

[1] 公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）[S].

[2] 公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）[S].

[3] 建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）[S].

[4] 建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2003）[S].endprint

3.3.2 第二次试桩

第二次试桩和第一次相比，主要区别在两方面：

施工顺序，施工顺序由原先的一端至另一端顺序施工，改为由两边向中间施工。

砼塌落度，塌落度由原先的80～100 mm，调整到60～80 mm。

试桩编号为4#、5#、6#、10#、11#、12#、16#、17#、18#。

3.4 试桩分析

（1）施工过程分析。

a.扩孔系数大

在提钻过程中，当钻头提至淤泥层时，会存在很明显的扩孔，扩孔系数最大的达到了1.6。分析主要原因为施工区域和黄河临近，地下水位很高，长时间的渗透使得原先的淤泥层由原来的软塑变成流塑状，流塑状淤泥无法承受砼的侧压力，导致孔径扩大。

b.两种不同施工顺序（由一侧至一侧、由两侧至中间），对扩孔系数影响较大。

c.提钻速度和砼塌落度之间的平衡。防止砼塌落度过大，提钻速度过慢会造成砼振捣石料下沉卡管。

（2）检测报告分析。

a.复合地基承载力

抽4、8、9、11、15桩位，结果如表3。

b.单桩承载力

抽1、6、7、10、13、17桩位，结果如表4。

c.取芯法检测

由于取芯机和施工钻机竖直度的双重误差，加上桩径过小，导致了部分桩体无法钻到设计长度。但取芯样抗压强度均满足设计要求（表5）。

d.低应变法检测

低应变检测共抽查了6根桩基，桩身结构完整，均为1类，只是有一根桩基在桩头6 m范围内扩径。

4 结语

通过对试桩进行各项性能检测，总结施工过程中发生的问题，对CFG桩在淤泥层地层采用振动沉管法施工各项施工工艺参数总结如下。

a.塌落度控制在60～80 mm是比较合理的，既可减小扩孔率，又可提高桩身成孔质量。

b.钻进速率。在淤泥地层，钻进速度不能随机器自由进尺，一般宜控制在6 m/min左右。进尺过快容易造成斜孔，甚至对周围桩体产生不利影响。

c.提管速率。在淤泥质地层，拔管速度应适当快些，控制在4 m/min左右。

d.施工顺序。振动沉管法正常施工顺序一般为“一侧至一侧顺序施工”，但遇到个别区域淤泥地层有软塑转变成流塑时，建议采用“由两侧向中间施工”。

参考文献

[1] 公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）[S].

[2] 公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）[S].

[3] 建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）[S].

[4] 建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2003）[S].endprint

3.3.2 第二次试桩

第二次试桩和第一次相比，主要区别在两方面：

施工顺序，施工顺序由原先的一端至另一端顺序施工，改为由两边向中间施工。

砼塌落度，塌落度由原先的80～100 mm，调整到60～80 mm。

试桩编号为4#、5#、6#、10#、11#、12#、16#、17#、18#。

3.4 试桩分析

（1）施工过程分析。

a.扩孔系数大

在提钻过程中，当钻头提至淤泥层时，会存在很明显的扩孔，扩孔系数最大的达到了1.6。分析主要原因为施工区域和黄河临近，地下水位很高，长时间的渗透使得原先的淤泥层由原来的软塑变成流塑状，流塑状淤泥无法承受砼的侧压力，导致孔径扩大。

b.两种不同施工顺序（由一侧至一侧、由两侧至中间），对扩孔系数影响较大。

c.提钻速度和砼塌落度之间的平衡。防止砼塌落度过大，提钻速度过慢会造成砼振捣石料下沉卡管。

（2）检测报告分析。

a.复合地基承载力

抽4、8、9、11、15桩位，结果如表3。

b.单桩承载力

抽1、6、7、10、13、17桩位，结果如表4。

c.取芯法检测

由于取芯机和施工钻机竖直度的双重误差，加上桩径过小，导致了部分桩体无法钻到设计长度。但取芯样抗压强度均满足设计要求（表5）。

d.低应变法检测

低应变检测共抽查了6根桩基，桩身结构完整，均为1类，只是有一根桩基在桩头6 m范围内扩径。

4 结语

通过对试桩进行各项性能检测，总结施工过程中发生的问题，对CFG桩在淤泥层地层采用振动沉管法施工各项施工工艺参数总结如下。

a.塌落度控制在60～80 mm是比较合理的，既可减小扩孔率，又可提高桩身成孔质量。

b.钻进速率。在淤泥地层，钻进速度不能随机器自由进尺，一般宜控制在6 m/min左右。进尺过快容易造成斜孔，甚至对周围桩体产生不利影响。

c.提管速率。在淤泥质地层，拔管速度应适当快些，控制在4 m/min左右。

d.施工顺序。振动沉管法正常施工顺序一般为“一侧至一侧顺序施工”，但遇到个别区域淤泥地层有软塑转变成流塑时，建议采用“由两侧向中间施工”。

参考文献

[1] 公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）[S].

[2] 公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）[S].

[3] 建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）[S].

[4] 建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2003）[S].endprint