含钙质结核层沙土地区CFG桩施工方法的研究

赵晓伟杜明芳周闪应本林

(河南工业大学,河南 郑州 450001)

含钙质结核层沙土地区CFG桩施工方法的研究

赵晓伟杜明芳周闪应本林

(河南工业大学,河南 郑州 450001)

在进行CFG桩施工时,会由于场地存在未成层的钙质结核层而引发一些问题,造成了施工困难,影响了施工进度。本文采用汽车钻引孔和步履式长螺旋钻机使用合金钻头相结合的办法,解决了施工困难、进度缓慢的问题,对今后的工程中解决类似问题有一定的借鉴作用。

CFG桩;钙质结核;汽车钻;施工进度

钙质结核主要是碳酸钙组成的结核状自生沉积物。钙质结核［1］主要是在半干旱的平原或低地的土壤中由蒸发或者淋滤作用而形成的。钙质结核大多形成于上层滞水带,含有碳酸的雨水渗入上层滞水带,通过含碳酸盐的沉积物而淋滤,溶解了部分碳酸钙。钙质结核的存在使得土体呈现明显的不均匀性和各向异性,土体的工程地质性质既不同于黏性土又别于碎石土,无法将其划入任何已知的土类,是一种尚未得到深入研究的区域性特殊土。

钙质结核砾石的初始形态主要为球形状或者近于球形状,表面比较光滑,后来由于胶结作用,使许多球状钙质结核连接在一起,而形成不规则的较大钙质结核,形状大多数为姜结石状或者偏于椭圆状。由于其工程性质的优劣很大程度上取决于钙质结核的形状、大小、数量、分布、结构及发育程度等,这使得对该土体开展工程地质评价十分困难。

在郑州铁道·京广家园(郑州材料厂住宅项目)一期工程在CFG桩施工过程中,由于钙质结核层的存在,导致机械效率无法正常发挥,成孔困难,影响了施工进度。本文针对在施工过程中刚遇到的这种问题进行讨论,对解决该问题对施工方法进行了探索。

1 工程概况

铁道·京广家园(郑州材料厂住宅项目)一期工程,基坑开挖深度+0以下12m,自然地面以下11m,地上部分33层,地下2层。根据地质勘察报告,场地主要为砂土,部分场地+0以下20m左右存在未成形的钙质结核层。基础采用CFG桩复合地基,设计桩长13m,均采用梅花型,桩身强度不小于C25。CFG桩施工时间为2013年5月15日到2013年6月29日。

CFG桩(CementFlyashGravelPile)复合地基［2］是由水泥、粉煤灰、砂及卵碎石夯击形成的桩体、桩间土及褥垫层构成。以其具有施工速度快,工程造价低,能利用工业废料粉煤灰等优点及其技术上的可靠性和经济性,被广泛应用于填土、黏性土、松散砂土等软弱或相对软弱地基土的加固处理,在我国大部分地区推广应用,并取得了显著的经济效益和社会效益。CFG桩复合地基的加固机制为褥垫层受上部基础荷载作用产生变形后以一定的比例将荷载分摊给桩及桩间土,使二者共同受力。同时土体在CFG桩施工中受到桩的挤密而提高其承载力,桩又由于其周围土体挤密对桩的约束加强桩的受力性态,二者共同工作,形成了一个复合地基的受力整体,共同承担上部基础传来的荷载。

2 钙质结核层对CFG桩施工的影响

现场普通步履式长螺旋钻机CFG桩的普通施工工艺顺序［3］为：采用步履式长螺旋钻机成孔→灌注混合料及拔管→移机钻孔下一根桩→清除桩间土→凿除桩头→桩体质量检测→褥垫层施工。在不存在未成层的钙质结核层的场地上,使用普通的施工工艺能够达到设计要求,并在合理施工期内可以按期完成作业。在本工程进行CFG桩施工时,由于部分场地存在未成层的钙质结核层引发的一些问题,造成了施工困难,影响了施工进度。

2.1 成孔困难

由于钙质结核是一种尚未得到深入研究的区域性特殊土,其工程性质既不同于黏性土又别于碎石土,目前对其的工程地质性质认识存在一定的盲区。

在CFG桩施工工程中,钻机在遇到未成层的钙质结核层时,由于地质坚硬,出现了机械效率无法正常发挥。钻头进入钙质结核层时主要表现为钻进速度会明显减慢,造成成孔困难。

2.2 堵管现象

在经过长时间(1小时以上)作业形成孔后,接下来的工序为灌注混合料及拔管,但由于CFG桩施工时期为夏天,气温较高,随着成孔时间的延长,混合料发生离析现象比较严重,导致了现场在混合料输送过程中堵管现象频发。根据现场的施工记录统计,堵管最容易出现在存在钙质结核层的场地。

2.3 钻机故障

由于钻进效果不明显,为了达到设计桩长,施工单位长时间下钻来完成要求,导致钻机故障频频发生,其主要表现在：动力头的烧坏、钻头损坏和卡钻等现象。

3 施工方法改进的措施

在前期的CFG桩施工过程中,入场的2台钻机均为常规的普通设备。随着成孔困难、堵管现象和钻机故障等问题的频频出现,严重影响了施工进度。施工单位随后又安排了2台钻机进场进行作业,并对钻机使用了合金钻头,取得了一定的效果,但并不明显。

经过相关技术部门的研究讨论,对长时间下钻仍未达到设计要求的桩位,决定采取汽车钻。由于汽车钻钻径较小,不能达到桩径要求,只能起到引孔的作用。汽车钻引孔到底设计要求后,步履式长螺旋钻机移位,就位,再下钻钻孔,达到设计要求后再灌注混合料。

采取汽车钻引孔和步履式长螺旋钻机使用合金钻头的方法的CFG桩施工工艺顺序变为：汽车钻引孔→步履式长螺旋钻机成孔→灌注混合料及拔管→移机钻孔下一根桩→清除桩间土→凿除桩头→桩体质量检测→褥垫层施工。

采取该办法相比普通的步履式长螺旋钻机施工增加了一道工序,根据现场的记录表明,施工效果比较好,达到了预期的目的,并提前2天在预定工期内完成了作业。

4 结论

本文在含钙质结核层沙土地区CFG桩施工过程中,采用了汽车钻引孔和步履式长螺旋钻机使用合金钻头相结合的办法。在步履式长螺旋钻机使用合金钻头的基础上,采用汽车钻引孔,在对加快施工进度上取得了良好的效果。

［1］吴道祥,曹亚娟,钟轩民,等.安徽淮北平原钙质结核土分布及成因年代研究［J］.岩土力学,2009,30(S2):434一439.

［2］牛志荣,李宏,等.复合地基处理及其工程实例［M］.中国建材工业出版社,2000.

［3］李育燕.浅谈长螺旋钻机施工CFG桩工艺及质量控制［J］.甘肃科技,2011(5):137一139,121.

Discussion on the Construction Method of CFG Pile in the Sandy Soil Area with Calcareous Nodules

Zhao Xiaowei Du Mingfang Zhou Shan Ying Benlin
(Henan University of Technology,Zhengzhou Henan 450001)

During the construction of CFG piles,the presence inthe site of unlayered calcium nodules will cause a number of problems,resulting in the construction difficulties,and thus impacting the construction progress.The method of combining the use of automobile drilling poles and the alloy drill bit for walking一typelong spiral drilling machineis adopted in this paper,which solved the problems of construction difficulties and the slow progress of the construction,and can provide certain reference for solving similar problems in the future projects.

CFG pile;calcareous nodules;automobile drilling;construction progress

TU473

A

1003一5168(2015)07一0116一2

2015一6一14

赵晓伟(1992一),男,硕士,研究方向:地下结构与岩土工程。