浅谈CFG桩在工程施工中的应用

2015-12-19郑永新

西部探矿工程 2015年3期

关键词：成桩钻杆钻机

郑永新

（山西冶金岩土工程勘察总公司，山西太原030002）

浅谈CFG桩在工程施工中的应用

郑永新*

（山西冶金岩土工程勘察总公司，山西太原030002）

CFG桩复合地基处理是由桩间土及其上的褥垫层一起形成复合地基共同承担荷载的处理方法。结合施工实践，总结CFG桩地基处理的施工工艺，质量控制手段。并介绍了该工程的地基处理效果，以及施工中应注意的问题及相应控制措施。

CFG桩；管内泵压；剪切液化；造价低廉；施工文明；地基处理技术

1 概述

CFG桩是20世纪90年代开发并逐渐在工程中应用起来的一种地基处理技术，它是由水泥、粉煤灰、碎石或砂加水拌制而成的高粘结强度桩。CFG桩结合桩间土及其上的褥垫层一起形成复合地基共同承担荷载的处理方法。CFG桩适合于对地基处理加固后，承载力提高幅度较小的工程，一般可提高30%～50%。可施工桩径在400～800mm之间，桩长一般在15～25m，有时甚至达到30m以上。CFG桩由于桩径较小、成桩速度快、造价在同类桩基处理中相对较小、无污染、施工文明等特点在工程施工中被广泛应用。

2 CFG桩施工方法的选择

地质市场上CFG桩复合地基施工方法不一，主要以长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩为主。桩机和型号的选用，要视工程的具体情况而定。根据场地的地质、水文条件选用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺。该工艺适用于粘性土、粉土、砂土、粒径不大于60mm，厚度不大于5m的卵石层（卵石含量不大于30%），以及对噪声和泥浆污染要求高的场地。施工设备采用长螺旋钻机、混凝土泵和电子计量拌合站以及混凝土运输车等。施工前按设计要求由试验室进行配合比试配，施工时严格按施工配合比配制混合料。在施工准备阶段，必须详细了解地质情况，从而合理地选用施工机械。这是确保CFG桩复合地基质量的有效途径。

3 工程实例

3.1 工程概况

拟建工程为新疆五家渠现代石油化工有限公司30×104t/a催化脱蜡/润滑油生产联合装置项目，其中配套罐区、中心控制室、中心化验室采用CFG桩复合地基处理。共设计Ø400mmCFG桩12584根，有效桩长13.5m，桩入土深度15.5m，砼强度等级为C20。

主要由第四纪全新统（Q4）冲、洪积细颗粒沉积物组成。地层情况如下：

①层粉质粘土（Qal+pl4），棕褐色,一般可塑状态,干强度、韧性较高,土质较均匀,属中压缩性土；有光泽反应，可见白色钙质条纹，表层为耕植土，局部渐变为粘土，层底接触水位部分土质较软，一般为软可塑状态。表面可见白色结晶。

②层粉土（Qal+pl4），褐黄色—灰褐黄色,很湿,稍密—中密,结构性差,干强度、韧性低—中等,粘粒含量较高,有粘滞感,局部渐变为粉质粘土，摇震反应中等—迅速，夹粉质粘土薄层；属中压缩性土。

③层粉土（Qal+pl4）,褐黄色—青灰色,湿,稍密—中密，干强度、韧性低—中等,属粘粒不均,摇震反应中等—迅速,夹粉质粘土薄层；中压缩性土。

④层粉土（Qal+pl4），褐黄色—青灰色,湿,中密—密实,干强度、韧性低—中等,粘粒含量不均,摇震反应中等,层顶板位置夹粉质粘土薄层约0.2～0.4m,一般呈可塑—软塑状态,摇震反应迅速；属中压缩性土。

⑤层粉土（Qal+pl4），灰黄色—褐灰色，湿，一般密实，干强度、韧性低—中等，粘粒含量不均，土质不均匀局部混粉砂。

因地基持力层③层粉土强度不能满足上部荷载要求,为提高承载力设计采用CFG桩复合地基。按梅花型布桩,桩间距为1.2m，共设计Ø400mmCFG桩1284根，有效桩长13.5m，桩入土深度15.5m，砼强度等级为C25。

3.2 施工组织

进场以后组织场地的平整，查明施工场地的地下管线、电缆及其它影响工程施工的地下设施。以方便施工为主、采用先进机械、减少人工作业强度的原则选择施工设备。

3.3 长螺旋钻孔压灌桩施工工艺

根据设计要求及地层情况，该工程采用长螺旋钻机成孔，管内泵压送混凝土的成桩工艺，详见图1。

图1 施工工艺流程框图

3.3.1 钻机定位

桩机就位必须铺垫平稳，立柱垂直稳定牢固，钻头对准桩位。检查钻头活门是否闭合后，进行钻机定位,成孔钻机就位后必须平整稳固，在施工中不发生倾斜、移动，同时调整钻机水平。钻杆垂直度允许偏差不大于1%，钻头尖应对准桩中心，其水平位置允许偏差±20mm，将高程引到可靠且便于施工和检查的位置处，将钻机垂直偏差，钻尖位置偏差和高程填写到《长螺旋钻孔泵压灌注砼桩施工记录表》。

3.3.2 钻进

（1）开孔前必须检查钻头上的出料活门是否闭合，校核桩位孔口标高及桩孔编号，准确无误后，方可开钻。

（2）将钻头靠钻杆自重压入土中后，钻进到1～2m后打开护套，如遇特殊地层（如含有砖头、瓦块、石头的杂填土），护套直到穿过该地层方可打开。

（3）钻进过程中，平台应保持平衡，未达到设计标高不得反转或提升钻杆，如因特殊情况要提升钻杆或反转，应将钻杆提至表面，对钻头活门重新冲洗、疏通、闭合。

（4）开始钻进或穿过软硬互层交界处时，应保证钻杆垂直，缓慢进入；在含有砖头、瓦块的杂填土层或含水量较大的软塑粘性土层中钻进时，应尽量减少钻杆晃动，以免扩大孔径。

（5）钻进时，应注意观察电流值变化状态，当电流值接近140A时应及时提升排土，直至电流值变化在正常工作状态。

（6）钻进过程中,操作人员要密切注意钻进情况,如遇卡钻、钻杆剧烈抖动、钻机偏斜等异常情况,应立即停钻,查明原因,采取相应措施后方可继续作业。

（7）钻进至设计标高后方可停钻。

3.3.3 压灌成桩工艺

接通动力头上部高压胶管→边压灌边逐步提拔钻杆→继续压灌，逐渐提拔钻杆，直至设计桩顶标高以上→停止压灌，将钻杆全部提出至钻头离开地面，停止动力头上升，移动钻机至下一个桩位，并防止泥土掉入桩孔内。

混凝土输送泵管布置宜减少弯道，混凝土输送泵与钻机的距离不宜超过60m。

（1）当钻致设计标高后，压灌之前几分钟，应先开动混凝土输送泵，提前将拌合好的混凝土充满整个输送管道。

（2）压灌与钻杆提升配合好坏，将严重影响着桩的质量，当钻进至设计标高后，停止钻进，开始泵送混凝土，同时开始拔管，严禁先提管后泵料。成桩的提升速度控制在2～3m/min。

（3）提升压灌的过程中，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

（4）机手提升钻杆时要时刻保证管内充满混凝土,保持一定的压力，钻具内无混凝土严禁提升。

（5）压灌应连续进行,泵送混凝土时，漏斗内混凝土的高度不得低于400mm,混凝土容量要高出进料口50mm以上,以防吸进空气.当泵斗混凝土低于进料口时应停止泵送并及时通过口哨通知钻机停止提升钻杆,待混凝土恢复供应后再进行压灌、提钻。控制最后一次灌入量，混凝土面要高出桩顶0.5m。

（6）移动钻机至下一个桩位。

3.3.4 排土清运

钻出的泥土要用铲车随钻随清，以保持有足够的工作场地。

3.3.5 试块制作与养护

桩基施工应按要求由取样员取样做混凝土试块，制作时混凝土分2层装入，每层厚度大致相当，用端部磨圆的Ø16mm的钢筋沿螺旋方向从边部向中心移动，垂直捣实。插捣约25次，表面用抹刀抹光，静置在20℃±5℃，湿度不小于90%的环境中，试块应用湿布复盖。48h拆模，拆模后标明桩号、日期后，应放入现场专用养护池进行养护。

3.4 钻进成孔时应注意事项

（1）钻机就位时必须平正、稳固，钻塔应垂直，以免造成桩孔的偏斜，钻进时应时刻注意钻机的自动调控装置，以保正钻孔质量。

（2）经常检查螺旋钻具的磨损和连接部位，及时补焊，以保证钻具直径。

（3）经常检查主卷扬钢丝绳，特别要检查绳端部位，发现钢丝绳磨损超过说明书要求时要立即更换。

（4）由于钻机桅杆和钻杆重量较大，在钻机行走时，如果操作人员不熟悉场地情况，遇到回填的孔口或倾斜的坡道时注意发生安全事故。

3.5 施工中存在的问题及解决措施

本工程前期在施工场地外部进行10根试桩的施工，按梅花形布桩，完成后经开挖、发现存在以下情况。第2根桩存在桩头变形，成扁圆形的不规则形状。并且部分桩桩顶偏低，其中有2根桩保护桩头高度不够50cm。

分析原因：场地内的地下水位较高，第二层粉土较为松散，在松散饱和粉土的场地，采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺，成孔时螺旋叶片对周边土产生扰动和剪切作用，当剪切作用累计到一定程度后，土体发生液化，导致刚打完处于流动状态桩的桩周土丧失对桩的侧向约束能力，桩体侧向溢出、桩顶下沉，产生窜孔。即饱和土体在钻杆的螺旋叶片转动过程中发生液化效应，钻进过程中桩体周边形成大片液化区域，旁边刚灌注成桩的混凝土在自重压力下向钻孔内流淌，致使上一个刚灌注完成桩孔内的砼面下降，在此孔钻到孔底后灌注混凝土过程中由于泵送压力较高，当砼面上升到一高度时液态的砼又在高泵压下流回原孔内。在一般情况下，完成一根桩所需时间为10～20min，完成2号桩后，在3号桩钻进成孔过程中，2号桩混合料尚未凝固而流向3号桩钻孔中，所以发现已完的2号桩混凝土突然下落，当3号桩泵入混合料时，泵送压力加大，钻杆提升速度放慢，也可在几秒内，不提升钻杆，迫使3号桩的混合料又流向2号桩恢复到原设计标高。窜孔后由于混凝土重新流向原来的2号桩孔，孔壁土体发生变形，造成桩头变成不规则形状。

解决措施：

（1）更换原来泵送混合料时对孔壁冲击大的侧开门钻头为底开门的跌落式钻头，同时也减少钻头堵钻，重复钻进时对土体引起的剪切液化，避免窜孔事件的发生。

（2）采取隔桩、隔排跳打方法，减少短时间施工的桩间距较小，引起大片区域液化对成桩质量的影响。采用隔桩、隔排跳打方法，桩距较大的施工方案,避免打桩对土体的剪切扰动。

（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。

3.6 通过对试桩缺陷的分析

在工程桩施工中针对原因采取了一系列控制钻进速度、更换钻头类型、隔排、隔桩的解决措施。工程桩开挖后，再没有出现桩头扁圆形的、保护桩头不满足设计要求的现象。桩基完成后经河北双诚检测公司对桩基的承载力及桩身完整性检测。承载力特征值达到设计要求不低于250kPa；低应变检测全部合格。