CFG桩复合地基施工技术

谷训广

摘要：本文介绍了CFG桩复合地基施工技术要点，对采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺施工，以及质量通病预防措施进行了分析。

关键词：CFG桩；施工工艺；质量通病预防措施

中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）06-56-03

1.工程概况

沪昆客专贵州段D1K943+330～D1K943+670，13路基位于滇东高原丘陵区，云贵高原侵蚀性低山地貌，地形开阔。地面高程1500～1545m，相对高差2～6m，自然斜坡一般50～100。基岩裸露较少，植被发育，多为第四系覆盖土覆盖，多被垦为水田。路基长339.816m，一区路基基底采用CFG桩加固。采用长螺旋钻孔施工，CFG桩直径50cm，正方形布置，桩间距1.5m，加固深度为2～14.5m，桩顶（加设桩帽）并铺设0.6m厚加筋碎石垫层，加筋为两层双向80KN/m土工格栅。

2.CFG桩加固原理

CFG桩体材料采用碎石、石屑或砂、粉煤灰、水泥加水配合而成。桩和桩间土及褥垫层一起形成復合地基，通过褥垫层与基础相连接，无论桩端落在一般土层还是淤泥土质均可保证桩间土始终参与工作。由于桩间土的强度及模量比原桩间土大，在荷载作用下桩顶应力比桩间土的应力大，桩可承受的荷载向深的土层传递并相应减少桩间土承受的荷载。

桩体是由机械成孔后将搅拌好的混凝土利用泵机打入孔中，在拔管的过程中利用高差产生的重力使混凝土产生自振捣效果，这样在成桩的过程中不仅挤密桩间土还挤密桩身，使其具有水硬性，使处理后的复合地基强度和抗变形的能力明显提高。

CFG桩体材料技术参数：CFG桩体材料采用碎石、石屑或砂、粉煤灰、水泥加水配合而成。水泥采用P.0 42.5级普通硅酸盐水泥，CFG桩中掺入等级不低于Ⅲ级的优质粉煤灰，掺量为70～90Kg/m3，地下水具有侵蚀性工点，水泥掺入量不小于200Kg/m3，石屑率一般在0.3左右，防腐剂根据化学侵蚀环境级别掺加，碎石粗骨料应满足级配要求，碎石松散堆积密度大于1500Kg/m3，碎石最大粒径要求长螺旋钻孔管内泵压混合料不大于25mm。混合料28天标准立方体无侧限抗压强度不小于15Mpa。

3.CFG桩施工工艺

CFG桩施工根据设计采用长螺旋钻机成孔，施工前应按设计要求确定混合料施工配合比和坍落度、搅拌时间、钻孔速度、终孔电流等工艺参数。

3.1CFG桩复合地基加固方法

3.1.1CFG桩复合地基加固特点

CFG桩属刚性桩复合地基。与一般柔性桩复合地基相比，用水泥粉煤灰碎石桩处理地基，可使地基承载力大幅度提高，并具有很大可调性，特别是在天然地基承载力较低而设计要求承载力较高，采用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求的情况下，水泥粉煤灰碎石桩复合地基具有明显的优势，

（1）可以充分发挥桩体材料的潜力，又可充分利用天然地基承载力，又能因地制宜利用当地材料，因此，具有较好的经济效益与社会效益。

（2）这种复合地基可有效提高地基承载力。减少地基沉降。

（3）CFG桩为黏结强度较高的桩，在外荷载作用下，不会发生鼓胀破坏，并可全桩长发挥侧摩阻力，桩落到岩层上具有明显的端承力，复合地基承载力可大幅提高。

（4）桩体利用工业废料粉煤灰和石屑作为掺加料，节约水泥用量，且使工业废料变废为宝，起到资源再利用的作用。

（5）使用水泥粉煤灰碎石桩复合地基进行地基处理可降低造价。

3.1.2CFG桩长螺旋钻孔施工方法

长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注法成桩适用于地下水埋藏较深的黏性土、粉土、填土等，成孔时不会发生坍孔现象，并适用于对周围环境要求如噪音、泥浆污染比较严格的场地，其工艺是先采用长螺旋钻机钻孔达到设计预定深度，然后提升钻杆，同时用高压泵将桩体混合料通过高压管路的长螺旋钻杆的内管压到孔内成桩。

施工顺序：CFG桩采用连打法，分区段逐桩逐段施工。横向从线路中线向两侧施工，纵向沿线路方向施工。

3.2工艺参数的确定

施工前应进行室内配比试验，确定选用的技术参数是否满足设计要求。

3.3CFG桩施工

（1）桩位放线

根据各桩位点的座标，由专业测量人员用全站仪定出各桩位点，桩位偏差≤5cm，高程偏差≤±5cm，在每个桩位上钉入木桩，桩位测放完成后报监理现场检验。

（2）桩机就位

移动桩机，调整机身、机架、保持机身底盘水平、桩管垂直、准确套在桩尖上，再次复核桩管垂直度控制垂直偏差≤1%。

（3）混合料搅拌

CFG桩体采用c15混凝土，混凝土坍落度160～200mm，拌和混凝土时，计量要准确，上料顺序为：先装碎石，再加水泥、粉煤灰和泵送剂，最后加砂，每盘拌合时间不应少于120s，混凝土在拌合站拌制完毕后，用混凝土罐车运至施工现场，混凝土坍落度检查应符合工艺性试验确定的参数进行控制，坍落度每台班抽样检验3次。现场按要求留置混凝土试块，每台班做一组试块（3块）。

（4）钻机钻进

针对不同的土层，钻工应采取不同的进尺，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。一般应先慢后快，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏斜，以便及时纠正。在成孔过程中，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。当钻头到达设计桩长预定标高时，在动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制孔深的依据。当动力面达到标记处桩长既满足设计要求，施工时还需考虑施工工作面的标高差异，作相应增减。

钻进过程中，每沉1m或电流表值突变时应记录电流表值一次，核对地基土层沿桩长变化情况，核查地质资料，桩底应设置于设计桩底地层中，

（5）拔管、压灌成桩

长螺旋钻机钻至设计标高，停止钻进，泵车开始送料，混凝土浇筑前必须重新检查成孔深度和垂直度并填写混凝土浇筑申请，合格后方可浇筑，当钻杆中孔充满混合料后，开始提升钻杆、压管混合料。一边泵送，一边拔管，严禁先提管后泵料。设专人指挥协调钻机操作手和混合料泵操作手，保证泵送混凝土和提升钻杆的默契配合，以确保成桩质量。在正常情况下，钻机的提升速度控制在2～3，5m/min，在含水砂层段内，适当放慢提钻速度，以防流沙造成塌孔、断桩现象。

提钻的速度与混合料的泵送速率相协调，保证钻杆内混合料表面高度之中略高于钻杆底出料口。

桩顶与施工作业面平齐，为了精确控制桩顶标高，需要随时测量混凝土顶面高度，采用测锤准确探测到浮渣厚度及混凝土面真实高度，并保证混凝土面高于设计高度500mm，钻管拔出混凝土面前要反插0.2m，保证桩顶混凝土面平整，避免出现空心桩。每根桩的投料量符合设计灌注量，投料量充盈系數>1.1。

桩顶保护：灌注完成后，桩顶采用湿黏土封顶，进行保护。黏土厚度应能满足防冻和养护的要求，一般不小于50cm，最后统一铲除桩头多余长度，整平基底，铺设褥垫层。

CFG桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法

（6）移机

当钻机移位进行下一根桩施工。由于CFG桩的土较多，经常将临近的桩位覆盖，有时可能会因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。因此，下一根桩施工时，应根据灰桩或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。

（7）清桩间土及破桩头

桩间土的清除以人工或小型作业机械为主，采用小型机械清除时，要保证桩周围有20cm的保护层，然后再用人工清除。清理完毕后用混凝土切割机沿设计桩顶环向切一条缝，深度为50cm，然后用楔子把桩头截掉。

（8）复合地基检测

在达到设计强度后，先把桩顶按试验要求打磨平整，再进行复合地基承载力检测和桩身质量、完整性检测。

（9）铺设褥垫层

褥垫层具有保证桩土共同承担荷载，减少基础底面应力集中，调整桩土垂直和水平荷载分担的作用。

褥垫层材料：本段桩顶铺设0.6m厚加筋碎石垫层并加设桩帽，加筋为两层双向80KN/m土工格栅。

褥垫层虚铺170mm，采用平板振动仪振密，振压3遍，振实后的厚度应达到150mm。当桩间土含水量不大时，亦可夯实。但桩间土含水量较大时要注意施工扰动对桩间土的影响，以免产生橡皮土。为保证统一的基底标高、每桩比设计桩长超夯20～30cm长。

4.CFG桩复合地基质量检验及质量控制

4.1质量检验

按《铁路工程地基处理技术规程》（TBl0106-2010、J1078-2010）和《高速铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10751-2010）要求进行各项质量检测。

（1）CFG桩的桩身质量、完整性应满足设计要求，成桩7d内，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，每检验批不少于3根。

（2）CFG桩完工后28d，在每根检测桩桩径1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观察桩体完整度、均匀性，取不同深度的3个试样作无侧限抗压强度试验，钻芯后的孔洞采用水泥砂浆灌注封闭。无侧限抗压强度不小于15Mpa，每个工点任意抽取的检验数量为施工总桩数的2%。且不小于3根，

（3）cFG桩处理后的承载力检验宜在28天后进行，应采用单桩和复合式地基平板载荷试验，单桩承载力检验数量为总桩数的2%。，复合地基承载力检验数量为总桩数的0.5‰，检验总桩数合计为桩总数的2%0且每检验批不少于3根，该段路基基底CFG桩要求单桩承载力应不小于372KN。复合式地基承载力应不小于230Kpa。

4.2CFG桩复合地基质量检验标准

具体标准见下表：

5.质量通病及预防措施

5.1堵管

堵管是长螺旋钻管内泵压CFG桩工艺常遇到的主要问题之一，它直接影响施工效率，增加劳动强度。还会造成材料浪费。特别是故障排除不畅时，使已搅拌的CFG桩混合料失水或者结硬，增加了再次堵管的几率，给施工带来很多困难。产生堵管。主要是由以下几方面因素造成的：

（1）混合料配合比不当：当混合料中的粉煤灰用量较少时，其和易性受到影响，容易产生堵管。因此混合料配合比要注意粉煤灰的掺入量，应控制在70～90Kg/m3。

（2）搅拌质量缺陷：搅拌的混合料坍落度太大，容易在泵压作业下沁水，产生离析，水分先流动，剩下骨料与砂浆分离，产生较大摩擦力而导致堵管。坍落度过小，会使混合料流动性变差，也会导致堵管，因此施工坍落度宜控制在160～200mm，必要时可加入适量泵送剂。

（3）设备缺陷：螺旋钻机的钻头、输送管、弯头都可能导致堵管。管接头不牢固、垫圈破损也会导致水泥砂浆流失，产生堵管。施工中应对施工设备的使用进行细致的观察和调查。

（4）施工不当：当钻至设计深度后，即可泵入混合料，待芯管及输送管都充满混合料后及时提钻，保证对混合料在一定压力下灌注成桩。如果提钻不及时，在泵送压力下，钻头处水泥浆被挤出，钻头阀门处混合料干硬少浆或结成塞体，便会产生堵管。

5.2窜孔

在饱和粉土、粉细砂层中施工时，随着钻杆的钻进，会发生相邻的已施工但尚未硬结桩的桩顶突然大幅度下沉，当新桩泵人混合料时，相邻桩桩顶又开始回升，当泵入足够多的混合料后，其桩顶恢复至原标高，该类现象为窜孔。

大量工程实践证明，当被加固土层中有饱和粉土、粉细土、粉细砂时，钻杆钻进中叶片剪切作用会对土体产生扰动，当扰动能量积累至足以使土壤液化时，就会产生窜孔。为防止窜孔，应注意采取以下措施：

（1）对有窜孔可能被加固地基尽量采取大桩距的方案，以减少对已打桩的剪切扰动。

（2）选用适当高钻头，合理提高钻进速度。

（3）减少在窜孔区域打桩推进排数，尽快离开已打桩，减少对已打桩扰动能量的积累，

（4）必要时，可采用隔桩敲打法。但应注意及时清除排出的弃土，否则会影响施工速度。

发生窜孔后应采取以下措施：提钻灌注混合料至发生窜孔土层时，停止提钻，连续泵送混合料直到窜孔桩混合料浆面上升至原位为止。

5.3桩头空心

在截桩头时，发现个别桩桩顶部存有空间不大的空心，其主要原因是施工过程中，排气阀不能正常工作所致。钻杆成孔钻进时，管内充满空气，钻孔到预定标高开始泵入混合料，如果排气阀被混合料浆液堵塞，不能正常工作，钻孔内气体无法顺利排出，就会导致桩体存气形成孔洞。施工中必须保证排气阀正常工作，应经常检查排气阀是否发生堵塞，发现堵塞及时清洗。

5.4缩颈、断桩

当发生缩颈现象时，回填原土，重新钻孔，然后灌注混合料。当发生断桩时，及时与设计取得联系，确认补桩方案。

5.5质量控制

（1）CFG桩的数量、布置形式及间距符合设计要求。

（2）桩长和直径要加强控制，保证符合设计要求。桩顶标高应按《高速铁路路基工程施工质量验收标准》规定高出设计标高50cm。

（3）CFG桩施工中，每台班均须制作检查试件。进行28d强度检验，成桩28d后应及时进行符合地基承载力试验，其符合地基承载力应满足设计要求。

（4）桩身每方混合料掺加粉煤灰量严格按配合比施工。

（5）整个施工过程中，安排质检人员旁站监督，并做好施工原始记录，记录孔深、單孔混合料灌入量等。

（6）CFG桩施工属隐蔽工程，施工完毕后报监理签认后方可进行下一道工序施工。

6.结束语

结合CFG桩在本项目路基中的应用，分析了CFG桩的加固原理，阐述了CFG桩的施工工艺和方法，提出了CFG桩质量控制措施以及质量通病和预防措施，完善了CFG桩施工工艺。