不同CFG桩施工工艺比选及施工质量控制

黄道生

合诚工程咨询集团股份有限公司，福建 厦门 363000

1 工程概况

A1-1合同段位于漳州市龙文区，项目位于与九龙江西溪和北溪的两岸或附近，区内地形开阔、地势平坦，相对高差较小，原地貌多为苗圃地，路基均匀性差。其中K0+065.5～K0+392段地质结构层自上而下分别为素填土、粉质黏土、流塑状淤泥质砂、残积砂质粘性土（持力层）。K0+820～K0+980段地质结构层自上而下分别为素填土、淤泥质粘土、残积砂质粘性土（持力层）。

2 试桩

试桩目的如下：

（1）核查地勘资料、设计施工顺序及桩间距2m布置是否适合，确定桩长处理深度，是否满足设计承载力要求。

（2）确定CFG桩混凝土配合比、坍落度、拔管速度；确定各层地质的电流情况及最大电流。

（3）确定CFG桩各工序衔接与工序要求，验证机械性能，选择合理的机械设备；确定合理的人员分工。

2.1 试验桩施打范围［1］

根据设计提供些地质钻勘点同时结合进场后地质补勘孔，通过选桩会议选定，分别在A55-24、A56-25、A68-22、A68-23、B118-8、B118-9、B129-17、B129-18进行试桩。

2.2 试验内容

（1）复核设计地质情况。

（2）CFG桩施工顺序、以及机械、人员组合是否合理。

（3）CFG桩混凝土工作性能、成桩质量。

3 试桩确定施工主要控制指标

长螺旋法（振动沉管法）控制指标：

混凝土坍落度180±20mm

钻进速度1.2～1.5m/min

拔管速度1.5～2.5m/min；（拔管速度：2.5～3m/min控制）

钻杆垂直度控制≯1%

设计桩长与电流综合控制

4 振动沉管施工工艺

4.1 平整场地

根据设计地勘提供的资料，现场调查场地内地上、地下管线位置标高走向、地上建筑物、青苗等分布情况。根据设计桩顶标高，对场地进行规划布置、平整、压实，场地布置需考虑施工机械作业顺序与混凝土运输通道以及桩间置换土的运输通道不冲突，场地平整压实需设置排水系统以免排水不通畅积水，同时满足振动沉管打桩机自重和抗倾覆的要求。

4.2 施工放样

根据桩位布置图，用全站仪放出试桩位置，桩心复合无误后，在桩基中心纵、横方向2m位置设置引桩，桩位偏差控制在±10cm。

4.3 钻机就位与桩位控制

钻杆精平控制：钻机就位粗平后，通过全站仪或者悬挂垂线，测设垂线与钻杆上、中、下三个点的相对距离检测钻杆垂直度，同时通过量测引桩与桩心间距进行精平调整，确保CFG桩垂直度容许偏差≯1.0%。

4.4 钻进

缓慢下放钻杆，当钻头与地面接触后暂停下放，再次检查钻头阀门是否关闭、钻头与桩位是否在同一铅垂线上，符合要求后开始振动逐步下沉。一般应先慢后快，在钻进过程中随时管材钻机工作状态和姿态如发现钻杆异常摆动或难以钻进时，应暂停钻进分析原因，重新开钻前需检查钻杆垂直度和桩位。

桩长控制：为方便量测以及夜间施工控制，需在钻杆上用反光材料做明确的长度标识，标识为一般该区域设计深度加长1～2m。

4.5 灌注和拔管

钻孔至设计标高后，通过加料斗往钻杆内进料，开始拔管前需按理论计算以及现场敲击钻杆的方法判定钻杆芯内充满混合料，并且在原地留振10～20s然后边振动边拔管。拔管速度按均匀线速控制，一般控制1.5～2.5m/min左右，一般在距孔口3m处位置以及桩身处于粘稠的淤泥或淤泥质土时应放缓拔管速率，以防止桩身缩径。灌注过程应保证桩管内混合料始终高于拔管高度3m，每提升管1.5～2.0m时，留振10～20s，以确保桩身的完整性和长度。

CFG桩强度未达到强度期间，任何机械不得进入施工区域。CFG桩身都位于地面以下无需专门养护。

4.6 钻机移位

根据钻机的具体情况，一般钻4、5个孔移动一次钻机。为防止地下软弱层发生窜孔以及振动过程中对已灌注孔的影响，现场采用隔一打一跳孔作业，跳打间隔时间待相邻位置混合料强度满足强度要求后在进行。

4.7 截桩头和开挖桩间土

CFG达到设计强度，同时完成单桩、复合地基承载力以及桩身完整性检测合格后，方可采用轮式小挖机配合人工开挖桩间土。开挖前应人工清出桩头位置，防止开挖过程中机械碰撞触CFG桩。桩头凿除后统一运至弃土场存放。

4.8 桩的检测

（1）低应变检测桩身完整性

（2）28d混合料强度

（3）单桩承载力、复合承载力检测

5 长螺旋施工工艺

CFG长螺旋法施工流程图

5.1 施工准备

（1）平整场地：现场调查场地内地上、地下管线位置标高走向、地上建筑物、青苗等分布情况。根据设计桩顶标高对场地进行规划布置、平整、压实，场地布置需考虑施工机械作业顺序与混凝土运输通道不冲突，场地平整压实需设置排水系统以免排水不通畅积水。

（2）测量放样：使用全站仪对选定的试桩桩位进行放样，并在桩心位置打木桩并洒白灰或者系红色袋子进行明显标记。

（3）机械组装、检查：钻机进入现场后需检查机械电流表标定情况、作业人员持证上岗情况，同时要检查钻杆长度，钻杆长度必须满足设计桩长+预估桩长变化需求，组装完成需进行验收，合格后方可进行作业；

5.2 钻机就位、调整

钻机就位粗平后，通过全站仪或者悬挂垂线，测设垂线与钻杆上、中、下三个点的相对距离检测钻杆垂直度，同时通过量测引桩与桩心间距进行精平调整，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1.0%。

5.3 钻进成孔

缓慢下放钻杆，当钻头与地面零接触后暂停下放，再次检查钻头阀门是否关闭、钻头与桩位是否在同一铅垂线上，符合要求后匀速钻进，钻进速度按1.2～1.5m/min进行控制，避免形成螺旋孔。在钻孔施工中应随时观察钻机、钻杆的姿态，确保桩体的垂直度和桩位偏差符合设计规范要求。

每钻进1m观察电流表变化，当钻头达到设计桩长预定标高时，核查地质情况以及电流表电流情况，当符合设计地质要求时，作为施工时控制孔深的依据；如不符合，需经参建五方责任主体现场确定继续钻进，直至符合设计地质情况并记录实际桩长。即施工桩长应根据设计要求、地质情况和钻进电流变化综合控制，确保桩体穿透软土层并进入持力层≮1m。

5.4 灌注和拔管

到达设计桩长后开始泵送混合料，通过理论计算以及现场敲击钻杆的方法确认钻杆芯内充满混合料。然后开始边拔管边灌注混合料并保持连续作业。灌注过程中提管速率控制为1.5～2.5m/min，距孔口3m处以及穿过淤泥层时提管速率控制为0.8～1m/min，且需始终保证钻头矛尖始终埋在混合料面。拔管过程中，应严禁先提管后泵送同时避免反插，以保证桩身的完整性，当拔管拔出地面确认成桩符合设计要求后用湿粘土封顶，然后移机继续下一根桩的施工。

5.5 桩头清理

CFG强度、承载力检测合格后，采用小型机械配合人工开挖桩间土，开挖过程中不得碰撞CFG桩桩头和桩身。桩头凿除采用环切法，桩头运至弃土场统一存放。

5.6 桩基检测

（1）单桩、复合承载力检测

CFG桩桩身单桩、复合承载力检测，根据检测结果判断单桩、复合承载值是否满足设计。

（2）CFG桩混合料强度

28d试件抗压强度检测。

（3）低应变动力试验

6 施工工艺适用条件以及工艺特点［2］

6.1 振动沉管工艺：

适用地质条件：振动沉管属于非排土成桩工艺，适用于人工填土、粉土、粘性土、松散砂土、淤泥质土。

优点：

（1）可减少或消除流塑状淤泥质土液化现象，增加桩基侧摩阻力，进而提高复合地基承载力。

（2）不需要处理桩间置换土，较为经济环保。

缺点：

（1）质量不易控制，施工过程中拔管速度过快或者管内混合料高度不足，极易出现绝颈断桩、夹泥等现象。

（2）振动噪音、冲击波污染严重，对附近的建筑可能会带来不良影响。

（3）桩基处理长度受到限制，随着桩基处理深度增加，钻杆与周边土之间间摩阻力越大，难以穿透硬的沙土层。

6.2 长螺旋CFG桩施工工艺

适用的地质条件：适用于改扩建工程或者对建筑物沉降要求严格的区域的粘性土、粉土、素填土等地基。

优点：

（1）对桩间土的扰动不大，施工过程中相比较振动成桩噪音低，成桩质量好。

（2）桩基处理深度长。采用螺旋钻头穿透能力强，可以穿透硬土砂层。

（3）通过桩基置换土可以实时验证地质情况。

缺点：

（1）对混合料以及原材料要求高，尤其是混合料的可泵性和和易性以及碎石的粒径。

（2）流塑状淤泥质沙以及地下水位高情况，成桩质量不易保证。

（3）产生大量弃土，需清运占用场地大，现场安全文明施工不易保证。

7 结语

通过长螺旋法钻和振动沉管法试桩对比，采用振动沉管主要体现在桩间土挤密效果好，提高复合承载力，工程造价成本较经济，但噪声和振动冲击波对周边环境产生影响；长螺旋施工，主要是成孔穿透力强，施工效率高，成桩质量好，对桩间土的强度破坏不大，对周边建筑物影响较低，但环境处理成本高，相对工程造价成本较高。