CFG樁長螺旋鉆孔芯管泵送混合料成樁施工工法

1、CFG樁長螺旋鉆孔芯管泵送混合料成樁施工工法趙懷遠(yuǎn) 田卓倫 龔婦容宋小慧一、前言京滬高速鐵路DIK427+626.93DIK427+962段路基設(shè)計采用CFG樁網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)加固地基,由CFG樁、樁間土和頂部褥墊層構(gòu)成。樁網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)是在地基處理過程中，下部土體得到豎向增強體“樁（CFG）”的加強形成復(fù)合地基加固區(qū)，在樁頂?shù)玫剿较蛟鰪婓w“網(wǎng)（土工格柵）”的加強形成復(fù)合地基加固區(qū)，使網(wǎng)-樁-土三者協(xié)同作用，整體共同承擔(dān)上部荷載。具有沉降變形小而且完成快、工后沉降較易控制、穩(wěn)定性高、施工方便等優(yōu)點。CFG樁是采用適量的水泥、粉煤灰和砂石料加水拌和制成的一種粘結(jié)度較高的樁體，故稱之為水泥粉煤灰碎石樁，簡

2、稱CFG樁。該段路基基底采用CFG樁加固，樁徑0.4m，間距1.51.6m，正方形布置，樁長3.516.7m，樁尖深入角礫土0.5m或至灰?guī)r面，共計2292根，總長度27041m，單樁承載力600kN。樁體砼強度等級為C20，樁頂設(shè)0.6m三七灰土墊層，中間夾鋪兩層高密度聚乙烯單向拉伸土工格柵，以形成復(fù)合地基。CFG樁的施工可采用長螺旋鉆孔芯管泵送混合料灌注和振動沉管灌注成樁兩種施工方法。結(jié)合長螺旋鉆機具有成孔效率高、質(zhì)量好、無振動、無沖擊、無噪聲、無污染及機械化程度高等優(yōu)點，我作業(yè)處采用長螺旋鉆孔芯管泵送混合料成樁的施工方法；并在不斷總結(jié)經(jīng)驗，完善施工工藝的過程中形成本工法。二、工法特點施工

3、工藝完善、簡便，可操作性強。施工質(zhì)量能夠得到很好控制，滿足設(shè)計及驗收標(biāo)準(zhǔn)的要求。進(jìn)度穩(wěn)定，控制措施完善，工期保障性強。三、適用范圍本工法適用于粘性土、粉土以及對噪聲或泥漿污染要求嚴(yán)格的場地。四、施工工藝（一）材料要求CFG樁樁體材料為普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、碎石、石屑，按C20混凝土配比設(shè)計，混合料28天強度不小于20MPa。1、水泥：PO32.5級普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，根據(jù)地下水對混凝土侵蝕類型、侵蝕程度，依據(jù)鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范（TB102102001）及鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定（鐵建設(shè)（2005）157號）有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。2、碎石：粒徑825mm。3、砂：含泥量小

4、于5%的中粗砂。4、粉煤灰：等級要求不低于級。5、泵送劑：泵送劑用于改善拌和站泵送性能，應(yīng)控制摻入量，拌合料泵送性能滿足施工要求時可以不摻泵送劑。（二）施工設(shè)備及機具要求選用長螺旋鉆機的原則：設(shè)備型號應(yīng)符合設(shè)計樁徑、設(shè)計加固深度的要求。（三）施工工藝流程1、施工工藝流程見圖1。鉆孔至設(shè)計標(biāo)高混合料注滿芯管后按規(guī)定速度邊泵送邊提拔鉆桿至地表移位施工下一根樁按上述工序施工完全部CFG樁后打樁結(jié)束清除樁間土、鑿樁頭清除棄土泵送CFG樁混合料鉆機就位拌和CFG樁混合料CFG樁基檢測驗樁、驗基槽樁頂擴大頭三七灰土墊層施工及驗收CFG樁復(fù)合地基驗收圖1 長螺旋鉆機施工CFG樁施工工藝流程圖2、施工工藝（1

5、）核查地質(zhì)資料原地面處理前，采用靜力觸探法沿線路縱向每100m檢驗2點，（監(jiān)理單位100%見證檢驗，勘察設(shè)計單位現(xiàn)場確認(rèn)）；對地基地質(zhì)資料進(jìn)行核查，結(jié)合設(shè)計參數(shù)，選擇合適的施工機械和施工方法。（2）CFG的工藝性試驗根據(jù)客運專線鐵路路基施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)和客運專線鐵路路基工程施工技術(shù)指南要求，在施工前做了4根CFG試驗樁，以復(fù)核地質(zhì)資料以及設(shè)備、工藝、施打順序的可行性，確定混合料配合比、坍落度、攪拌時間、拔管速度等各項工藝參數(shù)，并用低應(yīng)變檢測技術(shù)檢測了樁身的完整性及用平板載荷試驗檢測了樁的單樁承載力，確認(rèn)了CFG樁的設(shè)計參數(shù)如下：鉆進(jìn)電流：5070MA停鉆電流：80120MA鉆進(jìn)速度：11.

6、2m/min混合料配合比：水泥：砂：石:粉煤灰:外加劑=320:738:1106:48:1.9(kg/m3)坍落度：160200mm攪拌時間：不少于1min提鉆速度：1.51.7m/min泵送壓力：5.57.5MPa（3）場地平整機械平整至CFG樁頂標(biāo)高以上50cm，作為工作墊層，表面做成2%排水橫坡，用壓路機碾壓密實，四周人工開挖排水溝。（4）測量放樣根據(jù)CFG樁位平面布置圖，用全站儀測量放出線路的中心線，再采用經(jīng)緯儀及鋼尺放出每個樁的樁位，在樁位中心打入鋼釬，用白灰標(biāo)明，并作編號記錄。（5）鉆機就位應(yīng)使鉆桿垂直對準(zhǔn)樁位中心，確保CFG樁垂直度容許偏差不大于1%?，F(xiàn)場控制采用在鉆架上掛垂球的

7、方法測量該孔的垂直度，也可采用鉆機自帶垂直度調(diào)整器控制鉆桿垂直度。每根樁施工前現(xiàn)場工程技術(shù)人員進(jìn)行樁位對中及垂直度檢查。滿足要求后，方可開鉆。（6）成孔鉆孔開始時，關(guān)閉鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面時，啟動馬達(dá)鉆進(jìn)，一般先慢后快，鉆進(jìn)速率為11.2m/min，避免形成螺旋孔，成孔至設(shè)計深度，確保樁端抵達(dá)基巖面并滿足設(shè)計要求，施工樁頂標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計樁頂標(biāo)高不少于0.5m。在成孔過程中，如發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時，應(yīng)放慢進(jìn)尺，否則容易導(dǎo)致樁孔偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞。判斷鉆頭是否到了持力層一般有兩種方法：在樁機駕駛室觀測電流的變化。鉆機開始鉆孔及軟弱地層鉆孔時，電流表指針在5070MA，

8、當(dāng)鉆頭遇到持力層時，瞬間的電流將增大到120MA以上，同時電壓下降。此時，應(yīng)判定鉆頭已達(dá)到持力層。在鉆機旁直觀觀察。當(dāng)鉆頭到達(dá)持力層時，鉆桿上部的動力頭發(fā)生顫動和輕微的擺動，鉆機的動力明顯減弱，此時，應(yīng)判定鉆頭已達(dá)到持力層。（7）混合料的拌合及運輸混合料攪拌采用750拌和站集中拌和，按照配合比進(jìn)行配料，每盤料攪拌時間按照普通混凝土的攪拌時間進(jìn)行控制。一般控制在100120s，具體攪拌時間根據(jù)實驗確定，電腦控制和記錄?；旌狭铣鰪S時塌落度可控制在180200mm。混凝土攪拌運輸車集中運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。（8）混合料灌注鉆孔至設(shè)計標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)，由現(xiàn)場指揮員通知鉆機停鉆，當(dāng)鉆桿芯管充滿混合料時開始提拔

9、鉆桿，混合料泵送量應(yīng)與提鉆速度相配合，泵送壓力維持5.57.5MPa時提鉆速率為1.51.7m/min，并保持連續(xù)灌注。施工樁頂高程宜高出設(shè)計高程3050cm，每根樁的投料量應(yīng)不小于設(shè)計灌注量。灌注成樁完成后，樁頂蓋土封頂進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。（9）整機移位一根樁灌注達(dá)到控制標(biāo)高后進(jìn)行下一根樁的施工時，采用“跳樁”法，即隔排隔列施工?？杀ＷC新打樁不擾動舊樁，造成舊樁斷樁或樁體上升；同時又有利于及時清理場地內(nèi)堆積的樁內(nèi)土，重新測量并準(zhǔn)確恢復(fù)樁位，從而保證樁位的5cm允許偏差。（10）清除樁間土、樁頭處理CFG樁施工完畢，待樁體達(dá)到一定強度（一般37d）后，可進(jìn)行開挖。清土和截樁時，不得造成樁頂設(shè)計標(biāo)高以下樁

10、身斷裂和擾動樁間土。對基槽開挖：如果基槽較淺，可采用人工開挖；基槽較深采用人工開挖效率太低時，可采用機械和人工聯(lián)合開挖，但必須遵循如下原則：a、不可對設(shè)計樁頂標(biāo)高以下的樁體產(chǎn)生損害；b、應(yīng)盡量避免擾動樁間土。c、對于這兩點，關(guān)鍵在于要留置足夠的人工開挖厚度。 采用機械、人工配合開挖，人工開挖厚度留置多少，與樁體強度和土質(zhì)條件等有關(guān)，施工時在現(xiàn)場通過試驗確定。但人工開挖留置厚度一般不宜小于20cm。d、基槽開挖至設(shè)計標(biāo)高后，多余的樁頭需要剔除，剔除樁頭時宜采取如下措施：找出樁頂標(biāo)高位置；用鋼釬或截樁機等工具沿樁周向樁心逐次剔除或截斷多余的樁頭直到設(shè)計樁頂標(biāo)高，并把樁頂修平；嚴(yán)禁用重錘或重物橫向擊

11、打樁體；樁頭設(shè)計標(biāo)高處，樁頭表面不可出現(xiàn)斜平面。如果在基槽開挖和剔除樁頭時造成樁體斷至樁頂設(shè)計標(biāo)高以下，必須采取補救措施，可采取C20混凝土接樁至設(shè)計標(biāo)高。注意在接樁頭過程中保護(hù)好樁間土不被擾動。（11）樁頂擴大頭施工CFG施工完畢在其混合料初凝后，進(jìn)行打樁土清運，清運時不可對擴大頭以下的樁身造成損害，不可擾動樁間土。清完樁土后根據(jù)設(shè)計標(biāo)高來開挖并鑿除多余的樁頭，在樁頂安裝直徑100cm、高50cm的模板，灌注C30混凝土樁頂擴大頭。注意樁身深入擴大頭的尺寸不得小于10cm。（12）三七灰土褥墊層施工CFG樁整體施工完畢，達(dá)到設(shè)計強度后即可進(jìn)行0.6m厚的三七灰土墊層施工，中間夾鋪兩層高密度聚

12、乙烯單向抗拉土工格柵（TGB160HDPE），第一層土工格柵為橫向鋪設(shè)，第二層為縱向。0.6m厚三七灰土墊層的壓實標(biāo)準(zhǔn)按基床底層壓實標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，。五、機具設(shè)備（見表1）表1 主要施工機械設(shè)備表序號設(shè)備名稱型號規(guī)格單位數(shù)量產(chǎn) 地單機功率(kW)1螺旋鉆機KLB600臺套2河北902混凝土輸送泵QZ-60型臺2上海903混凝土攪拌車6m3輛2上海4電焊機交流28kVA臺2天津285全站儀TCR1201R300臺1瑞士徠卡6水準(zhǔn)儀NAL132臺套1蘇州六、勞動組織（見表2）表2 施工人員計劃表（兩班兩機）序號工種或崗位數(shù)量說 明1鉆 工12鉆孔2混凝土工12混合料澆筑3修 理 工2機修加工4水 電

13、 工4供水、供電、污水排放5司 機8混凝土運輸?shù)?技術(shù)人員6現(xiàn)場值班、統(tǒng)計、測量、試驗、質(zhì)檢、安全管理7管理人員4項目經(jīng)理等后勤人員及管理人員合 計48七、技術(shù)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（一）技術(shù)要求1、成樁過程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，盡量避免因待料而中斷成樁。2、攪拌好的混合料通過溜槽注入到泵車儲料斗時，需經(jīng)一定尺寸的過濾柵，避免大粒徑或片狀石料進(jìn)入儲料斗，造成堵管現(xiàn)象。3、為防止堵管，應(yīng)及時清理混合料輸送管。應(yīng)及時檢查輸送管的接頭是否牢靠，密封圈是否破壞，鉆頭閥門及排氣閥門是否堵塞。4、管內(nèi)泵壓混合料成樁施工的坍落度宜為160200mm。（二）質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1、過程檢驗施工過程質(zhì)量檢驗主要應(yīng)檢查施工記錄、混合料坍落度、

14、樁數(shù)、樁位偏差、樁頂標(biāo)高、褥墊層厚度及其質(zhì)量和樁體試塊抗壓強度。CFG樁施工的允許偏差、檢驗數(shù)量及檢驗方法見表3。表3 CFG樁施工的允許偏差、檢驗數(shù)量及檢驗方法序號檢驗項目允許偏差檢驗數(shù)量檢驗方法1樁位（縱橫向）50mm按成樁總數(shù)的10%檢驗，且每檢驗批不少于5根經(jīng)緯儀或鋼尺丈量2樁體垂直度1%經(jīng)緯儀或吊線測鉆桿傾斜度3樁體有效直徑不小于設(shè)計值開挖50100cm深后，鋼尺丈量2、施工后質(zhì)量檢測成樁28d后進(jìn)行樁身強度、完整性以及單樁或復(fù)合地基承載力檢測。（1）樁身強度檢測成樁過程中，抽樣做混合料試塊，每臺機械一個臺班做一組（3塊）150mm150mm150mm的試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測定28d無側(cè)

15、限抗壓強度不小于20MPa。（2）CFG樁身完整性檢測樁身完整性：抽取不少于總樁數(shù)10的樁進(jìn)行低應(yīng)變動力檢測樁身的完整性。（3）單樁承載力檢驗單樁承載力的檢驗不少于總樁數(shù)的2，且每檢驗批不少于3根；單樁承載力（平板荷載試驗）不小于600kN，且樁身壓縮量小于10mm。 （4）復(fù)合地基承載力檢驗檢驗不少于總樁數(shù)的2，且每檢驗批不少于3根樁，單樁復(fù)合地基承載力（平板荷載試驗）不小于600kN。（三）施工質(zhì)量控制要點1、水泥、粉煤灰、碎石及砂等原材料應(yīng)符合客運專線鐵路路基施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計要求。2、施工中應(yīng)檢查樁身混合料的配合比、坍落度和提拔鉆桿速度、成孔深度、混合料灌入量等。3、鉆進(jìn)應(yīng)先慢

16、后快。在成孔過程中，如發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時，應(yīng)放慢進(jìn)尺。4、CFG樁成孔至設(shè)計標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)，開始泵送混合料，當(dāng)鉆桿芯內(nèi)充滿混合料后開始拔管，嚴(yán)禁先提管后泵料。5、施工中應(yīng)保證排氣閥正常工作，防止排氣閥被水泥漿堵塞。6、樁機移至下一樁位施工時，應(yīng)根據(jù)軸線或周圍樁的位置對需要施工的樁位進(jìn)行復(fù)核，保證樁位準(zhǔn)確。7、系統(tǒng)施工結(jié)束后，應(yīng)對樁頂標(biāo)高、樁位、樁體質(zhì)量、地基承載力以及墊層的質(zhì)量做檢查。八、施工安全及環(huán)保控制措施1、機械設(shè)備操作人員必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，熟悉機械操作性能，經(jīng)專業(yè)管理部門考核取得操作證后上機操作。2、機械設(shè)備操作人員和指揮人員嚴(yán)格遵守安全操作技術(shù)規(guī)程，工作時集中精力，謹(jǐn)慎工作，不擅

17、離職守，嚴(yán)禁酒后駕駛。3、機械設(shè)備發(fā)生故障后及時檢修，決不帶故障運行，不違規(guī)操作，杜絕機械和車輛事故。4、施工現(xiàn)場的一切電源、電路的安裝和拆除必須由持證電工操作；電器必須嚴(yán)格接地、接零和使用漏電保護(hù)器。各孔用電必須分閘，嚴(yán)禁一閘多用。孔上電纜必須架空2.0m以上，嚴(yán)禁拖地和埋壓土中，電纜、電線必須有防磨損、防潮、防斷等保護(hù)措施。照明應(yīng)采用安全礦燈或12V以下的安全燈。并遵守施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范JGJ46的規(guī)定。5、易于引起粉塵的細(xì)料或松散料運輸時用帆布、蓋套等遮蓋物覆蓋。6、施工廢水、生活污水不直接排入農(nóng)田、耕地、灌溉渠和水庫，不排入飲用水源。7、駛出施工現(xiàn)場的車輛應(yīng)進(jìn)行清理，避免攜帶泥土。九、綜合效益京滬高鐵路基CFG樁采用的是長螺旋鉆孔芯管泵送混合料成樁，施工質(zhì)量安全可靠，此工法具有沉降變形小而且完成快、完工后沉降較易控制、穩(wěn)定性高、施工方便等優(yōu)點。同時長螺旋鉆機具有成孔效率高、質(zhì)量好、無振動、無沖擊、無噪聲、無污染及機械化程度高等優(yōu)點，給京滬高速鐵DIK427+626.93DIK427+962段路基段施工降低了施工成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。十、工程實例（一）京滬高速鐵路D1K427+626.93D1K427+962段路基，全長335.07m，采用樁