cfg桩在沪昆客专路基施工中的应用

'CFG桩地基加固施工技术谢国红中铁十五局集团第一工程有限公司摘要：沪昆客运专线江西段HKJX-1标一分部CFG桩地基加固长约3.5km,约34500根，共计25.9万延米。CFG桩施工质量的好坏，直接关系到高速铁路路基施工质量的成败，本文根据沪昆客专玉山县段路基CFG桩的实际施工情况，详细介绍CFG桩的施工管理技术。关键词：CFG桩复合地基地基加固施工技术一、工程概况沪昆客运专线江西段HKJX-1标一分部位于玉山县境内，从浙赣交界处开始，以合山隧道为界，靠浙江方向属于下镇镇，靠南昌方向为六都乡；起讫里程DK293+590-DK311+038.2,全长17498.5m,其中路基长5068.3m,地基采取CFG桩加固，桩径0.5m，桩长4～20m，间距1.5m，正方形布置；桩顶设圆台形扩大桩帽，直径1m，高0.5m，桩帽现场浇注C25混凝土，桩身浇注C15混凝土。桩顶设0.5m厚褥垫层（20cm碎砾石+5cm中粗砂+土工格栅+5cm中粗砂+20cm碎砾石，土工格栅抗拉强度不小于110KN/m），桩长共计25.9万延米。二、施工机械及劳力配置1、主要施工机械长螺旋钻机（三力CFG-26型）4台，混凝土输送罐车HNJ5292CJB型4台，混凝土输送泵HBT60型2台，混凝土搅拌站双机组JS-90型1座，250KW发电机1台。2、主要施工人员管理人员有13人，施工人员80人，机械作业人员12人，混凝土拌和站30人。三、CFG桩工艺流程1、施工工艺本工区CFG施工均采用长螺旋钻管内泵压混合料灌注成桩施工工艺，流程图如下。 均匀拔管并泵压混合料直至桩顶，拔管速度符合工艺试验标准，投料量不得少于设计灌注量清土桩间土开挖钻机移至下一桩位桩头处理成桩质量检验：桩身完整性、单桩承载力或复合地基承载力满足设计要求原地面处理测量放样钻孔至设计深度，记录钻杆钻入地层的反应，检查地质资料钻机就位钻杆垂直度检查与调整混合料原材料进场检验，符合设计要求泵送混合料，钻杆内充满混合料后开抬拔管混合料室内配合比设计混合料拌和、运输，混合料强度符合设计要求，坍落度符合工艺性试验要求（制作混凝土试件） 2、施工准备2.1施工前核查地质、水文条件，核对设计图纸，选择合适的施工机械和施工方法，编制施工方案，报监理工程师批准。2.2施工场地应达到通水、通电、通料、场地平整的要求；路基清完表土，如遇到水田、池塘等应先进行引排水、按路基相应部位设计要求进行挖除换填处理，必须碾压密实。做好场内外防、排水工作，场地平整完后宜高出桩顶60cm左右。2.3测量放线，在已平整好的场地上标示出各桩点平面位置，并测量各点位高程，用竹签和石灰标识各桩点位置，严格控制测量精度和后续钻机对中精度，确保桩位偏差不大于50mm。2.4选用的碎石、石屑、粉煤灰、水泥等原材料应符合设计要求，并按相关规定进行检验；按设计要求进行配比试验，选定合适的配合比。2.5施工前对作业班组进行培训学习，并且进行成桩工艺试验；复核地质情况，机械设备、施工工艺、施工顺序是否适宜，确定混合料配合比、坍落度、搅拌时间、拔管速度等各项工艺参数；报监理工程师审批后，方可进行大面积施工。试桩数量应符合设计要求且不少于3根。3、钻机定位钻机拼装完闭后，进行调试，确保钻机运转和输送泵管道的畅通情况良好。调整钻机平台，使钻头对准桩位点，采用“钻架上纵横双向挂垂球外加水平尺校核”的方法，在钻架上刻上明显的对照位置线，每根桩施工前都派专人进行桩位对中及垂直度检查，确保垂直度不大于1%，桩位偏差不大于50mm，满足要求后，方能开始钻孔。4、混凝土配制CFG桩身原材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥配合而成，按C15砼配比，水泥应为P042.5级及以上的普通硅酸盐水泥；桩帽为C25混凝土；地表水及地下水有侵蚀性时，桩身、桩帽都应采用P.S.A32.5级及以上矿渣硅酸盐水泥或P.F32.5级及以上粉煤灰硅酸盐水泥。粉煤灰采用Ai2O3和SiO2含量较高、烧失量较低、较细的Ⅱ级粉煤粉，碎石粒径采用20-50mm，石屑粒径控制在2.5-10mm,混合料中石屑率宜控制在0.25-0.33间。5、混凝土搅拌混凝土通过双机组JS-90型搅拌机进行搅拌 ；碎石、石屑、粉煤灰、水泥依次投入搅拌机加水拌和均匀；搅拌时间不小于120秒，确保混合料拌合的均匀性；坍落度根据工艺试验要求控制在160～200mm，确保CFG桩的强度要求和可泵性，有效的防止堵管现象发生。混凝土搅拌工艺：原材料检测→配比确定→计量投料→混和料搅拌→坍落度检测及试块制作。6、钻孔CFG桩施工横向从线路两侧向中心纵向退进式跳桩施工，跳桩施工时确保先施工桩体混凝土强度达到75%以上。钻孔开始时，关闭钻头阀门，使钻头紧贴桩位点地面，启动马达，先慢后快逐渐钻进，同时检查孔位偏差并及时纠正。在钻进过程中，钻杆摇晃难钻进时，应放慢施钻速度，防止钻孔偏位、倾斜及钻杆断裂等。在钻进过程中，每钻进1m或电流表值突然变化时记录电流值一次，并核对地基土层随桩长变化情况。钻杆达到设计桩底标高，并且达到持力层时，在钻杆及机身上作标记（如钻到设计桩底标高，但桩底土质和设计不符时，必须马上邀请监理和设计代表进行核实确认），作为控制桩长的依据;现场必须做好施工记录，如下表所示。7、混凝土灌注钻孔至设计标高及持力层后，停止钻进，确保混凝土能顺利通过刚性管、高强柔性管、弯管和变径管而达到钻杆芯管内，即可开始灌注混凝土。钻杆充满混凝土后开始拔管，严禁先提管后泵送混凝土，拔管过程中，要经常用铁锤敲击钻杆检查管内混凝土高度，确 保管内混凝土高度在2m以上或不低于地面，控制导管始终埋入混凝土内1m左右。保证每根桩的混凝土浇注量不少于对应桩长理论灌注量，施工桩顶高程宜高出设计高程0.5m。严格控制提管速度，确保泵送量与拔管速度相配合，遇到饱和砂土、粉土层时，不得停泵待料，保证桩身连续、均匀、密实，在灌注砼过程中必须保证管内砼和灌注面的高差不小于2米，确保桩的完整性，以防缩颈现象发生。灌注完成后，桩顶盖湿黏土封顶、养生。8、移机上一根桩施工完毕，钻机移位，进行下一根桩的施工。在桩长较长的情况下，由于CFG桩钻出土较多，经常将临近的桩位覆盖，加上钻机移位会破坏原标定的桩点，因此，下一根桩施工时，必须根据线路轴线或周围桩点对下一根桩位进行复核，保证桩位准确。9、桩头切割CFG桩施工完成7天后，即可进行桩头切割工作；桩间土清理采用小型机械设备及人工开挖、运输；清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下的桩身断裂和桩间土扰动。机械清土预留至少20cm由人工清除；清槽后人工切桩，采用自制“桩头切割机”切割桩头，然后进行相应检测。CFG桩头切割机 切割完的CFG桩桩头10、CFG桩检测每台机械每天至少做一组试块（3块），标准养护，测定其28天抗压强度；成桩7天后进行低应变检测桩身完整性，频率为桩数的10%且每一工点不少于3根；成桩28天后进行单桩承载力及复合地基承载力检测，桩长大于15m时检测桩身无侧限抗压强度，抽检频率都为总桩数的0.2%且每一工点不少于3根。11、桩帽施工11.1CFG桩桩顶设圆台形扩大桩帽，帽高50cm、顶面直径100cm、底面直径50cm，桩检合格即可进行桩帽施工。11.2桩帽施工时，加强防雨措施；施工前对桩顶进行凿毛处理，以便连接良好。凿毛后的桩顶用塑料布及时包裹，开挖后的基槽顶覆盖塑料薄膜。11.3为确保桩帽顶部圆顺，制作钢模板或者现场依据设计尺寸开挖地膜。模板定位后人工灌注C25混凝土，用小型振捣棒振捣密实，人工用钢抹子抹平；严格控制好桩帽顶标高，保证好帽顶排水横坡。 地模浇注完的CFG桩帽12、褥垫层施工CFG桩帽施工完，桩间土清至褥垫层底部标高后，用小型蛙式夯机夯实桩间土。按照设计要求，压实标准如下：路提填高≤3m时，顶面压实质量应满足K30≥150MPa/m;路提填高>3m时，顶面压实质量应满足K30≥130MPa/m。基底压实达到设计要求、桩帽混凝土强度达到75%以上即可进行桩顶0.5m厚碎石垫层施工。四、施工要点1、根据工程地质资料，选取有代表性的位置进行试桩，并对地质情况进行核对；应记录电流值、桩长、拔管速度、混凝土坍落度，混凝土灌注量、成孔成桩时间（记录到秒）等，并对地质变化情况予以说明。钻机钻进达到设计标高时要确定桩底是否已达到持力层深度（CFG桩加固深度应穿 透软弱土层到达无压缩的硬层以下1.0或基岩面）。试桩后进行检测，以验证机械设备、施工工艺、施工参数等是否适宜。2、桩顶面应高出设计桩顶标高50cm,浮浆厚度不超过20cm。2、清除桩顶土、桩间土，切割桩头时不得造成桩顶以下桩体断裂和桩间土扰动，桩体断裂必须采取C20混凝土接桩至设计标高，接桩混凝土在断桩桩头位置包裹桩体10cm以上，桩间土超挖部分应在垫层施工时一并回填。3、施工过程中要对施工场地标高和桩顶标高过行及时观测，当桩顶上移量较大且桩数较多时，可采用逐个桩快速静压法，以防断桩。4、施工过程中运送小型机具、设备、材料时，大型机械不得在已施工完成的段落上碾压、通过。桩帽施工完成后及时用土工布覆盖洒水养护，禁止机械通过造成破坏。5、桩头在钻进过程中会有磨损、变形，必须经常检查，确保CFG桩孔径满足设计要求。6、雨季施工时，关注天气情况，及时准备塑料薄膜对已施工完部分覆盖，以免雨水浸泡基础土体；在施工场地两侧做好临时排水沟，由专人负责疏通排水管道。五、施工注意事项为对CFG施工的安全、质量、进度提供保障，除以上材料、设备、工艺有要求外，还需重点注意以下几点。1、路基CFG桩平面布桩严格按设计要求施工，横断面方向一般从线路中心往两侧坡脚布置，至路提坡脚外不少于1根桩（一般为坡脚外2m），均匀沉降地段的布桩一般按等间距布置；当加固范围内存在涵洞等横向构筑物时，应注意过渡段范围内的布桩与横向构筑物的加固措施协调，确保不均匀沉降满足要求，当横向存在不均匀沉降，导致布桩间距不一致时，应根据计算桩间距逐渐过渡。2、严防CFG桩“掉桩”和“缩颈”事件，长螺旋钻机施工CFG桩时，在软弱土层上容易发生“掉桩”，即在施工相连CFG桩时由于提升螺旋杆过快或对周边土体扰动过大会导致刚灌好的桩出现下沉的现象，所以在施工到有软弱土层上的CFG桩时要跳桩施工，并且在施工时要匀速缓慢，避免干扰相连桩的质量。3、CFG桩加固地段土质较差，容易受雨水浸泡，在施工现场要加大排水力度，两侧水沟的深度设置要满足80cm以上，将水引至路基外，确保工作层不受地表水和地下水影响，防止施工时地面下陷及机械下沉扰动破坏原状土。4、CFG桩施工设备对场地平整度要求高，钻机移动幅度较小；施工现场均为软弱 土层，施工时设备的稳定性、桩位的准确性及桩体的垂直度难以保证。需对原地面进行处理，满足机械的正常行走及施工要求。排水条件好，表层土质相对较好时，直接采用推土机、压路机对场地进行平整压实处理。地质条件较差需通过换填达到场地平整要求时，按路基相应部位设计要求进行挖除换填处理。5、确保施工便道的通畅，及时整修便道，确保连续作业，防止断桩、堵管等事故。6、桩头空芯、桩端不饱满、桩顶缩径等一般都是由于操作不当造成的；必须确保排气阀畅通，防止桩口土块混入混凝土；保持钻杆顶端气阀开启自如，防止混凝土中积气造成桩顶混凝土含气泡；桩顶浮浆多因孔内出水或混凝土离析造成，缩径因混凝土灌注量不足造成，必须超灌和顶部反压混凝土来确保桩头质量满足要求。7、单桩承载力低主要与桩底情况有关，桩底承载力不足、没有施工到设计标高是主要原因；必须严格控制桩长，施工到设计标高时桩底一定要在无压缩土层上；灌注桩身混凝土一定要先泵送混凝土后提钻，以保证桩底嵌固良好；在黏土层钻孔时要加快进展速度，以防螺施钻的离心作用在钻孔壁上造成泥皮而降低桩摩阻力。六、结束语沪昆客专HKJX-1标一分部玉山段CFG桩单桩承载力、复合地基承载力检测等全部满足设计要求，Ⅰ类桩达到99%以上；通过CFG桩在沪昆客专部分软基处理的应用，证明CFG桩在软基加固类型中具有加固效果好，施工速度快，后期沉降小等特点，在沉降量控制要求高的基础工程中更具明显优势。参考文献《新建杭州至长沙铁路客运专线施工图路基工程设计详图集》《新建铁路杭州至长沙客运专线首次设计技术交底资料》中铁第四勘察设计院集团有限公司《沪昆铁路客专江西段站前工程作业指导书指导意见》沪昆铁路客运专线江西有限责任公司《高速铁路路基工程施工质量验收标准》J1147-2011《高速铁路路基工程施工技术指南》铁建设[2010]241'