《CFG樁施工技術(shù)》word版

1、CFG樁的施工技術(shù)(振動(dòng)沉管工藝)福建省榕圣市政工程股份有限公司陳文瑜CFG樁施工技術(shù)(振動(dòng)沉管)摘要：水泥粉煤灰碎石樁（Cement Fly-ash Gravel，Pile），簡(jiǎn)稱CFG樁。用于處理軟基具有施工工藝簡(jiǎn)單，擠密效果好，全樁發(fā)揮側(cè)阻力，端阻力明顯，對(duì)地基承載力提高幅度大且有很好的調(diào)控性，本文主要介紹采用振動(dòng)沉管樁施工工藝及有關(guān)質(zhì)量控制措施。關(guān)鍵詞：振動(dòng)沉管 CFG樁 地基處理 工程概況 CFG樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和而成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，它與樁間土、褥墊層共同形成復(fù)合地基，對(duì)軟基產(chǎn)生樁體作用、擠密作用與褥墊層作用。CFG樁作為軟基處理技術(shù)，具有施工工藝簡(jiǎn)單、擠密效

2、果好、全樁發(fā)揮側(cè)阻力，端阻力明顯，對(duì)地基承載力提高幅度大且有很好的調(diào)控性等優(yōu)點(diǎn)。本工程西起南塘大道，向東經(jīng)甌海區(qū)、龍灣區(qū)、永中鎮(zhèn)接溫州機(jī)場(chǎng)路口，為溫州市東西向的城市快速路，全長(zhǎng)16.9Km。主車道為雙向八車道，設(shè)計(jì)車速80Km/h，輔道設(shè)計(jì)車速40Km/h。本合同段內(nèi)共有主線橋1座，輔道橋2座，主線起點(diǎn)K0+606,終點(diǎn)至K1+125,全長(zhǎng)519米；輔道：K0+000k1+125，全長(zhǎng)1125。本合同段內(nèi)所處的三垟段，海拔高程一般為35米左右，多為河網(wǎng)區(qū)，地勢(shì)平坦，河道眾多，所在區(qū)域有較多區(qū)段屬于軟土地基。上部軟土層厚度較大，至上而下土質(zhì)為雜填土、淤泥、卵石、粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化巖等，軟基厚度一般

3、在9至15米，工程地質(zhì)條件差。2 施工準(zhǔn)備21施工機(jī)具和配套設(shè)備目前，國(guó)內(nèi)常用的CFG樁施工工藝為：振動(dòng)沉管施工工藝、長(zhǎng)螺旋鉆管泵壓施工工藝以及其它組合施工工藝。振動(dòng)沉管有操作簡(jiǎn)便、施工費(fèi)用較低、對(duì)樁間土的擠密效果顯著等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)為難以穿透厚的硬土層、振動(dòng)及噪聲污染嚴(yán)重、對(duì)臨近建筑物可能產(chǎn)生不良影響、易出現(xiàn)振動(dòng)斷樁等。該標(biāo)段的CFG樁處理地段粘土及淤泥質(zhì)土層較厚，地處遠(yuǎn)離居民區(qū)的曠野地段，加之考慮降低成本等因素，我們選用了振動(dòng)沉管CFG樁施工工藝，振動(dòng)沉管管徑40，管長(zhǎng)17m，樁尖選用外購(gòu)的預(yù)制鋼筋混凝土樁尖。主要施工機(jī)械如表1。表1 主要施工機(jī)械表機(jī)械名稱規(guī)格型號(hào)性能指標(biāo)產(chǎn)地?cái)?shù)量振動(dòng)沉管打

4、樁機(jī)LC6060t浙江4臺(tái)發(fā)電機(jī)東風(fēng)120ZD120kW湖北3臺(tái)混凝土滾簡(jiǎn)攪拌機(jī)JS350350L山東2臺(tái)振動(dòng)沉管打樁機(jī)見(jiàn)圖1。施工場(chǎng)地平整根據(jù)設(shè)計(jì)資料及施工調(diào)查，對(duì)CFG樁施工地段的管線作合理拆遷，并在施工場(chǎng)地處征臨時(shí)用地，作為CFG樁粉煤灰混凝土攪拌場(chǎng)地及砂石料場(chǎng)。施工場(chǎng)地需大致整平，并做好抄平記錄，以確定樁頂標(biāo)高及保護(hù)樁長(zhǎng)。2.3 材料及其檢驗(yàn)根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，確定原材料的種類及品質(zhì)，并將原材料送至試驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)和做水泥粉煤灰混凝土配合比試驗(yàn)。根據(jù)選定的配合比，經(jīng)監(jiān)理工程師同意后材料進(jìn)場(chǎng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選用材料見(jiàn)表2。表2 主要材料表材料名稱規(guī)格型號(hào)產(chǎn)地普通硅酸鹽水泥32.5R浙江

5、紅獅粉煤灰II級(jí)福建華能破碎卵石1040本地砂中砂本地2.4 CFG樁樁位編號(hào)及施打順序根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)樁位,按排列逐根編號(hào),如Z1-1,Z1-2,Z1-3，并在施工時(shí)，按布置圖做好標(biāo)識(shí)，以防因樁位過(guò)多而漏打或超打。在選定CFG樁施工順序時(shí)，主要應(yīng)根據(jù)土性和樁距，充分考慮新打樁對(duì)已打樁的影響。施工順序大體可分為兩種類型，一是連續(xù)施打，如圖2（1）所示，從1號(hào)樁開(kāi)始，依次2號(hào)，3號(hào)連續(xù)打下去；二是間隔跳打?？梢愿舾蚋粜刑?，如圖2（2）所示，先打1、3、5，后打2、4、6。(1) O 0 O O O O 1 2 3 4 5 6(2) O 0 O O O O 0 1 2 3 4 5 6 7 圖2

6、CFG樁施打順序圖連續(xù)施工打可能給樁造成的缺陷是樁被扁或所頸，但很少會(huì)發(fā)生因振動(dòng)使樁完全斷裂的情況。隔樁跳打，一般很少發(fā)生先打樁的樁徑被擠扁或縮頸現(xiàn)象，但土質(zhì)較硬時(shí)，在已打樁中間打新樁時(shí)，已打的樁可能因素因振動(dòng)而發(fā)生斷裂。在軟土CFG樁施工中，可采用隔樁跳打；在飽和的松散粉土中，如果樁距較小則不宜采用隔樁跳打。因?yàn)樗缮⒎弁琳衩苄Ч^好，先打樁施工完后，土體密度越大，樁越難打。在補(bǔ)打新樁時(shí)，一是加大了沉管的難度，二是非常容易造成已打的壯成為斷樁。根據(jù)該標(biāo)段地質(zhì)土性和樁距，選用了隔樁跳打的施工方案。試樁施工根據(jù)公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范，試樁抬架配重應(yīng)保證沉管穿過(guò)設(shè)計(jì)圖所示各種土層并達(dá)到設(shè)

7、計(jì)要求的深度。試樁的目的在于探試地質(zhì)的變化以復(fù)核地質(zhì)資料；檢驗(yàn)機(jī)具設(shè)備、工藝和施工技術(shù)參數(shù)是否適宜。在試樁時(shí)，要做好電流、抬架、樁長(zhǎng)、拔管速度、充盈系數(shù)等情況的記錄，在取得監(jiān)理或有關(guān)部門的認(rèn)可后作為工程樁的施工依據(jù)。待試樁強(qiáng)度達(dá)到28d強(qiáng)度后，進(jìn)行樁身小應(yīng)變檢測(cè)與單樁承載力檢測(cè)，確定該施工工藝是否適合及該樁長(zhǎng)是是否可達(dá)到設(shè)計(jì)承載力。我們?cè)贙0+390段施打5根試樁（編號(hào)為Z3-13、Z5-7、Z7-11、Z9-10、Z11-9），后經(jīng)檢測(cè)，有1根III類樁，1根II類樁，3根I類樁，合格率為80%，超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的70%。Z3-13為III類樁，其離樁頂5M處有嚴(yán)重縮頸，查施工原始記錄發(fā)現(xiàn)在該樁

8、施工時(shí)，拔管后淤泥渦旋造成縮頸。試樁結(jié)果表明，振動(dòng)沉管CFG樁施工工藝適合我標(biāo)段的地質(zhì)情況。在試樁時(shí)一些技術(shù)參數(shù)（電流、拔管速度等）得以驗(yàn)證，CFG樁已可以全面施工。振動(dòng)沉管CFG樁施工施工工藝流程施工準(zhǔn)備場(chǎng)地平整 原地測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)鉆機(jī)就位 檢測(cè)深度檢測(cè)樁的質(zhì)量材料機(jī)械選型選購(gòu)鋪土工隔柵及碎石砂墊層沉管澆筑混合料邊拔管邊澆注混合料樁管對(duì)準(zhǔn)樁位中心成樁沉降與位移觀測(cè)路基填土超載預(yù)壓原位測(cè)試、室內(nèi)土工試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析圖3 振動(dòng)沉管CFG施工工藝流程施工方法1）設(shè)備進(jìn)場(chǎng) 打樁機(jī)、攪拌機(jī)等設(shè)備及材料進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，沉管入土深度確定機(jī)架高度，并進(jìn)行設(shè)備組裝。打樁機(jī)沉管表面應(yīng)有進(jìn)尺標(biāo)記。2）就位

9、在平整的施工場(chǎng)地上，按設(shè)計(jì)圖紙對(duì)樁位進(jìn)行放樣，并在樁位置預(yù)埋鋼筋混凝土樁尖（埋入地表下約30，外露20），樁管底口卡住樁尖凸頭，密貼、無(wú)縫隙。樁機(jī)就位須水平、穩(wěn)固、調(diào)整沉管與地面垂直，確保偏差1%。3）沉管 啟動(dòng)振動(dòng)器，使沉管在振動(dòng)作用下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，停機(jī)。沉管過(guò)程中需注意調(diào)整樁機(jī)的穩(wěn)定，避免傾斜，做好電流變化記錄（每1m記一次），并對(duì)土層變化予以說(shuō)明。正常工作電流為75-80A。4）投斜 振動(dòng)器關(guān)閉后，立即向管內(nèi)投灌粉煤灰混凝土，直到混凝土與進(jìn)料口齊平?；炷羾?yán)格按施工配合比拌和，碎石和石屑含雜質(zhì)5%，攪拌時(shí)間為60-90s，混凝土坍落度一般控制在4-7m，以成樁后浮漿厚度不超過(guò)20cm為宜

10、。5）拔管 啟動(dòng)馬達(dá)，留振10-15s，然后邊振動(dòng)邊拔管，拔管速度一般控制在1.2-1.5m/min左右。如遇淤泥質(zhì)土，拔管速度還應(yīng)放慢，拔管過(guò)程中不允許反插。在振動(dòng)拔管過(guò)程中，因樁充盈擴(kuò)孔，需不斷向沉管中投料，投料速度及數(shù)量以地面以上沉管內(nèi)有料為準(zhǔn)（錘敲檢驗(yàn)）。成樁后樁頂標(biāo)高出設(shè)計(jì)值20-30cm，以保證保護(hù)樁長(zhǎng)。6）移樁 沉管拔出并確認(rèn)成樁設(shè)計(jì)與規(guī)范要求后，對(duì)樁頭用粘土封頂，移機(jī)進(jìn)行一根樁施工。4 施工中易出現(xiàn)的問(wèn)題及處理措施4.1 施工順序及易出現(xiàn)的問(wèn)題1）CFG樁常為橋頭軟基處理的有效方法，在橋頭過(guò)渡施工作CFG樁時(shí)，需綜合考慮橋臺(tái)鉆孔樁與CFG樁的施工工序，一般應(yīng)先施作CFG樁，待淤

11、泥塑流穩(wěn)定后再進(jìn)行橋臺(tái)樁基的施工。2）對(duì)于滿堂布樁，無(wú)論樁距大小均不宜從四周轉(zhuǎn)圈向內(nèi)排進(jìn)施工。因?yàn)檫@樣限制了樁間土向外的側(cè)向變形，容易造成大面積土體隆起，增大斷樁的可能性。施工時(shí)可采用從中心向外推進(jìn)的方案或從一邊向另一邊推進(jìn)的方案。另外，在施工時(shí)要時(shí)刻觀察地表概況，如發(fā)生地表隆起應(yīng)停止施工，尋找原因。4.2 充盈系數(shù)超常及其解決措施一般的CFG樁施工，其充盈系數(shù)為1.1-1.2，但對(duì)于孔隙比極大、流塑性極強(qiáng)的軟基，CFG樁充盈系數(shù)會(huì)出現(xiàn)超?，F(xiàn)象。在三垟大橋0#臺(tái)臺(tái)尾CFG樁施工時(shí)發(fā)現(xiàn)，CFG樁充盈系數(shù)超常至1.8-2.2，如繼續(xù)按此工藝施工，必然造成混凝土嚴(yán)重虧損。對(duì)此，通過(guò)對(duì)地質(zhì)情況的綜合分

12、析，對(duì)施工工藝作如下調(diào)整：（1）在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，對(duì)原配合比中的粉煤灰用量由原來(lái)的150kg/m3減少至100 kg/m3；對(duì)粗骨料做了相應(yīng)的增加，由原來(lái)的1143 kg/m3增加至1210 kg/m3。這樣減小了混凝土的流動(dòng)性，從而增強(qiáng)了混凝土對(duì)淤泥側(cè)壓力的抵抗能力，減小了樁的充盈系數(shù)；（2）對(duì)混凝土的坍落度由原設(shè)計(jì)的5-7cm，減為3-5cm；（3）在沉管后投斜時(shí)，減少每斗混凝土投放量，由原來(lái)0.65 m3/斗減少至0.3 m3/斗，從而減小了每斗混凝土對(duì)淤泥的落差沖擊；（4）適當(dāng)增大振動(dòng)拔管速度，可增大至1.5-1.7m/min，在不斷樁、縮頸的情況下，減小了混凝土自重壓力對(duì)周圍

13、淤泥的影響。通過(guò)以上工藝的調(diào)整，CFG樁充盈系數(shù)降至1.4-1.5之間。4.3 縮頸、斷樁現(xiàn)象及預(yù)防措施1）樁的施工順序與拔管速度是產(chǎn)生縮頸與斷樁的主要因素。在飽和軟土中成樁，樁機(jī)的振動(dòng)力較小，這時(shí)若采用連打作業(yè)，新打樁對(duì)已成樁的作用主要表現(xiàn)為擠壓，使已成樁被擠成不規(guī)則形，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生縮頸和斷樁。在上部有較硬的土層或中間夾有硬土層的土中成樁。當(dāng)采用隔樁跳打工藝時(shí)，若已打樁硬結(jié)強(qiáng)度不太高，在中間打新樁時(shí)，已打樁有時(shí)被振斷裂。2）在成樁時(shí)如果拔管速度太快，會(huì)導(dǎo)致混凝土自重壓力對(duì)周圍淤泥壓力的抵抗力減少而造成縮頸或斷樁；而拔管速度太慢，則會(huì)使得樁的端部樁體水泥含量較少，樁頂浮漿過(guò)多，而且混凝土產(chǎn)生離析，造成樁身強(qiáng)度不均勻。由此可見(jiàn)，根據(jù)施工地質(zhì)情況，選擇合理的施打順序及拔管速度是防止縮頸及斷樁的有效方法。5 CFG樁在福州市內(nèi)的應(yīng)用在開(kāi)工建設(shè)的福州市三環(huán)路東北段A段道路工程中，也存在大量的軟基需要處理，基本采用CFG樁或水泥攪拌樁，結(jié)合雙向土工格柵的處理方案。