长螺旋管内泵压CFG桩加固复合地基施工及质量控制

长螺旋管内泵压 CFG桩加固复合地基施工及质量控制

刘 伟

（中铁十局集团第三建设有限公司，合肥 230088）

[摘要] CFG桩复合地基加固是一种常用的高速铁路地基处理技术，通过桩、桩间土以及褥垫层的共同作用加固地基，本文以某新建车站场路基CFG桩施工为背景，简单介绍了长螺旋钻机管内泵压混凝土CFG桩施工工艺及其主要控制技术，利用平板荷载试验，通过分析CFG桩在加卸载过程中沉降值和荷载的关系，研究了CFG桩的极限承载力和最大沉降值，同时分析了CFG桩施工过程中常见的质量问题及其处理方法，为同类工程的施工提供有益的参考。

[关键词] CFG桩；复合地基；管内泵压；长螺旋钻机；质量控制。

作者简介：刘伟（1978），男，安徽省亳州市人，本科，党委书记、执行董事，高级工程师。

1 工程背景

依托高速铁路项目设计时速350公里，线路在DK135+275.49~DK136+527.66里程之间为车站站场路基，主要地层为淤泥质黏土、粉质黏土及细砂，稳定性较差，设计采用CFG桩进行加固，桩径0.5m，桩间距1.8m和2.0m，按正方形布置，设计桩长为4～12m。CFG桩身28天龄期轴心抗压强度标准值不低于10MPa，单桩承载力设计值为650KN。桩顶设1×1×0.35m的C35钢筋混凝土桩帽。桩帽顶部设0.6m厚碎石垫层，内铺设两层双向经编土工格栅，其抗拉强度不小于110KN/m。CFG桩桩体原材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥配合而成，强度等级不低于C15。车站CFG桩复合地基结构形式如图1所示：

图1车站CFG桩复合地基结构形式

2 施工工艺

本工程采用长螺旋钻机管内泵压混凝土施工CFG桩，核心设备是长螺旋钻机、混凝土泵，混凝土在专门的拌和站拌和，罐车运输至施工现场，其工艺流程如图2所示。

图2香铺站CFG桩施工工艺流程图

2.1 混凝土配合比设计

考虑到螺旋管内泵压灌注成桩对混凝土的流动性、初凝时间与保水性等要求较高，CFG 桩所选外加剂、水、石屑、碎石、粉煤灰、水泥等原材料必须满足设计要求。理论配合比为水泥：粉煤灰：砂：碎石：外加剂：水=1:0.82:5.15:6.05:0.018:0.89。坍落度、初凝时间、终凝时间分别为 160～200 mm、8 h、14 h。

2.2 施工工艺参数的确定

CFG 桩施工之前必须安排试桩，由此对地质情况与施工设备安排情况进行核对，同时确定桩头超灌量、提管速度、灌注混凝土坍落度、控制电流值等工艺参数。此工程施工之前共组织9根桩工艺试验，由此提出了符合设计要求的工艺参数（见表 1）。

2.3桩位控制

桩位控制到位与否直接关乎到 CFG 桩的施工效果。CFG 桩桩位的具体控制流程为：结合设计加固范围与控制桩测量数据，绘制出CFG桩桩位布置图→对控制桩的水准点与坐标进行现场复核→放出 CFG 桩的桩位高程与定位点→记录测量数据→结合 CFG 桩平面测量数据与高程；计算出单根桩的混凝土灌注量与钻进深度→用钢钎对桩位进行现场打眼→把适量白灰放入孔内，以便对桩位进行快速定位。

表1车站CFG桩施工工艺参数

2.4 高程控制及钻机定位

结合 CFG 桩桩长与原地面标高计算出桩顶标高，把桩顶标高标注到钻机竖向杆臂的明显位置，保护桩长应≥50 cm。若桩顶标高与地表之间距离较大，那么保护桩长需达到 70 cm，由此提高 CFG 桩成桩质量。此外，钻机就位流程为：待钻机运至桩位以后，支垫牢固→钻头对准桩位（允许偏差＜5 cm）→机身底座调平，对钻杆垂直度进行复核（允许偏差≤1%）→检查钻尖位置。

2.5 钻进成孔

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。先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。在成孔过程中，发现钻杆摇晃或难钻时，放慢进尺，防止桩孔偏斜、钻杆移位、钻具损坏等。根据钻机塔身上的进尺标记，成孔到达设计标高时，停止钻进。钻进过程中对各项参数需进行详细记录，一人记录电流，一人于钻杆处控制钻进深度，并每人配口哨一只以确保工序各部位协调配合，钻进过程需匀速钻进，根据钻杆上标示控制钻进深度。设备贯入地层过程中，记录电流表或其他能反映贯入阻力的仪表读数和对应地层标高。每贯入1米及仪表突然变化时记录。CFG桩钻进至持力层以下不小于50cm才能停止钻进，判断钻进至持力层的方法是在桩机驾驶室观测电流的变化。钻机开始钻孔及软弱地层钻孔时，电流表指针在50A~70A安，当钻头遇到持力层时，瞬间的电流将增大到110A以上，同时电压下降。此时，可判定钻头已达到持力层。

2.6 混凝土灌注与拔管

钻进至设计深度后，停钻 1～2 分钟后缓慢提升钻杆 0.2～0.3m，然后开始泵料。当钻杆上端的排气阀们溢浆时，表明压满钻杆，停止泵压。缓慢提升钻杆同时不停的压入混合料，提升速度要慢，控制在2～2.5m/min，直至施工完毕，施工完成后，桩顶盖土封顶进行养护。

2.7桩间土开挖

挖除桩顶土首先测定地面标高，并作出标记，计算出挖深，用挖掘机将土一次性挖至设计桩顶标高上20cm处，剩余20cm人工清底挖除。挖掘时严格控制标高，严禁超挖，并注意桩头保护，挖掘机不得挖动CFG桩头。

2.8 桩身质量检测

CFG桩桩间土开挖完成后，根据设计桩顶标高对桩头进行切桩处理，然后利用低应变试验检测仪检测CFG桩桩身完整性，低应变检测频率为不小于10%，利用平板荷载试验检测单桩承载力，平板荷载试验检测频率为不小于2‰。图3为不同桩长的CFG桩平板荷载试验加卸载过程中沉降值与荷载关系曲线。试验中，每级荷载增量为130KN，历时120min，最大荷载加至1300KN后再分级卸载。由图可以看出：桩长10m时，加载至1300KN，最大沉降值为14.45mm，卸载后，残余沉降值为6.57mm；桩长为8m时，加载至1300KN，最大沉降值为15.36mm，卸载后，残余变形为8.24mm。两种情况下，加载至1300KN时，曲线变化平缓，且最大沉降值小于40cm，说明此时CFG桩单桩承载力未达到极限值，说明成桩质量能满足设计要求。

（a）桩长10m （b）桩长8m

图3 CFG桩加卸载过程中沉降值与荷载关系曲线

3 质量通病及控制措施

3.1 堵管

堵管是长螺旋钻机管内泵压混凝土CFG 桩成桩工艺中经常遇到的问题。堵管发生的原因主要有以下几种：①设备缺陷。管接头不牢固，垫圈破损，导致水泥砂浆流失，会造成堵管。②混合料采用了不合理的配合比。施工中应按规定的配合比严格控制粉煤灰和细骨料用量，一般情况下应控制粉煤灰的用量在 60～80kg/m3范围内。③不当的施工方法。钻杆到规定的要求深度后，通过排气阀排出管内空气，当输送管和钻杆芯管内全部被混合料填满并形成整体后，应及时提出钻杆，以使混合料在规定的压力条件下灌注成桩。④混合料搅拌存在质量缺陷。施工中应严格控制坍落度，保证混合料的坍落度在 16～20cm 范围内，为改善混合料的可泵性，施工中还可在混合料中掺入适量泵送剂。

3.2 串孔

在施工中, 发现在打完A 号桩后, 再施工相邻的B号桩时, 随着钻杆的钻进, 已打完尚未结硬的A 号桩桩顶突然下落, 有的下落2 m 以上, 当B 号桩泵入混合料时能使A 号桩下降的桩顶开始回升, 泵入B 号桩混合料足够时, A号桩顶恢复到桩顶标高(有时恢复不到原桩顶标高), 从而发生窜孔现象。为了预防窜孔对成桩质量的影响, 施工中采取的预控措施为: （1）减少在窜孔区域内打桩的推进排数, 如一次打4排桩改为打2排或者打1排。尽快离开已打的桩, 减少对已打桩扰动能量的积累。（2）采用隔桩隔排的跳打方案, 跳打时及时清理成桩时排出的弃土, 否则一方面会影响桩的施工, 另一方面有窜孔现象不能及时发现。

3.3 桩体上部存在空洞

排气阀门不能正常排气，会使桩体存气，形成空洞，施工时应经常检查排气阀是否堵塞，若发现堵塞，应及时加以清洗。

3.4 桩身夹泥或断桩

在流砂层或流塑状淤泥质黏土层中施工CFG桩时，极易出现桩身夹泥或断桩事故。在此类地质条件下，应严格控制拔管速度，且送料和拔管应连续均匀，始终保证钻头埋深不小于0.5m，并且要适当增加超灌量，直到桩头看到新鲜混凝土再停止泵料。

3.5 混凝土超灌

为了保证成桩质量，在CFG桩施工过程中，往往要保证桩顶一定的超灌量，待桩间土开挖完成以后，再人工凿除超灌桩头。因而如果桩头超灌量控制不好，不仅会浪费混凝土，还会给后续施工带来不便。施工前，要根据设计图纸，组织测量和技术人员勘测施工现场，根据设计要求，结合施工现场的地形地貌特征，同时充分考虑路基结构物、场地排水要求，对施工区域进行分区分段，详细的对高程进行规划，确定桩顶标高，预留50cm超灌量，确定停灰面标高。桩间土开挖完成后，根据桩顶标高，用红油漆标记好桩顶位置，然后在用环切法凿除多余桩头。

4 结论

（1）CFG桩复合地基加固是一种有效的软土地基加固方法，利用长螺旋钻机管内泵送混凝土施工的CFG桩，单桩承载力在1300KN的荷载作用下，仍未达到极限值，最大沉降值和残余沉降值均满足设计和规范要求，成桩质量良好。

（2）施工前应按设计要求由实验室进行配合比实验，施工时按配合比配置混合料。长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工的坍落度宜为 180～200mm；钻孔速度为1.5~2m/min，拔管速度宜为2~2.5m/min。

（3）施工过程中，用加强质量控制，尤其是注意加强控制CFG桩混凝土的质量和拔管速度，防止出现堵管、串孔、断桩、夹泥、孔洞等质量事故。

（4）施工前要进行详细的高程和平面规划，绘制桩位平面布置图和断面图，确定好桩位及桩顶标高，以便对桩头超灌混凝土进行控制。施工完成后及时清除桩间浮土，在根据桩顶标高，凿除超灌桩头。

参考文献

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