CFG桩施工技术.docx
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CFG桩施工技术
××××××深厚层软基施工技术要领
一.××××××软基设计概况:
××××××软土分布广泛,且普遍具有厚度大,指标差等特点。
由于××××××建设标准高,软土地基的工后沉降控制严格,设计原则上对深厚层软土地段一般以桥梁通过,但对车站范围内的深厚层软土地基通过技术经济比较,仍以路堤通过为主。
考虑到深厚层软土高含水量、高孔隙比、高压缩性和低强度的“三高一低”特点。
设计采用了CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)和预应力管桩进行软基加固。
当软土厚度大于20米时采用预应力管桩加固软基,在软土厚度不大于20米时,为进行投资控制而采用了CFG桩进行软基加固处理,如下图。
二.工作垫层:
工作垫层是在待加固的软基上铺设的一层渗水性材料,作为软基加固施工机械的作业平台。
为保证路基边坡最外面的一排桩能够顺利施打,同时为软基施工提供材料运输通道,工作垫层的宽度应在路基坡角外各增设5.0米。
工作垫层的厚度应视软基加固桩型及其施工机械类型而定,CFG桩工作垫层厚度一般采用0.8~1.0米,而预应力管桩的工作垫层厚度则采用1.0~1.2米。
从××××××试验段的施工情况看,CFG桩采用长螺旋钻孔取土、管内泵压混合料桩机施工后的工作垫层沉降约为0.6米,而采用振动沉管桩机施工(桩距:
路肩范围内1.6×1.6m边坡范围内1.8×1.8m)的则造成了工作垫层成三角拱隆起,拱高约0.5米。
而预应力管桩(桩距:
路肩范围内2.5×2.5m边坡范围内3.0×3.0m)工作垫层在施工后则下沉约1.0米。
工作垫层的材料宜采用碎石土,但其粒径不宜太大,以免在沉桩过程中发生挤压偏桩或引起管桩断裂。
预应力管桩的工作垫层最好能上表层上铺设约30cm厚的中粗砂,以便管桩堆放和吊装,同时也缓冲了因施工机械踩桩而导致已打的管桩断裂。
整个工作垫层在施工后完应大致整平并设置标高观测桩,工作垫层的四周还应设置排水沟。
三.试桩:
在软基加固全面展开施工前,应根据地质情况,不同桩型及施工机械拟定两到三个不同的施工方案进行试桩。
CFG桩试桩方案中,振动沉管桩机应包括桩机配重、提管速度、施打顺序、保护桩长、混凝土坍落度等施工参数;长螺旋桩机应包括终孔电流、拔管速度、混凝土泵送压力以及混凝土坍落度等。
预应力管桩在试桩方案中,静压桩机应包括机重、配重、终压标准等工艺参数;锤击桩机则应包括锤重、最后三阵打十击贯入度、最后一米锤击数和总锤击数等施工参数。
试桩方案应在监理报批后在设计指定的里程上施工,并认真做好施工记录,包括地质土层变化情况、混凝土充盈系数、挤土效应的桩顶位移和标高变化等数据。
CFG桩在28天后、预应力管桩在15天后方可对已施打的试桩进行小应变和静试验,以验证不同工艺参数施工的成桩效果。
CFG桩必要时可进行浅层开挖,测量顶部缩径情况和浮浆厚度,在对小应变测量有疑议时可进行取芯以进一步验证。
通过试桩最后应总结出一套适合本地质的合理施工参数和确定终孔条件以指导下一步的全面铺开施工。
四.分区与编号:
为使软基加固施工均衡有序进行,首先应对软基加固区域根据不同桩型、地质、桩长、桥涵构筑物和桩机数量等情况进行分区。
并对每一根桩进行编号,以便施工过程的统一管理。
五.桥涵构筑物结合部软基施工:
为避免桥涵基础施工扰动造成桥涵两侧已施打桩体的倾斜与破坏,在施工顺序上应先安排桥涵基础的施工,待其承台竣工后方可进行桥涵两侧加固桩的施打。
同样为避免地面隆起引起桥涵基础的破坏,桥涵侧的加固桩应从桥涵两向外推进施工。
六、桩顶标高的确定:
桩顶标高即CFG桩扩大桩头或管桩桩帽顶面标高应在一个区段或若干个区段的CFG桩或管桩全部施工完毕后根据现有工作垫层的平均标高、桥涵等构筑物重新分批确定,同一批CFG桩、管桩的桩顶标高应一致,不宜形成横坡或纵坡。
CFG桩施工技术要领
一、振动沉管桩机施工CFG桩:
1.桩尖的预制与埋设
由于桩尖外形特殊,一般采用钢模结合地模进行预制。
桩尖的锥体部分埋入地模,柱体部分外露采用钢模,以便桩尖脱膜时地模免受破坏。
为提高桩尖预制进度,一般要在桩尖混凝土内掺入早强剂。
当桩尖达到设计强度后,方可采取小型挖掘机配合人工按技术放样位置进行埋设。
桩尖应埋入地表下300mm左右,平面位置偏差控制在50mm之内。
2.桩机的配管长度
由于××××××软基纵横起伏变化较大,持力层深度在2.5米范围内相差可达5.0米,所以桩机的机架高度和沉管的有效长度在配置时应比设计桩长高出6.0~8.0米。
3.桩机有效荷载的标定
为确保试桩一次成功,桩底进入持力层长度满足设计要求,在试桩前应对已配重桩机沉管处的抬架支撑力反力进行计算和标定,以确保桩机进入持力层抬架时沉管处的支撑反力不小于单桩设计承载力的2倍。
4.混凝土的材料及配合比
⑴水泥采用强度等级为32.5级的普通硅酸盐水泥,水泥进场时应有出厂合格证并有现场见证抽验报告。
2粉煤灰一般采用细度不大于25%的Ⅱ级或Ⅱ级以上的粉煤灰,粉煤灰进场时同样要求必须有合格证并有现场见证试验报告。
粉煤灰具有一定的抗腐蚀能力。
3碎石粒径采用20~40mm级配,其含泥量不大于3%且符合国家现行标准。
《普通混凝土用碎石或卵石质量标准检验方法》JGJ53的规定。
4石屑一般采用粒径2.5~20mm含泥量不大于5%,细模度符合中砂要求。
当石屑缺少时,可采用中砂或粗砂代替石屑。
5为控制成桩后桩顶浮浆厚度不超过200mm,混凝土的坍落度应控制在30~50mm之内。
混合料应严格计量,强制搅拌,每盘混合料的搅拌时间不得小于1min。
5.保护桩长
保护桩长是指成桩时预先设定加长的一段桩长(一般取50~70mm),扩大桩头施工时将其剔掉,以确保顶部桩体质量。
6.成桩工艺流程图
7.施工过程控制
⑴桩机就位须保持水平、稳固,调整沉管与地面垂直确保垂直偏差不大于1%
⑵待沉管至设计标高并抬架时应开动马达,原地留振不小于10s,(采用中间夹层(即夹层下还有下卧软土层)作为持力层时根据设计要求和现场试验,为避免桩尖穿透持力层可不作留振要求),以确保桩尖进入持力层不小于桩径的1.5倍。
⑶终孔后须尽快用料斗进行空中投料,直到管内混合料面与钢管料口平齐,如上料量不够,须在拔管过程中补充投料,以保证成桩桩顶标高满足设计要求。
⑷拔管时速度一般控制在0.8~1.0m/min,边振动边拔管,在拔管过程中不允许反插。
⑸打桩时应从路基中间向四周推进施工。
⑹由于设计满堂布桩且间距较小,一般采取连打跳排的施打工序。
但施工新桩时与已打邻桩的间隔时间不应小于7d,必要时可在混合料内掺入缓凝早强剂。
⑺当桩管拔出地面,确认桩符合设计要求后,其上部可用粒状材料或粘土进行封顶并做好标记。
8.测量与试验
⑴施工过程中应有计划地进行打新桩时对已打但尚未结硬桩的桩顶位移测量,以估算顶部桩径的缩小量;对已打并结硬桩进行桩顶位移测量,以判断是否断桩。
一般当桩位移超过10mm,需开挖进行查验。
⑵打桩过程中应随时测量地面是否隆起,是否有浮桩,浮桩量大小如何。
⑶试验人员每天都应对混凝土坍落度进行一次抽检。
⑷混合料搅拌均匀后,应随机对每台桩机每一个台班做一组试块,测定其28d抗压强度R28。
9.施工中常见问题及预防措施
序号
常见问题
发生部分
原因分析
预防措施
1
浅层断桩
工作垫层与软土的软硬交接处
1.工作垫层挤土效应
2.地面隆起
3.拔管速度过大
1.采取连打跳排的施打顺序,施打新桩与已打且已结硬与邻桩的间隔时间不应小于7d,必要时可加入早强剂。
2.避免施工扰动和挤压造成的断桩。
3.采取从中间向四周推进的施打顺序。
4.拔管速度控制在0.8~1.0m/min。
2
混凝土离析
常发生在桩顶下2.5m范围某处,偶尔也会出现在桩体的中部
1.混合料搅拌时间不够
2.投料不连续,间隔时间长
1.每盘混合料的搅拌时间应不小于1min
2.在沉管至设计标高后应尽快连续投料直至满足桩顶预定标高。
3
桩体缩径
桩顶下3.5米范围
1.混凝土自身压力不足
2.混凝土下坐引起
3.连续施打造成的挤压缩颈
1.开动马达;边振动边拔管,适当放慢拔管速度。
2.严格控制坍落度在3~5cm之内。
3.采取连打跳排的施工顺序。
4
桩头松散
桩头
投料不足
根据充盈系数进行投料控制,如上料量不够,须在拔管过程中进行空中补充投料。
二、长螺旋钻孔,管内泵压混合料桩机施工CFG桩:
该钻机是利用电动机带动带有螺旋叶片的钻杆转动,使钻头螺旋叶片旋转削土,土块随螺旋叶片上升排出孔口至设计深度后,边拔管边由管内泵压混合料成桩.该桩机施工的优点是噪音小进入持力层反应灵敏,对邻桩挤土效应影响小,缺点是随螺旋叶片排出的土块,淤泥须外弃。
1.钻杆长度
钻杆有效长度应比设计桩长高出6.0~8.0米。
2.混凝土材料及配合比
混凝土材料除碎石粒径宜采用1.0~3.0cm以外,其他如水泥、粉煤灰、石屑要求同振动沉管桩机成桩用的混凝土材料。
为避免泵送堵管,混凝土的坍落度应控制在16~20cm之间,且还应在混合料内掺入缓凝剂。
3.施工中常见问题及预防措施
常见问题
原因分析
预防措施
堵管
1.配合比不合理
2.混合料搅拌有缺陷
3.设备自身存在问题
4.施工操作不当
1.碎石粒径不应超过3cm,混合料的坍落度不宜太大也不宜太小,控制在16~20cm之间,且应有良好的和易性,若混合料可泵性差,可适当掺入泵送剂。
2.做好混凝土搅拌、泵送高压管等设备的检查,维修和及时更换。
3.持证上岗,按章操作。
钻头阀门打不开
1.钻头构造缺陷
2.桩端水头过大
1.改进钻头构造及阀门结构形式。
2.调整桩长令桩端穿过透水性好的砂土层或卵石层进入粘土层来避免这一情况发生。
桩体上部有气
1.排气阀不能正常工作
1.清楚排气阀上的混合料浆液。
桩体下坐
1.桩周压阻力小,混凝土自重大,流动性强
2.窜孔
1.每根桩预先比设计标高超灌1.0米。
2.减少窜孔区的打桩推进排数避免对已打桩扰动能量的积累,必要时采用隔桩隔排跳打方案。
4.成桩工艺流程图
5.施工过程控制
⑴桩机就位必须铺垫平稳,钻杆垂直稳定牢固,钻头对准桩位。
⑵施工前必须检查钻头上的出料活口是否闭合,严禁开口钻进。
⑶钻进过程中未达到设计标高不得反转或提升钻杆,如同特殊情况要反转提升钻杆,应将钻杆提至地表,对钻头活门重新疏通,闭合。
⑷操作人员应严格控制螺纹钻头下降速度和旋转速度,使二者匹配要求钻头螺纹旋转一圈,钻头下降一个螺距。
钻至设计深度,在土体中形成螺纹孔。
⑸钻头钻到设计标高后,桩机反向旋转提升螺纹钻头,提钻过程中同样要求提升速度和旋转速度保持同步和匹配。
与此同时,制备好的混凝土开始由高压泵输送,通过空心钻杆由钻头泵出。
⑹提钻时,钻头到达不塌孔位置或地下水位以上,方可停止泵压混凝土。
⑺混凝土应连续灌注,桩身充盈系数应大于1.2,桩身混凝土超灌高度不宜小于0.5m,以保证凿除浮浆后桩顶混凝土达到设计强度值。
⑻混凝土坍落度应控制在16~20cm之间,不宜太小,也不宜太大。
6.清淤外弃
长螺旋桩机产生大量的淤泥要及时清除外弃,施工前应安排好清运路线,采用小型挖掘机配合人工小心作业,尽量避免施工扰动引起的桩身缺陷。
三、CFG桩成桩工法比选:
序号
比选项目
振动沉管桩机
长螺旋钻孔,管内泵压混合料桩机
1
成桩方法
挤土成桩
排土成桩
2
桩尖
需要桩尖
无需桩尖
3
挤土效应
有一定的挤土效应,常造成邻桩缩径或扁桩和地面隆起
无挤土效应,但产生大量的淤泥需要外运
4
终孔标志
抬架
电流达到目标值
5
施工进度
250米/机/昼夜
400米/机/昼夜
6
充盈系数
1.35
1.45
7
台班单价
较低
较高
8
成桩效果
成桩效果较好
成桩效果较差
综上比选,并综合××××××沿海深厚层软土特点,推荐采用振动沉管桩机施工CFG桩。
四、CFG桩试验检测:
CFG桩在施工完满28天后方可对其进行小应变和静载试验。
小应变检测时间不能提前,因为桩体混凝土在软基不同深度,不同地质条件下的养护环境各不同。
在混凝土龄期以前,不同深度桩体混凝土强度相差可能较大,会给小应变检测造成误判。
小应变的抽检比例为总桩数的10%,静载的试验比例为0.5%。
五、砍桩头:
在确定桩顶标高施工扩大桩头前,应先凿除桩体保护桩长至扩大桩头底部标高。
砍桩头前桩周工作垫层碎石土为避免机械扰动造成断桩宜采用人工进行开挖。
砍桩头可采用风稿自上而下凿除混凝土至指定标高,也可用錾子对称截桩至指定标高。
六、接桩:
当CFG桩在凿除浮浆后或由于浅部断桩(1.5m之内,超过1.5m接桩开桩土体可能回导致相邻CFG桩断桩)造成桩体顶面标高低于扩大桩头底面标高时,应采用强度高出桩身一级的混凝土进行接桩。
接桩部分的桩径应比设计桩径大20cm,与既有桩体的咬结长度不小于20cm,如下图。
七、暂行验收标准:
××××××(福建段)软土试验路堤CFG桩验收标准(暂行)
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
主控项目
1
原材料
满足设计要求
查出厂合格证或抽检
2
桩身强度
满足设计要求(C15)
28d试块无侧限强度
3
单桩承载力
满足设计要求
静载试验
一般项目
1
桩径
-5cm
钢尺测量直径或周长
2
桩身完整性
Ⅲ类桩比例<25%
小应变
3
桩位偏差
<0.4D或20cm
钢尺测量
4
桩垂直度
<1%
经纬仪测量
5
桩长
满足设计要求
钢尺测量管长
备注:
1.由于铁道部尚未制定CFG桩的验收标准,本验收标准参照国标《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002),并结合×××××试验段施工情况暂定执行。
2.单桩承载力的抽验比例为在总数的0.5%,小应变试验抽验比例为总数的10%。
3.CFG桩小于或等于1000根作为一个检验批,不同成桩工艺应单独设检验批。
4.一般项目按检验批的20%抽样检查,一般项目中桩径单项检测的不合格桩数小于被检查桩数的20%时可认定为该项目合格。
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