长螺旋钻机施工CFG桩的应用

刘珍荣 安金龙

1 工程概况

京津第二通道是国家干线(高速)公路网规划的重要组成部分,根据北京高速公路建设的成功经验,对桥头填土工后沉降控制指标为5 cm,依据勘测设计报告,经沉降计算路基填方6m～8m的工后沉降为24.5 cm～41 cm,为避免工后沉降过大,缓解桥头跳车对路面、桥面及伸缩缝的破坏,提高车辆行驶的安全性和舒适性,综合考虑技术、经济、施工进度等因素,对桥头采用 CFG桩复合地基处理。

2 CFG桩复合地基简介

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称,CFG桩复合地基是指通过改变桩长、桩距、褥垫层厚度和桩体配比,使复合地基承载力得到提高。它具有沉降变形小、施工简单、造价低、承载力提高幅度大、适用范围较广、社会和经济效益明显等特点,广泛应用于各类工程的地基处理和加固。一般有三种成桩施工方法:即振动沉管灌注成桩(适用于粉土、粘性土及素填土地基)、长螺旋钻孔灌注成桩(适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土)和长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩(适用于粘性土、粉土、砂土以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地)。

3 施工工艺流程

本标段桥位下的土质组成为:轻亚粘土、中亚粘土、重亚粘土及重亚砂土。根据此土质组成,选用长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩的方法进行施工,施工工艺流程如图 1所示。

1)测量放样。测量桩位前应对施工现场原始地面标高进行抄平测量,并用平地机平整碾压后放出各桩的准确位置,将线路纵坡、横坡考虑在内后,原地面标高控制在±5 cm以内。施工桩顶高程控制在高于设计垫层底标高 30 cm处。根据设计图纸将施工区域进行划分,并将各桩进行编号,定机定人进行管理。

2)桩位放点。桩位放点根据桩位平面布置图及设计图纸施工放样,用钢签在桩位处打孔并填满石灰做出标记。桩位偏差控制在 100mm以内。放点工作完成以后,报请现场监理工程师进行检查验收。

3)钻机就位。施工前测量场地标高,埋设控制桩,确定成孔控制深度,在钻杆上做出控制标志,作记录并通知监理报验。桩位点经检验合格,钻机就位后,使钻杆垂直对准桩位中心,确保CFG桩垂直度容许偏差不大于 1%。现场控制采用钻架上挂垂球的方法测量该孔的垂直度。每一根桩施工前现场工程技术人员进行桩位对中及垂直度检查,满足要求后方可开钻。

4)钻孔、提钻、压灌、成桩。钻机就位稳定后开始钻孔,当钻具钻至设计深度后空转清土以便使孔底虚土被钻出。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。一般应先慢后快,当钻头到达设计桩长预定标高时,于动力头底面停留位置相应的钻机塔身处做醒目标记,作为施工时控制桩长的依据。在正式施工时,当动力头底面到达标记处桩长即满足设计要求。施工时还需要考虑施工工作面的标高差异,作相应增减。钻至设计深度后,用混凝土泵通过管路把坍落度为 18 cm～20 cm的高流动混凝土打入孔底,与此同时提钻,孔底单向活门自动打开,使混凝土流出,并使钻具在混凝土内埋深 0.3m～1.0m左右。提钻速度必须与混凝土的泵入速度相匹配,即混凝土的灌入量使孔内混凝土面抬升高度比钻头的位置始终高出 0.3m～1.0m,以防止出现断桩。

5)移机。当上一根桩施工完毕后,钻机移位,进行下一根桩的施工。施工时由于CFG桩排出的土较多,经常将临近的桩位覆盖,有时还会因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。因此,下一根桩施工时,还应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核,保证桩位准确。

6)清理桩间土。CFG桩体达到一定设计强度后,用胶轮挖掘机将桩间土挖出,清理平整并压实。

7)破除桩头。桩间土清理完毕后,集中进行桩头破除。采用切割机进行桩头破除,能避免桩体遭到破坏。破除的桩头及时运走。

8)褥垫层施工。破除桩头后进行褥垫层施工。褥垫层厚度为50 cm,采用天然二灰稳定砂砾(最大粒径不超过3 cm),按照路基施工标准层层碾压。

4 施工中的注意事项

1)操作手之间的配合。CFG桩成桩过程由现场工程技术人员指挥,桩机操作手和地泵操作手密切配合,按照先泵料后拔管的原则,防止CFG桩因先拔管后泵料而成吊脚桩。

2)严格控制提钻速度。提钻速度过快可能导致桩径偏小或缩径断桩,而提钻速度过慢又会造成水泥浆分布不匀,桩顶浮浆过多,桩身强度不足和形成混合料离析现象,导致桩身强度不足。

3)拔管的连续性。拔管过程中避免反插,若出现反插,由于桩管垂直度的偏差,容易使土与桩体材料混合,导致桩身掺土影响桩身质量。

4)桩顶标高的控制。桩顶标高的控制应根据施工机械采用理论和实际相结合的原则。关键为控制输料量和最后一次泵送量。施工时应做好最后一次泵送量成桩高度的理论计算和实际调整,施工时应根据泵送一次输出量、钻杆内混凝土量及实际孔深及时调整。

5)桩头破除。在破除桩头前应准确测量桩顶标高,并在纵横向挂线标示桩头水平位置。凿除桩头时严禁单边打眼凿桩头,防止桩头成斜面或破损,截取后的桩头面应是水平面。清理桩间土和截取桩头时,应采取相应的预防措施,防止造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

5 成桩时应注意的质量问题及采取的相应措施

5.1 桩位偏差

桩位偏差指桩轴心位置偏离设计桩位并超出规程、规范允许偏差值。造成桩位偏差主要原因如下:1)测量放线时,放线、设点发生偏差。2)施工中桩位点模糊不清,以致螺旋钻机对准桩位点时发生偏差。3)施工遇到障碍物时,发生偏差。4)桩位偏差经常是人为的疏忽,应加强管理引起注意。

采取相应预防措施如下:1)加强管理,技术人员须持证上岗,严格按照规程、规范,设计要求进行测放桩位。设置桩位点必须有明确标志。2)要求施工机械安放稳固水平,钻杆垂直对准桩位,遇到地下障碍物时必须及时清除。3)施工中,由于部分桩位被成孔时涌到地面的土掩埋,可预先用细钢筋插入桩位点,使之不被掩埋,可提高对桩位点的准确度和施工效率。

5.2 堵管

堵管是指钻杆在提升过程中,混凝土阻塞在钻杆或输料管中,不能连续灌注,严重时造成管路爆裂,危及人身安全。主要原因如下:1)螺旋钻排气不畅,施工人员对机械参数不明确或调整不当,螺旋钻提升速度与泵送量不协调。2)混凝土泵送压力偏低:混凝土中粗骨料粒径过大过多。

采取相应预防措施如下:1)每次泵送混凝土前应检查排气孔是否通畅。2)严格控制螺旋钻提升速度,并与泵送量保持良好协调。3)严格控制混凝土的原材料质量及混凝土搅拌时间,保证混凝土有良好的和易性及流动性。

5.3 串孔

打完X号桩后,在施工桩相邻的Y桩时,发现未结硬的X号桩的桩顶突然下落,当 Y号桩泵入混合料时,X号桩的桩顶开始回升,此种现象称为串孔。发生串孔的原因如下:1)被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂。2)钻杆钻进过程中剪切作用对土体产生扰动。3)土体受剪切扰动能量的积累,足以使土体发生液化。

采取相应预防措施如下:1)减少在串孔区域的打桩推进排数,减少对已打桩扰动能量的积累。2)合理提高钻头钻进速度。

6 结语

随着科学技术的不断进步,新材料、新工艺、新技术的不断涌现,对高速公路施工的要求也越来越高,施工企业正面临着严峻的挑战。CFG桩作为高速公路软基处理中的一个新工艺,具有广阔的市场前景,目前 CFG桩复合地基在理论和施工中都还存在不少问题,还有待加强。

[1] 黄 荣,邓跃光.CFG桩复合地基的原理与设计[J].地质灾害与环境保护,2010(4):8-9.

[2] 阎明礼.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社,2010.

[3] 龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[4] 吴彦明.长螺旋钻孔管内泵压CFG桩施工及质量控制[J].山西建筑,2010,36(6):101-102.