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1、,CFG桩施工作业指导书,中铁二十局石武客运专线项目部2008年11月,CFG桩简介,CFG(Cement Flyash Grave)桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是近年来发展起来的一种新型桩。长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩混合材料施工方法，具有施工噪音低，成桩速度快，工程造价较低等特点。1、CFG桩复合地基的发展近年来，随着地基处理技术的普及、提高和发展。各类复合地基在土木工程中得到了愈来愈多的应用，复合地基种类越来越多，施工工艺越来越完善，新技术、方法不断涌现。1990年中国建筑学会地基基础专业委员会在黄熙龄院士的主持下在承德召开了我国第一次以复合地基为专题的学术讨论会，会上交流、总结了复合
2、地基在我国的应用情况，有力地促进了复合地基理论和实践的进一步发展。,CFG桩简介,2、CFG桩复合地基的发展1996年中国土木工程学会土力学及基础工程学会在浙江大学召开了复合地基与实践学术讨论会，促进了复合地基理论和实践水平的进一步提高。目前我国工程实践中应用的复合地基形式主要有：碎石桩复合地基、砂桩复合地基、石灰桩复合地基、水泥土桩复合地基、低强度桩复合地基、土桩灰土桩复合地基、钢筋混凝土复合地基、加筋土地基等。目前复合地基技术及其综合应用在房屋建筑、铁路、公路、机场、堤坝等土木工程建设中得到了广泛应用。CFG桩复合地基试验研究是建设部七五计划课题，于1988年立题进行试验研究，其成果于19
3、92年由建设部组织鉴定，1994年被建设部、国家科委列为国家级全国重点推广项目。1997年被列为国家级工法，现已列入国家行业标准建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)。为进一步推广这顶新技术，国家投资对施工设备和施工工艺进行了专门研究，并列入“九五”国家重点攻关项目，1999年12月通过了国家验收。,CFG桩简介,3、CFG桩的在铁路上的应用情况,CFG桩简介,4、京沪高速铁路DK190+124DK190+356.2试验段方案,CFG桩施工工艺,1、设备的选型目前CFG桩施工方法主要为振动沉管法施工和长螺旋钻管内泵压混合料灌注法施工两种振动沉管施工的管桩因为对周围土层有挤密效果，其复合地
4、基承载力要比长螺旋钻成型的桩要大。但是由于施工过程中强大的振动力，对周围桩的振动破坏和挤压破坏是不可避免的，再者，土层强度较高时，就很难进行施工。京沪高速铁路凤阳试验段曾经做了振冲沉管成型的试验，因为地层强度高，而重新选择了长螺旋钻管内泵压施工。,CFG桩的施工工艺,长螺旋钻管内泵压砼施工方法的施工机械也有两种类型的机械：步履式和履带式，如下图：,履带式长螺旋钻机,步履式长螺旋钻机,CFG桩施工工艺,下面就李窑试验段CFG桩的施工做一下施工工艺简介：1、工程概况 京沪高速铁路路基工程李窑试验段，位于河北省沧州市青县清州镇境内，试验段施工里程为DK190+124DK190+354，全长0.23公
5、里。试验工程按照布桩形式分为4个试验区和2个过渡段，总共2590根桩67639延米，分别试验帽网结构、筏板结构、24m桩长、31m桩长、0.4m径、0.5m径、桩间距1.6m、1.7m、1.8m多种结构形式下的CFG桩复合地基承载效果和桩应力及沉降观测项目。本段路基填高7.2m，路基基底均采用CFG桩加固，桩身强度C20，路基基床表层0.4m厚级配碎石，基床底层2.3m厚AB组土，基床以下填AB组土；AB组料总计35918方，预压土方12512方。,CFG桩的施工工艺,2、施工机械的配备：,CFG桩施工工艺,3、选用材料和配合比根据京津城际铁路试验配合比，并结合当地料源供应情况，在筹备组提供的
6、合格厂家名录中，我部选定材料厂家如下：水泥：选用德州大坝牌水泥，普通硅酸盐水泥PO32.5级；粉煤灰：选用山东德州华能电力实业公司粉煤灰；粗骨料：选用保定满城李家佐金丰采石厂的石料；细骨料：选用石家庄市正定县浙江公铁爆破工程有限公司河砂；理论配合比为：水泥：砂：5-10碎石：10-25碎石：粉煤灰：水=300：711：464：695：100：230 坍落度控制：160200mm拌和方式采用拌和站集中拌和供料，拌合站距离施工现场5km。,CFG桩的施工工艺流程,4、工艺流程（如右图）：4-1平整场地 根据所测得的原地面标高和设计桩顶标高对照结果，平整钻孔场地，使其标高比桩顶高50cm左右。对施工
7、场地内地上和地下管线进行核查、拆迁和防护。清除地表植被，挖除0.3m左右地表种植土，预留排水坡度，做好排水沟等措施。场地平整完毕后，必须用30t以上的压路机碾压，以满足长螺旋钻机自重和抗钻机倾倒的要求。,CFG桩的施工工艺流程,4-2 施工放样在桩位用直径8mm的钢钎竖直打入20cm深孔，在孔内灌注石灰水或石灰粉，并在孔内插入标记物，用一次性木、竹筷，方便钻孔过程中钻孔废泥把桩位埋没后查找。,CFG桩施工现场,4-3钻机就位准确，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%。在钻机上挂垂球的方法，在钻架上刻上明显的对照位置线，每根桩施工前由测量员进行桩位对中和垂直度检
8、查，满足要求后方可开钻。,CFG桩的施工工艺流程,4-4 钻进 按设计桩径、间距、桩深成孔。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，同时检查钻杆的偏位并及时纠正。在成孔过程中，发现钻杆摇晃或难钻进时放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移及钻杆、钻具损坏。根据钻机塔身上的进尺标记，成孔达到设计标高时，停止钻进。钻孔弃土应及时转运到指定场地。调整钻机，包括钻头、钻杆直径，跳钻间距，如果可调速电机，要调节转速。地面标高、桩顶标高推算出钻孔深度，在钻杆上做出标记。钻进过程中要随时检查钻杆的垂直度，是否晃动，桩位是否偏移，如有上述情况，必须马上调整，放慢钻进速度，否则会使钻
9、杆、钻头等损坏，钻出的孔位也偏斜。,CFG桩的施工工艺流程,4-5 灌注混凝土 钻到设计位置时，停钻准备灌注。混凝土的坍落度应控制在1620cm,搅拌时间要在60120s。泵送混凝土，严禁先拔管后泵送混凝土（特别是端承桩），拔管时钻杆必须停止转动，严禁边拔管边转动，拔管速度宜为22.5米/分钟，拔管应连续，混凝土泵送也必须连续。若混凝土供应不及时，造成钻机等料的情况，时间较长可能造成断桩或抱钻现象，尤其是在饱和砂土、粉土层。混凝土应灌注至设计CFG桩顶标高以上50cm，停止泵送混凝土。灌注混凝土方量不得少于设计桩加桩头的体积。,CFG桩的施工工艺流程,4-6 钻机移位 灌注完成后钻机移至下一桩
10、位钻孔，履带式长螺旋钻机一般后退移动。根据钻机的具体情况，一般钻4、5个孔移动一次钻机。4-7清除钻泥 钻机在钻孔过程中必须随时清除，钻机移位后把剩余的钻泥立即清除。应当注意：除50小型挖掘机外，任何机械设备不得进入CFG桩钻孔灌注场地挖土时不得扰动设计桩顶标高以下的桩间原土不得挖动已经灌注的CFG桩，使桩头破坏。4-8 CFG桩都埋在地面以下，无需专门养护，桩灌注完成后强度达到80%方可进行下一步工序，养护期间必须保护钻孔灌注现场，任何机械不得进入钻孔灌注区。,CFG桩的施工工艺流程,4-9 截桩头和开挖桩间土 桩间土开挖时，挖掘机易碰撞桩头造成浅层断桩，施工中采取桩头两次截桩方案，避免人为
11、造成桩头破坏，一是在CFG桩灌注完成后砼凝固之前，湿截桩采用小挖掘机将桩头砼和钻泥一起清理出去，留3050cm不截，强度达到80%后，使用小挖掘机（斗宽0.6m）开挖桩间土，使用改装后的切割机进行切割，减少对桩体的破坏，切割完成后，断面平整。,CFG桩的施工工艺流程,4-10 桩的检测桩身完整性检测CFG桩桩身完整性采用低应变动力试验检测，试验桩检测率10。根据检测结果判定桩身完整性。4.10.2 CFG桩混合料强度每台班制作混合料标准立方体试件3组，进行28d标准养护后，进行试件抗压强度检测。根据检测结果判定其质量情况。4.10.3 CFG桩复合地基静力载荷试验分别进行单桩、单桩复合地基静力
12、载荷试验，计算沉降与承载力。检验数量：桩数的0.2%，且不少于3根。,桩身低应变检测,堆载法地基承载力检测,CFG桩的施工工艺流程,4-11 质量要求,CFG桩质量控制措施,1、CFG桩设计比较深，地层中砂层较厚，桩机的负荷都达到了极限负荷状态，施工机械经常出现故障，施工过程中机械故障极易造成断桩和卡钻现象，高速铁路设计考验的不止是施工单位施工水平，同时也考验施工机械制造行业的制造水平，解决办法一是加强机械的日常保养和配备常用易损件；二是联系桩机生产厂家跟班作业，及时维修；三是加强操作手业务学习，避免违章操作。2、在CFG桩开始施工时，担心逐桩施工会造成串孔，采用隔桩跳打的施工方式，但是隔桩跳
13、打时，第二遍桩机就位又容易对已施工的桩的挤压破坏，为此我们变为逐桩施工，从施工完成的情况看，对刚刚施工的桩影响不是很大，没有串孔和挤压断桩现象，根据地质不同选用跳打和逐桩打。,CFG桩质量控制措施,3、CFG桩在灌注砼时，上部1-3米因为砼的压力变小，砼中有细微气泡排不出来，而CFG桩的主要受力部分都在上部，因此上部桩体的不密实，极易造成桩在工程使用过程中的破坏，解决办法，一是在施工完成后，砼凝固之前使用振捣棒振捣上部砼，加强砼的密实性；二是加强砼的坍落度控制，坍落度过小易造成蜂窝现象。4、拔管速率的控制拔管速率太快将造成成桩桩径偏小或缩径断桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不均，桩顶浮浆过
14、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。故施工时，应严格控制拔管速率，拔管速度一般控制在22.5m/min比较适宜，此处的拔管速度为线速度，不是平均速度，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率适当放慢。拔管过程不允许反插。,CFG桩质量控制措施,4、断桩的原因分析和处理断桩，是指CFG桩成桩后，桩身混凝土面不连续，中间有垂直于桩中心轴线的开裂或间隔。断桩是CFG桩最大的质量事故。断桩的原因有很多，主要有：1）施工保护不够，有大型工程机械在强度未达到的CFG桩区域运行，使桩被压断或把桩头压碎；2）长螺旋钻机的排气阀被堵；3）灌注混凝土时，混凝土灌注供应不及时；4）地质原因，地下水丰富，易产
15、生断桩；5）拔管和泵送混凝土配合不和谐；6）截除桩头时人为的遭到破坏。,切割后的桩头,浅层断桩及处理方法,CFG桩质量控制措施,防止断桩的方法1）对于施工保护不足造成断桩，最有效的方法是加强已经灌注CFG桩区域的保护，用钢管或其它较结实的材料将场区围护起来，严禁一切大型机械进入。2）对于排气阀设置不当造成断桩的解决办法，一般在钻机在出厂时排气阀位置已经设置的很好，不需要作改进，只有极少数的钻机才出现这种问题，要经常检查排气阀，并将包裹排气阀的混凝土凿除。3）混凝土供应不及时造成断桩，加强混凝土调度，及时供应CFG桩混凝土，保证混凝土连续供应，就可以防止因混凝土供应不及时造成断桩。4）对于地质原
16、因造成的断桩，施工中是很难控制的，对流塑状和地下水丰富的地质情况应对CFG桩处理进行适应性论证。5）对拔管和泵送混凝土配合不和谐造成的断桩，应寻求操作人员之间的默契配合。6）对截除桩头时人为遭到破坏的情况，必须用锯石机切割，可有效地避免断桩。,问题与探讨,1、长螺旋钻机的排气阀的问题 长螺旋钻机的排气阀，是在动力头下面的排气孔，一般出厂时都已经设计好，其作用是排除砼在泵管和钻杆中的气体，防止空气在砼灌注过程中被挤入桩体形成断桩。砼经过泵管到达动力头处的弯头后，在钻杆中是自由落体的，因此泵机的泵压只要能够达到把砼送到弯头后就可以了，再提高泵压，并不能对成桩质量产生影响，也不影响扩径系数。,主塔杆
17、,导向滑杆,钻杆（内径18cm）,动力头,弯头,软泵管,排气阀,问题与探讨,2、提钻与泵送 规范要求不允许先提钻再泵料，要求是先泵料再提钻，尤其是在有桩尖承载力要求的情况下，但是在实际施工中，总是有先提钻的情况。先泵料，目的是为了保证桩尖砼的质量，防止提钻时负压造成桩间土中的水渗入桩体。相当于减少了实际桩长。在实际施工时，总是先提20-30cm，因为30m深的地层下土压力很大，钻头阀门不易打开，施工队先提钻再泵料的目的是为了下开式钻头阀门有一个打开的空间，利用砼30m高的落差，冲砸开钻头阀门。因此，在实际施工时，我们可以做试验，看看先泵料是否对钻头阀门的打开造成影响，如不影响阀门的打开，尽量按
18、规范要求做。,问题与探讨,3、及时清运钻泥与成桩质量的关系 CFG桩长螺旋钻孔属于排土成桩工艺。在施工过程中，随着长螺旋钻杆的钻进，排出的土体在孔口堆积，单桩排出的土量随着桩长的增加而增加。灌注成桩后这部分堆积弃土中还埋藏有一定的混合料与上部浮浆。钻孔过程中及时清运钻孔弃土是保证CFG桩正常施工的一个重要环节。在孔口超灌混合料及浮浆尚处于初凝前湿浆状态对其进行挖除，可称为“湿挖”。湿挖的浆体随弃土一起清运。这部分被围裹在孔口松散的钻孔排土中的混合料料若不湿挖去除，凝结后将会在桩顶形成性状不规则的扩大头。施工中及时清运钻孔弃土还会对施工带来如下好处：保持施工场地的平整，便于钻机的移机和定位。避免
19、因形成桩顶蘑菇头，从而降低保护土层清运工作的难度和凿桩头的工作量。避免和减轻钻孔排出的泥浆渗水使场地及其周围桩间土层含水量的增高。避免给钻机的稳定和周边场地的施工带来不利影响。,问题与探讨,钻孔时排出的弃土,成桩后孔口堆积的弃土、混合料及浮浆,问题与探讨,孔口混合料的湿挖与弃土清运,保护土层清运后出露的桩头,问题与探讨,清理和未清理弃土施工后形成的不同桩头,未清理弃土施工后形成的蘑菇头,问题与探讨,4、桩头的砼质量调查 4-1、未湿挖（有蘑菇头）的桩头剖面 为了检查桩头混合料凝固后的情况，选取现场截下的一个未湿挖形成的带蘑菇头桩头沿中心竖向剖开,未经湿挖的桩头地面以上部分桩径有所扩大，侧面边缘
20、参差不齐，表面包裹泥皮；地面以下部分桩径均匀，侧表面较为平整、干净。从剖面看，地面以上部分（图中红线左侧）混凝土表面有较多直径小于5mm的气孔，有少量直径大于10mm的孔洞存在，骨料分布不够均匀，但胶结较好；地面以下部分（红线右侧）切面光滑、胶结好、骨料分布基本均匀，切面仅见少量气孔。地面以下部分桩身质量较好，从外观上与桩身混合料无明显差别。,问题与探讨,4-2、经过湿挖的桩头剖面 从现场开挖出的桩头情况可见，桩头上端10cm范围内残缺破碎，并有较多夹土。在2030cm范围内，桩身趋于完整，桩身质量稳定,由于桩头与土直接接触并受上部施工影响，桩头从上往下10cm内桩头缺损、破碎，约20cm范围
21、内桩心有夹泥。20-30cm范围内混合料质量趋于稳定，骨料分布均匀，胶结较好；30cm以下切面光滑、胶结好、骨料分布基本均匀，切面仅见少量气孔。,问题与探讨,4-3、桩头取芯试验 为了准确了解桩头不同位置混合料强度是否受位置影响，11月13日14日对部分截下的50cm桩头进行了钻芯取样。取样位置分别为设计桩顶以上010cm，1020cm，2030cm三个位置。切取芯样高10cm，直径7cm，共30组。其中，三个位置均切取芯样成功17组。在进行抗压试验中，为保证试验的准确，尚需对芯样上下表面研磨平整。研磨后3个位置均制样成功13组，3个位置中2个位置制样成功5组，3个位置中1个位置制样成功3组。
22、,问题与探讨,4-3、桩头取芯试验 根据试验数据，50cm桩头中切面以上010cm芯样抗压强度平均值20.9MPa，切面以上1020cm芯样抗压强度平均值20.5MPa，切面以上2030cm芯样抗压强度平均值17.5MPa。可见，50cm桩头中切面以上010cm与切面以上1020cm芯样抗压强度平均值相近，且均超过20MPa。2030cm芯样抗压强度平均值低约15%。综合桩头剖面分析，截桩头2030cm能够保证桩顶强度和质量。对桩头处理的结论与建议 1、应尽早清运弃土；弃土量大且强度低、含水量大时可沿线路两侧开挖一定深度的排水沟，或其他排水措施，以疏干弃土中的大量流水。2、施工中混合料灌注时一
23、般在钻头拔出弃土堆时停灌。这一部分混合料超灌，已经能使施工地面以下桩体与浮浆完全隔离，避免因浮浆影响桩顶桩体强度。但这部分超灌混合料将在弃土清运中湿挖清出。湿挖后的去桩头仅需去除2030cm即可保证桩顶混合料强度。3、在去桩头长度小于30cm时，湿挖中应严禁超挖。,试验课题的研究,1、自动记录仪的研制 为长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩混合材料施工中进行质量控制，需要对施工过程中的各种施工参数的记录。搅拌机、砼输送泵和长螺旋钻机组成了CFG桩成桩的机械体系，三者协调一致，才能保证成桩的连续性。搅拌机拌和的砼量要能满足砼输送泵的泵送能力，砼输送泵泵送到钻杆芯管中的砼要与提钻速度动态平衡。主要记录参
24、数为：钻进电流、钻进深度、钻进速度、提钻速度、泵送次数、时钟。直接显示并记录这些数据，可以有效的对成桩质量进行控制，并可减少现场监守人员，节省施工费用，提高工程质量。,试验课题的研究,2、桩体材料研究,全国现有2000多座金属矿山尾矿库，存尾矿约60亿吨，每年新增排放固体废弃物约3亿吨，而平均利用率只有8.3。目前，北京地区附近有尾矿达到4亿多吨，河北唐山、承德等地区尾砂的存量更大。,试验课题的研究,2、桩体材料研究,量：大宗性质：富含氧化硅,河砂,尾砂,双重近似性,尾砂 河砂,试验课题的研究,3、检测方法的研究（北京交大课题组）3-1 地质雷达检测,试验课题的研究,3、检测方法的研究（北京交
25、大课题组）3-2 柔性荷载试验研究,刚性板复合地基承载力测试,柔性荷载板复合地基承载力测试,试验课题的研究,4、复合地基变形的研究（西南交大）试验研究的主要目的是：通过现场测试，为研究确定高速铁路CFG桩复合地基的工作性状、加固机理和沉降特性提供试验支持；检验和优化目前CFG桩地基处理设计采用的参数及方案；为确定CFG桩的设计方法和沉降变形的计算理论提供实测依据，并为工程方案的优化提供支持；为提出京沪高速铁路CFG桩加固地基施工的质量控制方法和体系提供实测依据；为CFG桩复合地基工后沉降的长期观测奠定基础，并为沉降综合预测方法研究提供实测依据。试验研究主要内容现场试验研究内容主要包括以下方面：不同CFG桩结构形式下CFG桩复合地基受力、变形特性的研究；桩土荷载分担比研究；桩帽土工格栅和钢筋混凝土板的受力及变形特点的研究；CFG桩受力特性研究；路堤本体、复合区和下卧层变形特性的研究。,试验课题的研究,4、复合地基变形的研究（西南交大）测试观测和测试：地基分层沉降观测；桩、土应力测试；钢筋混凝土板应力观测；土工格栅应变观测；桩/土沉降差观测；路基面沉降观测；CFG桩桩身应力（应变）量测；地基及路基水平位移观测；孔隙水压力及地下水位观测。,试验课题的研究,5、桩帽形式的研究各种桩帽形式的工艺比较表,试验课题的研究,5、桩帽形式的研究各种桩帽形式的施工工艺,
