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1、CFG 桩复合地基施工技术杨刚（中铁十二局集团兰新铁路三工区）摘要随着铁路客运专线建设高潮的来临，CFG 桩与褥垫层复合地基施工技术已在铁路客运专线路基工程处理软土地基施工中普遍使用。根据兰新铁路软弱地基处理半年多的施工，总结出长螺旋成孔泵送混合料施工 CFG 桩施工技术和在施工过程中应重点控制的工艺、常见的质量问题分析和控制措施。关键词 兰新铁路 复合地基 长螺旋钻孔 管内泵压 施工技术CFG pile composite foundation construction technologyYang Gang( twelve Bureau of China Railway Group, La
2、n-Xin Railway three work area ) Abstract along with the construction of Railway Passenger Dedicated Line culmination, CFG pile and cushion composite foundation construction technology in Railway Subgrade of Passenger Dedicated Line Engineering in soft soil foundation treatment construction in common
3、 use. According to the Lan-Xin Railway soft soil foundation treatment more than half a year of construction, summed up the long spiral hole pumping mixture construction CFG pile construction technology and in the construction process should focus on control of the process, analysis of common quality
4、 problem and control measures. Key words Lan-Xin Railway composite foundation of long spiral drilling pump pressure in pipe construction technology1 前言新建兰新铁路第二双线张掖红柳河段站前工程 LXS14 标段三工区管段部分路基段自 DK848+500DK851+507.16, 线路长度 3007.16 米。本段路基地层主要为第四系上更新统洪积粉土、粉质粘土、砂类土、碎石类土、侏罗系砂岩夹泥岩夹砾岩、震旦系片麻岩。线路穿越主要为软土及松软土地区，
5、软弱地基处理主要采用 CFG 桩复合地基处理。本段采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩。2 长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工工艺2.1 CFG 桩钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，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%。2.2 混合料搅拌混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确，拌合时间不得少于1min。混合料加水量和坍落度（设计要求长螺旋钻管内泵压混合料法施工时，坍落度控制在1620cm）根据采用的施工方法按工艺试验确定并经监理工程师批准的参数进行控制。在泵送前混凝土泵料斗应备好熟料。 2.3 钻进成孔钻孔开始时，关闭钻头阀
6、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，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时纠正。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。当钻头到达设计桩长预定标高时，在动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制孔深的依据。当动力头底面达到标记处桩长即满足设计要求。施工时还需考虑施工工作面的标高差异，作相应增减。2.4 灌注及拔管CFG 桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆心充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在 23m/min，成桩过程宜连续进行，应避
7、免因后台供料慢而导致停机待料。灌注成桩完成后，桩顶采用湿黏土封顶，进行保护。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。钻机就位钻孔至设计标高停钻移动施打下一根桩按上述工序施打完全部CFG 桩后打桩结束清除桩间土、凿桩头清除弃土拌和 CFG 桩混合料泵送 CFG 桩混合料测量放线原地面处理泵送混合料均匀拔钻至桩顶长螺旋钻管内泵压 CFG 桩施工工艺流程图2.5 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，
8、保证桩位准确。2.6 清土及凿桩头(1)第一步清土在 CFG 桩施工完毕后立即将多余砼铲除；(2)第二步在成桩后 5 天左右凿桩头，避免因桩身强度较大时凿桩头困难；(3)清土采用小型机械设备及人工开挖、运输，避免断桩及对地基土的扰动；(4)清土预留至少 20cm 人工清除，找平；(5)桩顶开裂、断裂，按桩基混凝土接桩规定，断面凿毛，刷素水泥浆后用高一级混凝土填补并振捣密实。3 CFG 桩常见的质量问题分析和控制措施3.1堵管和爆管CFG桩成桩期间，砼阻塞于输料管或钻扦芯管等部位，砼不能沿输送通道运动，称为堵管。堵管是长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩混合材料工艺中经常遇到的问题，几乎每一个工地都有
9、这类问题发生。它直接影响工程施工进度，造成材料费增加施工人员的劳动强度。若是故障排除不彻底，使已搅拌的CFG桩混合料失水或硬结，还会增加再次堵管的可能性，给施工带来更大困难。如果处理不当，还会引起断桩，造成工程质量事故。分析堵管的原因，对制定预防措施具有重要的现实意义。根据现场经验，砼堵管的常见原因主要有以下几个方面：311 砼泵送量与提钻速度不协调，当提钻速度远小于砼泵送量时，造成钻头阀门出口阻力增大，这时钻杆内和输送管路上砼输送压力增大，在泵送压力的作用下，砼容易发生泌水离析。对于失水失浆后的砂、碎石而言，管道或钻杆芯管接缝、弯道和糙面都会使它的传输受阻，并很快挤压密实，导致堵管。克服由于
10、提钻速度和砼泵送量不协调匹配而造成堵管的措施，就是想法使提钻速度和砼泵送量达到动态平衡，即实现钻头同桩孔中砼料面相对位置的动态平衡，也就是说对于M米高的桩体，其等体积的砼需泵送时间t1应该等于钻杆提拔M米需要的提拔时间t2，结合施工机理，不难得出下面公式：tl=MaD 2(4B)；t2=Mv又tl=t2，得：v =4B(aD 2) (1)或者：B= vaD 24 (2)式中：tl一砼泵泵送时间，min；t2一提钻时间，min；v提钻速度，mmin；B一砼泵实际平均输出量，m 3min；a一桩体充盈系数；D一桩径，m。该工艺中提钻速度和泵送量一般均可调节。首先限定一个变量，然后根据式(1)或式(
11、2)，经过简单的数学运算，即可求得与之协调匹配的另一个变量，从而实现了对上述平衡的动态控制。其次要掌握提钻时机，当钻头进入土层预定标高后停止钻进，开始泵送砼，待输送管及钻杆芯管充满砼后，应及时提钻，否则在泵送压力作用下容易将钻头处水泥浆液挤出，同样可使钻头阀门处产生干硬性砼塞体，使管路堵塞。312 管道接口处密封不严漏水、漏浆砼在管道中的输送靠的是泵送压力，而泵送压力靠其中的液相物质传递。如果管道接缝处密封不严就会漏水或漏浆，从而使砼失水、失浆而使输送阻力增大，导致堵管。所以在施工前和施工过程中要随时检查管道连接处的密封情况，发现问题及时解决。313钻头阀门设计不合理或类型选择不当有些厂家生产
12、的钻头阀门不灵活，摩阻力过大，砼泵入钻杆后因压力小而无法打开，造成堵管。所以购买钻头时要检查钻头阀门的密封性、灵活性和阀门长度，开启角度的合理性。目前长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩混合材料工艺所用钻头，按其阀门的设置和开启方向分为两种，一种为侧开门，另一种为底开门。前者在钻头两边设计两个抛物线型阀门，在钻进过程中两阀门关闭，防止泥砂进入钻杆内，造成钻杆堵塞。当泵送砼到达钻头底部时两阀门打开，由此将砼灌入孔内。后者就是钻头阀门和钻尖为一整体，向下钻进时密封，提钻时阀门在砼挤压下向下开启。与侧开门钻头相比，底开门钻头的特点就是阀门在钻头底部，避免了侧向挤压钻头使之打不开的弊端。当施工地层为饱和粉土
13、或砂土时，如果使用侧向阀门钻头，此时阀门外侧除了承受土的侧向压力外，还要承受超孔隙水的侧压力，当阀门内侧的混凝土侧压力小于阀门外侧压力时，就会导致阀门打不开而堵管，遇到这种地层时应选用底开门钻头。314弯头排气阀不能正常开启砼泵送前和泵送过程中管内充有空气。为了使空气排出，在导向弯头与内腔管的接合部位设置排气阀，以排出砼输送过程中管内空气。当排气阀损坏或被砼堵塞时，则因其不能正常工作而造成堵管。315输送泵工作参数调整不当以D30型号的砼输送泵为例，一般泵压可调到16MPa，砼出口泵送压力可达4MPa，如果输送泵液压系统压力调设太低，就会造成堵管，另外，换向阀处零件磨损卸压、液压元件发生故障，
14、压力达不到要求，过大过小都会造成堵管。316砼原材料和砼配合比选择不当1)砼原材料选择不当实验表明，粗骨料粒径过大容易堵管，但粒径过小，砼强度较低。结合施工经验，建议混合料中粗骨料采用卵石时，最大粒径为25mm，采用碎石时，最大粒径为20mm。水泥应具有良好的保水性能，使砼在泵送过程中不易泌水。本段CFG桩砼强度等级为C20，普通硅酸盐水泥或矿渣水泥都能满足要求。其水泥强度等级一般选用P.032.5，如用高标号水泥配制，则会使水泥用量偏少，影响其和易性和密实度，容易堵管。2)砼配合比选择不当在正确选择砼原料后，砼的配合比合适与否显得至关重要，往往由于砼配合比使用不当造成堵管。主要是水泥用量少，
15、砂率不适当。造成这种现象的原因主要是实验室给出的配合比不合理，或者原料计量不准没有按照正确的配合比配制砼。所以按照合适的配合比配制砼是保证砼顺利输送的重要环节之一。3)砼坍落度控制不当在CFG桩施工中砼坍落度过小或过大都会造成砼泵送困难和堵管。混凝土的输送阻力随坍落度降低而增大，所以坍落度过小，则可能使混合料的可泵性明显降低，即不易泵送。但并不是坍落度越大越容易泵送，因为坍落度过大会造成混合料发生泌水或离析，在砼输送管内水浮到上面，在泵压作用下，水先流动，骨料与砂浆分离，粗骨料处于相互接触的状态，磨擦力加大，从而导致堵管。根据工程实践，长螺旋钻孔管内泵压CFG桩砼的坍落度宜控制在160200m
16、m。317钻门打不开钻门打不开的原因：一是所用钻头钻门本身卡死或因机械损坏等造成，因此，每次施钻前应检查钻门是否卡死；二是由于所钻地层为胶结性强、富含水的塑性粘土层，在钻进过程中出现泥包钻头现象，因此将钻门包死，在钻到预定孔深后泵砼时钻门打不开。最初我们是将已钻到孔底的钻具全部提出孔外，将包裹在钻头上的泥清除后再下钻到孔底开始提钻泵砼，此法虽然解决了成孔施工，但二次下钻不仅降低了施工效率，同时也易使孔径超差造成不必要的浪费。后来采用了钻具回转泵砼法，就是在泵砼的同时使钻具在提拉的正向回转，使挤压在钻门的泥松动或脱落，从而在压力砼作用下将钻门打开，当钻门打开后停止钻具回转。采用此种方法效果较好。成桩后的桩经测试完全符合设计要求。32窜孔在饱和粉土和粉细砂层中施工时常遇到这种情况。当施工完一根桩后，在邻近施打另一根桩的过程中，随着钻具的钻进，发现已打桩桩顶突然下沉，桩顶下落数十厘米，甚至达2m以上。当新打桩灌注砼成桩后，已打桩下沉桩
