水泥粉煤灰碎石桩(CFG)复合地基施工技术

摘 要：随着地基处理理论、地基处理材料、施工新机械和新工艺以及多种地基处理综合应用技术的发展,我国的地基处理技术水平也相应得到了快速发展与提高,并在工程建设实践中出现了许多新的地基处理方法技术,取得了良好的经济效益和社会效益.本文现重点就水泥粉煤灰碎石桩复合地基施工技术做浅要分析.

关 键 词：水泥粉煤灰碎石桩地基成孔

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称,是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成的高黏结强度桩；CFG桩复合地基对碎石桩承载特性的一些不足,加以改进而发展起来的,CFG复合地基试验研究是建设部“七五”计划课题,与1988年立题进行试验研究并运用与工程实践,1994年在全国推广.

CFG桩主要适用于处理黏性土、粉土、砂土和以自重固结的素填土等地基,对淤泥质土,应按地区经验或通过现场试验确定其适用性.同时,CFG桩复合地基属于刚性桩复合地基,具有承载力提高幅度大、地基变形小等优点,可适用于多种基础型式,如条形基础、独立基础、箱型基础和筏板基础等.

CFG桩按施工成孔工艺不同可分为取土成孔桩锤夯击CFG桩、振动沉管CFG桩、长螺旋钻管内泵压CFG桩、长螺旋钻孔灌注成桩、泥浆护壁钻孔灌注成桩、人工或机械洛阳铲成孔灌注成桩等多种类型.在实际工程中,除采用单一的CFG桩施工工艺外,有时还需要根据地质条件或地基处理的目的采用两种施工工艺组合或两种桩型的组合.总之,施工选用何种施工工艺和设备,需要考虑场地土质、地下水位、施工现场周边环境以及当地施工设备等具体情况综合分析确定.

一、取土成孔柱锤夯击CFG桩施工

1、施工工艺.

取土成孔桩锤夯击成桩的施工工艺为：确定桩位→取土器取土成孔至设计标高→孔底分层抛石并夯击扩载体→分层填料夯扩成桩.孔底分层抛石并夯击形成夯扩载体,再制作而成的CFG桩复合地基又称为夯扩载体CFG桩复合地基.成孔施工宜采用间隔法,一般先施工场地桩再施工桩,以避免对亦称CFG桩的破坏.

取土成孔柱锤夯击CFG桩的取土方式是将一直径为300～600mm的敞口取土器提升至一定高度,让其自由落下,将土贯入取土器,后提升至地面,将土从取土器中取出,当取土达到合计持力层后,灌注CFG桩桩身材料并进行夯击,至桩顶,完成一根桩的制作.

对于孔底有饱和粉土或其他相对软弱土层,可在孔中先填入粒径较大的卵石、碎石载体,再在其上部夯填和灌注CFG桩桩身材料,最后形成夯扩载体CFG桩复合地基.

夯扩桩的施工方法可采用套管锤击扩桩和无套管锤击扩桩两种.套管锤击扩桩时采用外桩管与内桩筒（取土器）,取土成孔后,将外桩管沉至孔底,或边成孔边根管,再往孔内投入一定的大直径卵石并夯击,使之挤入下部土层.该方法适用于成孔效果不好,或孔壁已坍塌的场地.无套管锤击扩桩成孔后,直接往孔内倒入一定的大直径卵石并夯击,使之挤入下部土层.

二、施工机具及配套设施

施工机具及配套设施主要有：SH30型冲孔机及取土器,电机功率约8kW；锤体直径约300mm,自重约600kg,架高5.6m,350型搅拌机；运输斗车.

三、施工参数确定

1、在夯扩载体的施工中,控制每次投料量为0.02～0.05m3,卵石粒径80～150mm,夯锤落距不小于4.0m,夯击5～7击,每次投料量最后三次沉降量不大于30mm.

2、在CFG桩桩体填料施工中,控制每次填料量为0.08～0.1m3,夯锤落距约为2.0m,夯击5～7击,每次填料最后三次沉降量不大于50mm.

四、振动沉管CFG桩施工

振动沉管CFG桩施工主要适用于黏性土、粉土、淤泥质土、人工填土及松散砂土等地质条件,尤其适用于松散的粉土、粉细砂等土层,具有施工操作简便、施工费用低、对桩间土的挤密效应显著等优点.采用振动沉管CFG桩施工工艺施工的CFG桩复合地基可以提高地基承载力、减少地基变形以及消除地基液化.

1、施工工艺.

振动沉管CFG桩施工工艺为：施工准备→桩机组装就位→沉管到预定标高→管内投料→拔管→成桩.

确定施打顺序时,主要考虑打桩机对已打邻桩的影响.在软土中施工,可采用跳打法施工；对满堂布桩,宜采用从中间向四周打的方案,防止大面积土体隆起,以及断桩的发生.设计桩顶标高离地表的距离小于1.5m时,保护桩长可取500～700mm；桩顶标高离地表的距离大于1.5m时,保护桩长可取700～1000mm.

桩机进入现场,根据设计桩长、沉管入土深度确定机架高度和沉管长度,并进行设备组装.桩机就位后垂直度偏差不大于1%.

沉管过程中,每沉1m记录电流一次,并记录土层变化.沉管到设计标高后,向管内投放混合料直至与进料口齐平.混合料拌和时间不少于1min,粉煤灰用量较多时,搅拌时间还要适当延长,坍落度30～50mm,成桩后浮浆厚度宜小于200mm.

拔管前先振动5～10s,拔管速率一般为1.2～1,5m/min,如遇淤泥或淤泥质土,拔管速度还可以放慢.拔管速度太快将造成桩径偏小或缩颈断桩,拔管速度太慢则桩端水泥含量较少,桩顶浮浆过多.拔管过程中不允许反插.必要时,拔管过程中需要再次投料,以保证成桩后桩顶标高（应考虑保护桩长）达到设计要求.

CFG桩施工完毕3～7d后,即可进行开槽剔除桩头.褥垫层所用材料科采用级配砂石,虚铺后采用精力压实或夯实.

2、振动沉管CFG桩施工常遇问题分析.

（1）断桩.在上部有较硬的土层或中间夹有硬土层中成桩,桩基的振动力较大,对已打桩的影响主要为振动破坏,同时软硬土层间传递水平力大小不同,对桩产生水平剪应力,易造成断桩.拔管速度太快也可能导致缩颈和断桩.避免断桩的措施有：桩的中心距以大于4倍桩径；考虑打桩顺序及桩架行走路线时,应注意减小对新打桩的影响；采用跳打法或控制时间法以减少对邻桩的影响.

（2）缩颈.在饱和软土中成桩,桩机的振动力较小,缩颈产生的原因主要是新打桩对已打桩的挤压,使得已打桩被挤扁成椭圆形或不规则形,严重的产生缩颈或断桩.拔管过快,混合料出管时扩散差等也易造成缩颈.

（3）桩靴进水进泥.常见于地下水位高、含水量大的淤泥和粉砂土层.

（4）吊脚桩.预制桩尖被打坏而计入桩管内,拔管时桩尖未及时压出或桩尖活瓣未及时张开,易形成吊脚桩.为防止桩尖活瓣不张开,可采取“密振慢抽”的方法.若发现桩尖被打坏,应将桩管拔出重打.

（5）桩身不连续.当采用活瓣桩靴成桩时,桩靴开口打开宽度不够,混合料下落不充分,造成桩身不连续.

（6）地基土强度降低.在塑性指数高的饱和软粘土和淤泥质土层施工,打拔管的振动易使土体结构破坏,强度降低.

（7）桩体强度不均匀.拔管太慢或留振时间过长,会导致桩端水泥含量较少,桩顶浮浆过多,而且混合料也容易产生离析,造成桩身强度不均匀.

五、结束语

建筑业的技术进步是推进建筑领域前进的最基本动力,我国正处于大规模建设高峰时期,而现代工程技术复杂性越来越高,现代建筑施工的新技术发展,不仅解决了用传统似乎更方法难以解决的很多复杂性问题,也为提高工程质量、加快施工进度和提高生产效率、降低工程成本、工程安全等方面发挥了重要的作用.