論路基基底進行加固處理中CFG樁施工技術(shù)
2015-06-03
1工程概況
DK1771+270.34～DK1771+420.62段位于巖溶發(fā)育區(qū)，地表有13～21m厚的紅黏土，路基采用CFG樁加固，樁徑0.5m；樁間距1.3～2.0m，正三角形布置，樁長8～15.8m，樁頂設(shè)0.6m厚的碎石墊層，中間鋪一層抗拉力≮80KN的土工格柵。根據(jù)工點的地質(zhì)條件、業(yè)主要求以及長螺旋鉆機施工有成樁速度快，低噪音，無振動、對樁間土擾動小等優(yōu)點，本段CFG樁施工全部采用長螺旋芯管泵送混合料灌注成樁的施工方法。
2施工方案
2.1目的
對路基基底進行加固處理，提高基底承載力，使其滿足客運專線路基在工后沉降和穩(wěn)定方面的要求，為順利鋪設(shè)無碴軌道打下堅實的基礎(chǔ)。
2.2施工設(shè)備
長螺旋鉆機管內(nèi)泵壓混凝土成樁，是由長螺旋鉆機、混凝土泵、混凝土攪拌站、混凝土運輸車組成完整的施工體系，長螺旋鉆機是該工藝的核心部分。本段采用YTZ20型號的長螺旋鉆機一臺。YTZ20長螺旋鉆機采用前置式操縱室，視野開闊，便于操作，且鉆塔可折疊不需拆卸，整機移位方便，現(xiàn)場組裝亦方便快捷，可有效提高施工效率。
YTZ20主要性能參數(shù)表
2.3勞力布置
每臺長螺旋鉆機配領(lǐng)工員、技術(shù)員、司機、電工各一名，普工兩名。領(lǐng)工員負責(zé)指揮協(xié)調(diào)各工序操作，控制施工質(zhì)量，技術(shù)員提供技術(shù)服務(wù)并負責(zé)施工記錄、兼質(zhì)量檢查員工作，鉆機司機操作長螺旋鉆機，電工負責(zé)電器設(shè)備的安裝和安全使用，普工負責(zé)對點、連接和移動輸送管。
2.4施工準備
①地質(zhì)勘察完畢、施工圖紙、施工組織設(shè)計已齊全。
?、谑┕龅胤秶鷥?nèi)的地面、地下障礙物均已排除或處理。場地已平整，對影響施工機械運行的松軟場地已進行平整壓實，壓實系數(shù)＞0.9，并有排水措施。
?、凼┕び盟㈦姟⒌缆芳芭R時設(shè)施均已就緒。
④現(xiàn)場已設(shè)置測量基準線、水準基點，并妥加保護。
?、菔┕で斑M行了成樁工藝性試驗，數(shù)量為4根，確定了工藝參數(shù)（混合料配合比、坍落度、拌和時間、鉆進速度、鉆進時電流值、提升速度、混凝土灌注速度、灌注量等）。灌注混合料時提管速度2～3m/min；每根樁的鉆進時間為8～12min，成樁時間為5～8min，移位時間為5～10min。
2.5施工工藝
CFG樁施工工藝流程：平整場地→測量放線→樁機對位→長螺旋鉆進→停鉆→泵料→泵料拔芯管→轉(zhuǎn)移鉆機→檢測→下道工序。
①利用全站儀和鋼尺根據(jù)樁位布置圖放出軸線控制樁和CFG樁位，用一定直徑和深度的白灰點或釘下竹釬來表示樁位。
?、阢@機對位。在機架或鉆桿上設(shè)置標尺，以便控制和記錄孔深。就位后利用軸線樁校正好鉆桿的位置、應(yīng)用鉆機塔身的前后和左右的垂直標桿檢查塔身導(dǎo)桿。下放鉆桿，使鉆頭對準樁位點，調(diào)整鉆桿垂直度，確保鉆桿垂直度的偏差不大于1%，然后啟動鉆機鉆孔，達到設(shè)計深度后空轉(zhuǎn)清土，在灌注前不得提鉆。
?、坫@進成孔。鉆孔開始時,關(guān)閉鉆頭閥門,向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面時,啟動電機,將鉆桿旋轉(zhuǎn)下沉至設(shè)計標高。成孔時應(yīng)先慢后快,這樣能避免鉆桿搖晃，也能及時檢查并糾正鉆桿偏位的差值。鉆進過程中，如果進尺明顯變慢，機架出現(xiàn)輕微晃動，與設(shè)計標高、前期地質(zhì)勘察結(jié)果相比較,如果相符則可以停鉆。
?、芄嘧⒓鞍喂堋FG樁成孔到設(shè)計標高后,停止鉆進,開始泵送混合料,當鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管,嚴禁先拔管后泵料?；炷帘玫谋盟土颗c鉆機的提拔速度匹配是CFG樁施工的關(guān)鍵核心。鉆機提拔速度宜控制在2～3m/min,根據(jù)提拔速度進行泵送量的匹配，嚴禁產(chǎn)生超拔。攪拌站提供混凝土?xí)r，中間可停止提鉆等待攪拌機拌制混凝土，但等待時間應(yīng)遠小于混凝土的初凝時間。若出現(xiàn)等待時間大于初凝時間的情況，則應(yīng)重新鉆孔成樁。
?、菀茩C。當一根樁施工完畢后，鉆機移位，進行下一根樁的施工。由于施工時排出的土較多，易將臨近的樁位覆蓋；鉆機支撐腳壓在樁位旁使原標定的樁位發(fā)生移動。因此，下一根樁施工時，應(yīng)根據(jù)軸線或周圍樁的位置對需施工樁的樁位進行復(fù)核，保證樁位準確。
?、耷逋良敖貥额^
檢測結(jié)果顯示，99%的Ⅲ類樁是在清理樁間土及截樁頭的過程中產(chǎn)生，施工中我們采用了兩種不同的方法清理樁間土及處理樁頭。
a.樁間土的清除
第一種是在樁身達到設(shè)計強度后，利用小型挖機配合手推車清理樁間土。第二種是在CFG樁灌注完畢后，人工利用小推車將樁間土及樁頭混合料同時清除，即采取軟截除的辦法進行樁頭的處理。第一種方法適用于樁間距較大的地段，第二種方法適用于樁間距較小地段。
b.樁頭處理
第一種是人工進行鑿除，第二種是采用截樁機從四周水平切割完畢后，在切割位置按同一角度對稱放置2個或4個剛釬，用大錘同時擊打，將樁頭截斷。
人工鑿除對樁本體產(chǎn)生較大的攏動且樁頭表面凹凸不平，須用小型砼打磨機進行拋光后，才能進行低應(yīng)變的檢測；機械切割后樁頭表面平整，可直接進行低應(yīng)變的檢測。通過對比我們選擇了機械切割的方法進行樁頭的處理。
3CFG樁效果檢查及驗證
客運專線路基驗標規(guī)定CFG樁樁身質(zhì)量、完整性采用低應(yīng)變方法檢測，檢驗數(shù)量或頻次為：總樁數(shù)的10％，按復(fù)合地基設(shè)計時，采用平板載荷試驗方法檢測，檢驗數(shù)量或頻次為總樁數(shù)的2‰，且每檢驗批不少于3根。
3.1低應(yīng)變檢測
將第一批施工的CFG樁前300根進行了全部檢測，共有11根Ⅲ類樁，其余均為Ⅰ和Ⅱ類樁，Ⅲ類樁均為在清理樁間土及截樁頭的過程中產(chǎn)生的斷樁，斷樁位置在距樁頂0.4～1.0m之間。改為第二種截樁頭工藝后，產(chǎn)生Ⅲ類樁的幾率大大降低，在自檢120根樁中，沒有出現(xiàn)Ⅲ類樁。
4CFG施工中常見的問題及質(zhì)量控制措施
4.1導(dǎo)管堵塞
堵管是長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁工藝常遇到的問題，它直接影響CFG樁的施工效率,增加工人勞動強度,造成材料浪費。特別是故障排除不暢時,使已攪拌的CFG樁混合料失水或結(jié)硬,增加了再次堵管的機率,給施工帶來很多困難。
產(chǎn)生堵管的原因有以下幾點: ①混合料配合比不合理。當混合料中的細骨料和粉煤灰用量較少時,混合料和易性不好,常發(fā)生堵管。②混合料攪拌質(zhì)量有缺陷。在CFG樁施工中,混合料由混凝土泵通過剛性管、高強柔性管、彎頭最后到達鉆桿芯管內(nèi)?；旌狭显诠芫€內(nèi)借助水和水泥砂漿潤滑層與管壁分離后通過管線。坍落度太大的混合料,易產(chǎn)生泌水、離析,泵壓作用下,骨料與砂漿分離,摩擦力加劇,導(dǎo)致堵管。坍落度太小,混合料在輸送管路內(nèi)流動性差,也容易造成堵管。③施工操作不當。鉆孔進入土層預(yù)定標高后,開始泵送混合料,管內(nèi)空氣從排氣閥排出,待鉆桿內(nèi)管及輸送軟、硬管內(nèi)混合料連續(xù)時提鉆。若注滿混合料后不及時提鉆,混凝土泵一直泵送，在泵送壓力下鉆頭處的水泥漿液被擠出,同樣可使鉆頭閥門處產(chǎn)生無水泥漿的干硬少漿的混合料塞體，使管路堵塞，混合料不能下落。④設(shè)備缺陷。彎頭曲率半徑不合理也能造成堵管。彎頭與鉆桿不能垂直連接,否則也會造成堵管。混合料輸送管要定期清洗,否則管路內(nèi)有混合料的結(jié)硬塊,還會造成管路的堵塞。
控制措施： ①保證粗骨料的粒徑、混凝土的配比和塌落度符合要求，泵送時坍落度應(yīng)控制在140mm～160mm之間，混合料的拌和時間不小于120s。②灌注管路避免過大變徑和彎折，每次拆卸導(dǎo)管都必須清洗干凈。③加強施工管理，專人指揮協(xié)調(diào)鉆機操作手和混合料泵車操作手，使混合料泵送和鉆桿提升默契配合，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。
4.2偏樁
一般有樁平移偏差和垂直度超標偏差兩種。多由于場地不平整、樁機對位不仔細和鉆桿跑偏等原因造成。
控制措施：①施工前清除地下障礙，平整壓實場地以防鉆機偏斜；②認真放設(shè)樁位，并插明顯標志，嚴格控制誤差。③樁機的水平度和垂直度在開鉆前和鉆進過程中注意檢查復(fù)核。
4.3斷樁、夾層
斷樁是由于提鉆太快，泵送砼跟不上提鉆速度，鉆頭上的泥塊落入樁孔內(nèi)；或是用大型機械（裝載機或挖掘機）野蠻清理樁間土，造成CFG樁身淺層斷樁。如果CFG樁設(shè)計標高以下斷樁，則必須采取補救措施。假如斷裂面距樁頭較近，可接樁至設(shè)計標高，方法如下圖所示；如果是斷樁位置較深，應(yīng)在旁邊補加2根CFG樁。
控制措施：①保持砼灌注的連續(xù)性。②嚴格控制提速，如灌注過程中因意外原因造成灌注停滯時間大于混凝土的初凝時間時，應(yīng)重新成孔灌樁。③嚴禁用大型機械清理樁間土，用小挖機配合人工清理樁間土。④清理出樁頭后，用切割機截樁頭，不能用大錘蠻力敲打樁頭。
4.4樁身砼收縮
樁身回縮是普遍現(xiàn)象，一般通過外加劑和超灌予以解決，施工中保證充盈系數(shù)>1。
控制措施： ①樁頂至少超灌0.5m，并防止孔口土混入。②選擇減水效果好的減水劑。
4.5竄孔
在飽和粉土、粉細砂層中成樁時會發(fā)生竄孔現(xiàn)象。發(fā)生竄孔的原因有以下幾條：①被加固土層中有松散飽和粉土、粉細砂;②相鄰樁在豎直方向上有相互連通的空洞或裂紋，二者形成一個“連通器”。
控制措施：采取隔樁、隔排跳打方法，等樁具有一定強度時再打相鄰的樁。
4.6樁頭質(zhì)量問題
?、贅额^空芯。主要是施工過程中,排氣閥不能正常工作所致。鉆機鉆孔時,管內(nèi)充滿空氣,泵送混合料時,排氣閥將空氣排出,若排氣閥堵塞不能正常將管內(nèi)空氣排出,就會導(dǎo)致樁體存氣,形成空芯。為避免樁頭空芯,施工中應(yīng)經(jīng)常檢查排氣閥的工作狀態(tài),發(fā)現(xiàn)堵塞及時清洗。②樁端不飽滿。這主要是因為施工中為了方便閥門的打開,先提鉆后泵料所致。這種情況可能造成鉆頭上的土掉入樁孔或地下水浸入樁孔,影響CFG樁的樁端承載力。為杜絕這種情況,施工中前、后臺工人應(yīng)密切配合,保證提鉆和泵料的一致性。③多為夾泥、氣泡、砼不足、浮漿太厚等，一般是由于操作控制不當造成。
控制措施： ①防止樁口土塊混入砼中。 ②保持鉆桿頂端氣閥開啟自如，防止砼中積氣造成樁頂砼含氣泡。③樁頂浮漿多因孔內(nèi)出水或砼離析造成，應(yīng)超灌排除浮漿后才終孔成樁。
4.7單樁承載力低
主要與樁底情況有關(guān)，樁底承載力不足，沒有施工到設(shè)計標高。
控制措施：①控制樁長，施工到設(shè)計標高樁底一定要在無壓縮層上。②灌注樁身混凝土?xí)r一定先泵送混凝土后提鉆，以保證樁底嵌固良好。③在粘土層中鉆孔時要加快進展速度，以防螺旋鉆的離心作用在鉆孔壁上造成泥皮而降低樁摩阻力。
5成品保護
?、偾暹\棄土?xí)r不可對設(shè)計樁頂標高以下的樁體造成破壞；不可擾動樁間土。
?、诓捎猛诰驒C清運棄土?xí)r，應(yīng)防止CFG樁淺層斷樁。
6安全質(zhì)量環(huán)保措施
6.1安全措施
?、巽@機操作工、混凝土輸送泵人員具有熟練的操作技能并了解施工的全過程。
?、跈C械、電氣設(shè)備達到國家安全防護標準；施工中發(fā)現(xiàn)設(shè)備運轉(zhuǎn)異常，立即關(guān)閉電源進行檢修。
?、蹤C電設(shè)備固定就位，不隨意搬動，電動部分設(shè)置網(wǎng)罩，電箱電線懸掛。
?、苁┕ぶ秀@機置于平整堅實的地面上，鉆機移位時平穩(wěn)并保持鉆桿垂直，防止傾斜倒塌。
6.2環(huán)保措施
?、偎嗪头勖夯业燃氼w粒散體材料，遮蓋存放，運輸時防止遺撒、飛揚。
②廢棄物及時清理，不隨處拋撒。施工機具采取降低噪聲措施，減少擾民。
7注意事項
7.1施工樁頂標高高于設(shè)計樁頂標高50cm，浮漿厚度不超過20cm。
7.2CFG樁加固深度應(yīng)穿透軟弱土層（壓縮層）到達無壓縮層（硬層）以下1.0m或基巖面。
7.3現(xiàn)場記錄人員應(yīng)嚴格組織安排和勞動紀律，上班時間必須堅守工作崗位，嚴禁脫崗。認真填寫《CFG樁施工記錄表》，真實填寫表中的各項施工內(nèi)容。成孔和成樁時間按現(xiàn)場實際施工時間記錄到秒。
7.4電流應(yīng)記錄鉆頭到持力層時瞬間的電流數(shù)據(jù)。
7.5當日記錄的《CFG樁施工記錄表》應(yīng)當天完善復(fù)核人、質(zhì)檢人、分項工程技術(shù)負責(zé)人的簽字。各項記錄必須真實、清晰、不得涂改表中記錄的內(nèi)容。
8結(jié)語
通過幾段CFG樁施工，基本明確了長螺法CFG樁的施工工藝及參數(shù)， 掌握了施工中常見問題有效的預(yù)防和處理措施，確保了CFG樁的施工質(zhì)量。
