CFG桩复合地基在施工中的质量控制

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　　摘 要：根据CFG桩复合地基的承载机理和特性，阐述了CFG桩成桩常用施工方法和工艺流程，详细论述了振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工过程中经常遇到的质量问题，针对这些问题提出了有效的质量控制措施。
　　关键词：CFG桩，长螺旋钻孔，成桩，质量控制
　　 CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称(即cement flying-ash gravel pile)。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，是在碎石桩加固地基法的基础上发展起来的一种地基处理技术。
　　一、CFG桩基本原理
　　 目前，我国建筑行业如住宅、铁路中广泛应用CFG桩复合地基技术，较好地提高了地基承载力，降低了沉降变形的概率，节省了建设费用。由于CFG桩改善了碎石桩的刚性，使其不仅能很好地发挥全桩的侧阻作用，也能很好地发挥其端阻作用。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大。因此，桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减小了桩间土承担的荷载。
　　二、CFG桩施工阶段中的质量控制
　　 施工中的质量控制并不是纸上谈兵，CFG桩在不同的施工阶段，质量控制都要严格执行。（1）CFG桩成桩前灌注材料质量控制阶段包括原材料(碎石、砂、粉煤灰、水泥和水)指标控制、搅拌和运输过程指标控制等。主要研究混合料搅拌时间、混合料在允许使用范围内最长待灌时间等指标。（2）CFG桩成桩过程质量控制阶段包括场地整平、桩位布点、打桩顺序、钻孔和提管等。主要研究钻进速度、提管速度和灌入量等指标，分析、给出CFG桩不同地层深度的充盈系数。（3）CFG桩成桩后上部结构质量控制阶段，包括清土、桩头截取、筏板和桩帽施工等指标。主要研究了清土时间和预留截桩高度。（4）在后期需要对CFG桩进行质量检测， CFG桩身质量检测方法主要有开挖检查、钻孔取芯、低应变反射波及静力载荷试验等。主要研究低应变检测龄期、效果和复合地基承载力。
　　 根据施工方法的不同，施工中的质量控制也不一样。一般CFG桩有两种常见的施工方法：振动沉管灌注成桩法和长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩法。
　　（一）振动沉管灌注成桩施工质量问题和控制措施
　　 1)施工扰动使土的强度降低。振动沉管成桩工艺与土的性质具有密切关系，因此，一定要考虑加固前土的密实度。2)缩颈和断桩。在饱和软土中成桩，当采用连打作业时，新打桩对已打桩的作用主要表现为挤压，使得已打桩被挤成椭圆形或不规则形，产生严重的缩颈和断桩。在上部较硬的土层或中间硬土层中成桩，桩机的振动力较大，对已打桩的影响主要为振动破坏。此外提升沉管线速度太快易造成桩径偏小或缩颈断桩，经过大量工程实践证明：拔管速率以控制在1．2 m／min- 1．5 m／min为宜。3)桩体强度不均匀。桩机卷扬系统提升沉管线速度太快时，为控制平均速度，一般采用提升一段距离，停下留振一段时间，非留振时，速度太快可能导致缩颈断桩。因此，在施工过程中要将拔管速度控制在1．2 min～1．5 m／min，且保持速度均匀一致，还要很好地控制留振时问。
　　（二）长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工质量问题和控制措施
　　 CFG系列长螺旋钻机靠电器液压整机操纵、步履式或履带式行走方式。工作时采用长螺旋钻机钻至设计标高后，提钻时通过混凝土输送泵压灌混凝土成桩，成孔、成桩一机一次同步完成[ 秦宝和，长螺旋法CFG桩在客运专线复合地基中的应用研究[J]，《铁道工程学报》；2007,24(5)]。
　　1)堵管。堵管是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺常遇到的主要问题之一。它直接影响CFG桩的施工效率，增加工人劳动强度，还会造成材料的浪费。特别是故障排除不畅时，使已搅拌的CFG桩混合料失水或结硬，增加了再次堵管的几率，给施工带来很多困难。产生堵管的原因有以下几点：a．混合料配合比不合理。当混合料中的细骨料和粉煤灰用最较少时，混合料和易性不好．常发生堵管。因此，要注意混合料的配合比，尤其要注意将粉煤灰掺量控制在70 kg／m3--90 kg／m3的范围内，坍落度应控制在160 mm--200 mm之间[刘新福，京津城际轨道工程试验段CFG桩施工工艺及质量控制[J]，《铁道建筑》；2007(4)]。b．混合料搅拌质量有缺陷。在CFG桩施工中，混合料由混凝土泵经过刚性管、高强柔性管、弯头，最后到达钻杆芯管内。混合料在管线内借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线。坍落度太小，使混合料在输送管路内流动性变差，也容易造成堵管。e．施工操作不当。钻孔进入土层预定标高后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。d．冬期施工措施不当。冬期施工时，气温较低，混合料输送管及弯头均需做防冻保护，防冻措施不力，常常造成输送管或弯头处混合料的冻结，造成堵管。e．设备缺陷。弯头曲率半径不合理也能造成堵管。弯头与钻杆不能垂直连接，否则也会造成堵管。混合料输送管要定期清洗，否则管路内有混合料的结硬块，还会造成管路的堵塞。
　　2)窜孔。在饱和粉土、粉细砂层中成桩经常会遇到这种情况，打完x号桩后，在施工相邻的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，此种现象称为窜孔。发生窜孔的条件有如下三条：a．被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂；b．钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动；C．土体受剪切扰动能量的积累，足以使土体发生液化。由于窜孑L对成桩质量的影响，施工中采取的预控措施如下：a．取隔桩、隔排跳打方法；b．减少在窜孔区域的打桩推进排
　　数，减少对已打桩扰动能量的积累；c．合理提高钻头钻进速度。
　　3)桩头空芯。主要是施工过程中，排气阀不能正常工作所致。钻机钻孔时，管内充满空气，泵送混合料时，排气阀将空气排出，若排气阀堵塞不能正常将管内空气排出，就会导致桩体存气，形成空芯。
　　4)桩端不饱满。这主要是因为施工中为了方便阀门的打开，先提钻后泵料所致。这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水浸入桩孔，影响CFG桩的桩端承载力。
　　5）断桩、夹层。断桩是由于提钻太快泵送混凝土跟不上提钻速度，钻头上的泥块落人桩孔内，或是用大型机械(装载机或挖掘机)野蛮清理桩间土，造成CFG桩身浅层断桩。如果CFG桩在设计标高以下断桩，则必须采取补救措施；假如断裂面距桩头较近，可接桩至设计标高；如果是断桩位置较深，应在旁边补加两根CFG桩。控制措施：a.保持混凝土灌注的连续性。b.严格控制提速，如灌注过程中因意外原因造成灌注停滞时间大于混凝土的初凝时间时，应重新成孔灌桩。c.在CFG桩灌注完毕后，将桩间土及桩头混合料同时清除，即采取软截除的办法进行桩头的处理。d.不能用大型机械清理桩问土，应用小型挖机配合人工清理桩间土。e.清理出桩头后，用切割机截桩头，不能用大锤蛮力敲打桩头[高贵,铁路客运专线路基CFG桩施工工艺及质量控制[J]，《山西建筑》；2007,33(15)]。
　　三、CFG桩施工技术总结
　　 1)施工前应按设计要求由实验室进行配合比试验，施工时按配合比配制混合料。长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工的坍落度宜为160 mm-200 mm，振动沉管灌注成桩施工的坍落度宜为30 mm―50mm，振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200 mm。2)长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与拔管速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料；沉管灌注成桩施工拨管速度应按匀速控制，拔管速度应控制在1．2 m／min～1．5 m／min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拨管速度应适当放慢。3)施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不小于0．5 m。4)成桩过程中，抽样做混合料试块，每台机械应做一组(3块)试块(边长为150 mm的立方体)，标准养护，测定其立方体抗压强度。5)清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。6)旌工垂直度偏差不应大子1％，桩位偏差不应大于0.4倍桩径，否则应进行加桩处理或局部增加褥垫层粒径(2倍直径范围平铺20 cm以上坚硬块石)。

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