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CFG桩加固软土地基施工技术

发布时间:2016/5/2 9:37:05  阅读次数:43
一、前言

  水泥粉煤灰碎石桩(Cement Flyash Gravel pile)简称CFG桩,处理软弱地基的一种新方法,它是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和少量水泥加水拌和后制成的一种具有一定强度的桩体。其骨料仍是碎石,用掺入石屑来改善颗粒级配,掺入粉煤灰来改善混合料的和易性,并利用其活性减少水泥用量,掺入少量水泥使其具有一定的粘结强度,具有某些柔性桩特点的高粘结强度桩。CFG桩、桩间土、和褥垫层一起构成柔性桩复合地基。

  CFG桩90年代应用在多层和高层建筑地基处理工程,被列为建设部重点推广技术和国家科委重点推广研究成果。经过十多年的研究和推广应用使其在我国的基本建设中起了非常主要的作用。目前CFG桩在房屋、公路的地基加固中得到广泛运用。

  但CFG桩在我国铁路软土路基地基加固工程中商不成熟,尚无成熟的设计方法及并缺乏试验研究数据,在高速铁路加固软土地基是不成熟的。

  二、特点

  CFG桩通过振动沉管成桩和桩间土通过碎石褥垫层形成CFG复合地基,弥补了碎石桩和素混凝土桩的缺陷:

  1特点:

  1.1改变桩长、桩径、桩距等设计参数,可使承载力在较大的范围内调整。

  1.2有较高的承载力,承载力的提高幅度在250%~300%之间,对软土地基承载力提高更大。

  1.3沉降量小,变形稳定快,如将CFG桩落在较硬的土层上,可较严格地控制地基沉降量。

  1.4性好,由于大量采用粉煤灰,桩体材料具有良好的流动性与和易性,灌筑方便,成桩质量好,易于控制施工质量。

  1.5可大量节约水泥、钢材,利用工业废料,消耗大量粉煤灰,降低工程费用。

  三、适用范围

  本工艺适用于加固砂土、粉土、松散粘土、粘土和淤泥质粘土,一般深度小于25m的软土地基加固。当天然地基土是具有良好的挤密效果的砂土、粉土时,有时承载力可提高2倍以上。对塑性指数高的饱和粘土,挤土作用微乎其微。由于桩间土承载力小,土的荷载分摊比低,会严重影响加固效果。对于强度很低的饱和软粘土,要慎重对待。在使用前要现场做试桩,进行试验,来确定其适用性。

  四、工艺原理

  1.CFG桩同时具有对地基的挤密加固作用和对地基的置换加固作用的双重作用,由于CFG桩桩体强度较高,在粘性土地基上,挤密效果不佳时,CFG桩可有效地将地基荷载传递到深处土层,确保对地基的置换加固作用。

  2.CFG桩复合地基通过在桩和基础间设置柔性褥垫层,使调整桩土相对变形的问题从根本上得到解决。

  3.CFG桩复合地基的强度和模量比较均匀,对上部结构受力和抗震极为有利。

  4.褥垫层使桩间土的有效接触应力增加,提高了桩周土的抗剪强度,使的桩体承载力得到提高。

  5.褥垫层对于地基的不均匀沉降也有一定的补偿作用。

  五、工艺流程及操作要点

  1.施工工艺流程(略)

  2.操作要点:

  2.1施工前铺设一层0.5~1.0m工作垫层(C组以上填料),碾压平整、稳定,确保桩机施工的需要。

  2.2把预制好的桩尖按现场放样桩位就位埋好,确保桩尖顶面水平。

  2.3桩机就位保持水平、稳固,调整沉管与地面垂直,确保垂直偏差不大于1%;

  2.4沉管过程中作好记录,激振电流每米记录一次,对土层变化处应特别说明,直至桩机反复抬起,电流明显增大,沉管无法继续,待沉管至设计标高并抬架时应开动马达,原地留振不小于10s;

  2.5终孔后须尽快用料斗进行空中投料,直到管内混合料面与钢管料口平齐,如上料量不够,须在拔管过程中补充投料,以保证成桩桩顶标高满足设计要求;

  2.6拔管时速度尽量匀速提升,一般控制在1.0~1.5 m/min,遇淤泥或淤泥质土,拔管速率可放慢至0.6~0.8m/min.边振动边拔管,在拔管过程中不允许反插;

  2.7由于设计满堂布桩且间距较小,一般采取连打跳排的施打工序。但施工新桩时与已打邻桩的间隔时间不应小于7d,必要时可在混合料内掺入缓凝早强剂;

  2.8当桩管拔出地面,确认桩符合设计要求后,其上部可用粒状材料或粘土进行封顶并做好标记;

  2.9在确定桩顶标高施工扩大桩头前,应先凿除桩体保护桩长至扩大桩头底部标高。砍桩头前桩周工作垫层碎石土为避免机械扰动造成断桩宜采用人工进行开挖。砍桩头可采用风稿自上而下凿除混凝土至指定标高,也可用錾子截桩至指定标高;

  2.10当CFG桩在凿除浮浆后或由于浅部断桩(1.5m之内,超过1.5m接桩挖开桩土体可能会导致相邻CFG桩断桩)造成桩体顶面标高低于扩大桩头底面标高时,应采用强度高出桩身一级的混凝土进行接桩。接桩部分的桩径应比设计桩径大20cm,与既有桩体的咬结长度不小于20cm.如下图:

  2.11施工完成后14天内不得上重型机械碾压桩顶。

  3.测量与试验

  3.1施工过程中应有计划地进行打新桩时对已打但尚未结硬桩的桩顶位移测量,以估算顶部桩径的缩小量;对已打并结硬桩进行桩顶位移测量,以判断是否断桩。一般当桩位移超过10mm,需开挖进行查验;

  3.2打桩过程中应随时测量地面是否隆起,是否有浮桩,浮桩量大小如何;

  3.3试验人员每工班都应对混凝土坍落度进行一次抽检;

  3.4混合料搅拌均匀后,应随机对每台桩机每一个台班做一组试块,测定其28d抗压强度R28.

  4.施工注意事项

  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。以下为产生堵管的原因和具体的预防措施:

  ①、混合料配合比不合理。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时,混合料和易性不好,常发生堵管。

  预防措施:要注意混合料的配合比,尤其要注意将粉煤灰掺量控制在70kg/m3~90kg/m3的范围内,坍落度应控制在160mm~200mm之间。

  ②、混合料搅拌质量有缺陷。在CFG桩施工中,混合料由混凝土泵通过刚性管、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。

  预防措施:严格控制坍落度。坍落度太大的混合料,易产生泌水、离析,泵压作用下,骨料与砂浆分离,摩擦力加剧,导致堵管。坍落度太小,混合料在输送管路内流动性差,也容易造成堵管。

  ③、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。若提钻时间较晚,在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出,容易造成管路堵塞。

  预防措施:严格控制提钻时间,在钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时必须提钻。

  ④、冬期施工措施不当。冬期施工时,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。

  预防措施:冬季施工时,会采用加热水的办法提高混合料的出口温度,但要控制好水的温度,水温最好不要超过60℃,否则会造成混合料的早凝,产生堵管,影响混合料的强度。

  ⑤、设备缺陷。弯头曲率半径不合理也能造成堵管。

  预防措施:严格控制弯头曲率半径,弯头与钻杆不能垂直连接。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

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