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【摘 要】CFG桩是水泥、粉煤灰、碎石桩的简称,已在全国大部分地区得到广泛应用。但在施工过程中也出现了不少质量问题,有时甚至造成工程质量事故。本文对CFG桩长螺旋钻孔施工时常见的质量问题进行了分类总结分析,并提出了应对措施。
【关键词】CFG桩:质量问题:措施
The Common Quality Problems and Measures of CFG Pile Construction
Chen Xiao-xia
(Anyang Institute of Technology Anyang Henan 455000)
【Abstract】CFG pile is the abbreviation of cement-flyash-gravel pile,it has been widely applied in the most districts of China.But it appeared lots of quality problems,even engineering failures.This article analyzes the common quality problems of CFG pile and raises some measures.
【Key words】CFG Pile;Construction;Quality problems;Measures
1. 引言
CFG桩的施工应根据设计要求和现场地基土的性质、地下水埋深、场地周边是否有居民、有无对振动反应敏感的设备等多种因素选择施工工艺。常见的三种施工工艺:长螺旋钻孔灌注成桩;长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩;振动沉管灌注成桩。长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺,是国内近几年来使用比较广泛的一种新工艺,属非挤土成桩工艺,具有穿透能力强、低噪音、无振动、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制等特点。本文列举了CFG桩长螺旋钻成孔、管内泵压混合料施工中常见的一些质量问题,并提出了解决措施。
2. CFG桩长螺旋钻孔施工常见质量问题及解决措施
2.1 堵管。
堵管是长螺旋钻管内泵压CFG常见的主要问题,它不仅影响施工效率,增加劳动强度,而且还会造成材料浪费。
成因1拌合料配合比不合理
CFG桩桩体混合料由水泥、卵石(或碎石)、砂、粉煤灰加水在搅拌机中强制搅拌而成,当混合料中的水泥和粉煤灰用量较少时,混合料和易性不好,容易发生堵管。
措施1严格控制拌合料配比
混合料配合比要注意水泥和粉煤灰两种材料的掺入量,特别要注意粉煤灰掺量宜控制在70Kg/m3～90Kg/m3。实际施工中CFG桩强度等级一般为C15～C20,其水泥标号一般选用425号普通硅酸盐水泥,这样既不影响和易性和密实度,又在粉煤灰的掺入下加大了流动性,满足了泵送的要求,而且也不影响混合料其它技术性能,重要的是不易发生堵管现象。
成因2拌合料拌制质量有缺陷
在CFG桩施工过程中,混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头到达钻杆芯管内。混合料在管线内是以圆柱体形状,借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线的。因此所设计和搅拌的混合料必须确保混合料圆柱体能顺利通过刚性管、高强柔性管、弯管和变径管而到达钻杆芯管内。
工程实践证明,坍落度太大的混合料,易产生泌水、离析,在管线内水浮到上面,在泵压的作用下,水先流动,骨料与砂浆分离,摩擦力剧增,从而导致堵管。坍落度太小,混合料在输送管内流动性差,也容易造成堵管。
措施2严格控制拌合料搅拌时间和坍落度
料搅拌时间控制在90s以上,坍落度控制在160mm～200mm,搅拌好的混合料到泵送混凝土储料斗时,需经一定尺寸的过滤栅。若混合料可泵性差,可适量掺入泵送剂。
成因3设备缺陷
混凝土的输送有钻杆芯管,高强柔性管,刚性管,通过弯头连接起来,半圆形弯头曲率半径不合理,弯头有死弯,输送管与钻杆不能垂直连接,软管的弯曲半径太小等。
措施3选用正规生产厂家的弯头
要采用半圆形,曲率半径合理的弯头,弯头不能有死弯,输送管与钻杆也不能垂直连接,软管的弯曲半径要大于1m,采用合理的连接方法,将不会发生堵管。
无论是刚性管还是高强柔性管,若施工结束后清洗不彻底,管内会产生混合料结硬块体,会妨碍润滑砂浆流动,以致造成堵管。
成因4冬季施工措施不当
冬季施工时,混合料输送管及弯头均需做防冻保护,一旦保温效果不好,常在输送管和弯头处会出现混合料初凝前结冻,造成堵管。水温不能很好控制,一旦水温过高,如超过60℃以上,搅拌混合料时,会使混合料早凝,而产生堵管。
措施4选用合理的冬季施工方案
冬季施工时应采取措施避免混合料在初凝前遭到冻结,保证混合料入孔温度大于5℃。材料加热时根据材料加热难易程度进行,一般优先加热拌合水,其次是砂和石。混合料温度不宜过高,以免造成混合料假凝无法正常泵送施工。另外泵头管线也应采取保温措施。施工完清除保护土层和桩头后,应立即对桩间土和桩头采用草帘等保温材料进行覆盖,防止桩间土冻胀而造成桩体拉断。
成因5施工操作不当
钻杆进入土层预定标高后,开始泵送混合料,若注满混合料后不及时提钻,混凝土泵一直泵送,在泵送压力下会使钻头处的水泥浆液挤出,同样可使钻头阀门处产生无泥浆干硬少浆的混合料塞体,使管线堵塞,混合料不能下落。
措施5钻杆进入土层预定标高后,泵送混合料时应及时提钻
钻杆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,保证混合料在一定压力下灌注成桩。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。
2.2 窜孔。
成因 在高压缩性淤泥层,流塑淤泥质土层,承压水的砂土层、流砂层和饱和细砂层、粉砂层中施工常遇窜孔现象。在一般情况下,完成一根桩所需时间为30min～40min,完成1号桩后,在2号桩钻进成孔过程中,1号桩混合料尚未凝固而流向2号桩钻孔中,所以发现已完的1号桩突然下落,已知1号桩下沉,当2号桩泵入混合料时,泵送压力加大,钻杆提升速度放慢,也可在30s内,不提升钻杆,迫使2号桩的混合料又流向1号桩,使1号桩恢复到原设计标高。工程中称这种现象为窜孔。窜孔发生的条件:被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂;钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体发生扰动;土体受剪切扰动能量的积累,足以使土体发生液化。
措施 工程中常采用以下措施防止窜孔的发生:
2.2.1 采取大桩距的设计方案。增大桩距的目的在于减少新打桩机器的剪切扰动,避免不良影响。
2.2.2 改进钻头,提高钻进速度。
2.2.3 减少打桩推进排数,如将一次打好几排改为2排或1排,尽快离开已打成的桩,减少对已打桩扰动能量的积累。
2.2.4 必要时采用隔桩、隔排跳打方案,但跳打要求及时清除成桩时排出的弃土,否则会影响施工进度。
一旦窜孔发生,可采取以下解决措施:当提钻灌注混合料到发生窜孔土层时,停止提钻,连续泵送混合料直到窜孔桩混合料液面上升至原设计标高时止。
2.3 断桩、接桩。
成因1在上部有较硬的土层或中间有硬土层中采用隔行跳打工艺成桩,由于桩距过近,已打桩强度不太高而被振裂。
措施1浅部断桩,对断桩单独进行处理,剔除上部断桩,用与桩身相同的混合料按桩径设计标高补桩。如果是外部原因土建单位用机械施工,造成大范围的浅部断桩,应与设计单位、监理单位、建设单位共同制定方案。
成因2通过检测发现断桩的部位多位于桩顶0.5m-1.5m以内,可判定断桩是由于开挖基坑时方法不当导致浅层断桩。
措施2CFG桩施工时,要特别注意浅部的施工质量,在开挖基坑时,在桩顶标高以上1m处,一定采用人工开挖,以免碰断桩身,保证CFG桩的完整性和质量。
桩头断桩后进行接桩,当桩顶高程低于施工图标识高程时,如开槽或剔除桩头必须进行补桩,可采用比桩体强度高一等级的豆石混凝土接桩至施工图标识桩顶标高,注意在接桩过程中保护好桩间土。
2.4 缩桩。
成因1饱和软土中成桩时,由于已打桩尚未成型,新打桩对已打桩进行挤压导致已打桩变形,造成缩颈。
措施1施工时,机长与泵工应密切配合,提升速度必须与泵入混合料的速度相配合。
成因2灌注混合料时拔管太快或振捣不到位,在桩身某个位置出现桩径突然变细的现象。
措施2施工时,钻杆提升的速度放慢,适当加大泵送混合料的压力,加大混合料的流速,防止缩桩。
成因3根据打桩记录桩长达到设计要求,但桩头不出土。这是由于技术人员测量标高错误,或由于隔行打第二遍桩时原地面标高发生了变化而没有重新测量标高所致。
措施3技术人员应正确测量标高,隔行打第二遍桩时应重新测量标高。
2.5 桩身夹泥。
成因在压缩性淤泥层,流塑淤泥质土层的松软土层中,钻杆的提升速度稍快,钻杆提出混合料面层时,容易出现桩身夹泥现象。
措施在这种松软土层施工时,钻杆提升的速度放慢,适当加大泵送混合料的压力,加大混合料的流速,防止桩身夹泥。不同土层中提升的速度不一样,砂土、砂质粘土,粘土中提升速度为1.2m/min～1.5 m/min,在淤泥质土中应适当放慢,在压缩性淤泥层,流塑淤泥质土层,再适当慢一些,根据经验控制,一般情况不超过1.0m/min。
2.6 桩体存气、空心。
成因钻杆成孔过程中,管内充满空气,钻孔到设计底标高,开始泵压注入混合料,此时要求排气阀能将管内空气排出,若排气阀被混合料浆液堵塞,不能正常工作,钻杆管内空气无法排出管外,就会导致桩体存气,桩身形成空洞和一截空桩,严重影响桩身质量。
措施为保证排气阀正常工作,杜绝桩体存气,产生空洞和空桩现象,施工时按施工程序操作,加强员工质量知识和业务技术的培训,提高员工的工作能力,经常检查排气阀是否正常,若发现堵塞,及时采取措施加以清洗或更换。
2.7 桩体垂直度偏大。
成因在松软土层上施工时,由于螺旋钻机重量大,加上施工时的振动作用,使桩机因沉降不均而倾斜,因此影响成孔的垂直度。
措施用枕木调整桩机的下沉,使桩机保持平整,在很松软的土层上施工时,应铺设一定厚度的混合砂石,保证桩机施工不沉陷。
2.8 钻头阀门打不开。
成因1钻头构造缺陷。当钻头阀门盖板采用内嵌式时,可能有砂粒、小卵石等卡住,导致阀门无法开启。
措施1改进阀门的结构型式。
成因2侧压力导致。当桩端落在透水性好、水头高的砂土或卵石层中时,阀门外侧除了土侧压力外,还有很大的水的侧压力,外侧压力大于内侧压力,导致阀门打不开。
措施2调整桩长令桩端穿过砂土,进入粘性土层。
3. 总结
实践证明,长螺旋钻管内泵压CFG桩是一种低噪音、无泥浆污染、成孔穿透能力强、施工效率高的施工工艺,目前已成为复合地基施工的首选工艺,被广泛应用于地基加固、软土处理、改善承载力等工程中。通过严格的质量控制和管理,长螺旋钻管内泵压CFG桩在软基加固中可以取得较好的效果,所以重视和研究其质量防控措施就显得尤为重要。
参考文献
[1] 建筑地基处理技术规范.JGJ79-2002,北京,2002
[2] 龚晓南.复合地基.杭州:浙江大学出版社.1992
[3] 牛志荣,李宏.复合地基处理及其工程实例.中国建材工业出版社
[4] 王晶龙.长螺旋CFG桩施工常见质量问题及控制措施.管理观察.2009年第11期
[5] 恽振波.CFG桩施工中常见问题及处理措施.城市建设.2009年6月总第32期
[6] 阎明礼编著.地基处理技术,北京:中国环境科学出版社,1996 224-260
[7] 周先荣.CFG桩复合地基的设计、施工与检测,岩土工程界,第5卷,第7期2002
[文章编号]1619-2737(2009)09-29-144
[作者简介]陈晓霞(1969- ),女,高级工程师。现从事教学及科研工作。
【关键词】CFG桩:质量问题:措施
The Common Quality Problems and Measures of CFG Pile Construction
Chen Xiao-xia
(Anyang Institute of Technology Anyang Henan 455000)
【Abstract】CFG pile is the abbreviation of cement-flyash-gravel pile,it has been widely applied in the most districts of China.But it appeared lots of quality problems,even engineering failures.This article analyzes the common quality problems of CFG pile and raises some measures.
【Key words】CFG Pile;Construction;Quality problems;Measures
1. 引言
CFG桩的施工应根据设计要求和现场地基土的性质、地下水埋深、场地周边是否有居民、有无对振动反应敏感的设备等多种因素选择施工工艺。常见的三种施工工艺:长螺旋钻孔灌注成桩;长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩;振动沉管灌注成桩。长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺,是国内近几年来使用比较广泛的一种新工艺,属非挤土成桩工艺,具有穿透能力强、低噪音、无振动、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制等特点。本文列举了CFG桩长螺旋钻成孔、管内泵压混合料施工中常见的一些质量问题,并提出了解决措施。
2. CFG桩长螺旋钻孔施工常见质量问题及解决措施
2.1 堵管。
堵管是长螺旋钻管内泵压CFG常见的主要问题,它不仅影响施工效率,增加劳动强度,而且还会造成材料浪费。
成因1拌合料配合比不合理
CFG桩桩体混合料由水泥、卵石(或碎石)、砂、粉煤灰加水在搅拌机中强制搅拌而成,当混合料中的水泥和粉煤灰用量较少时,混合料和易性不好,容易发生堵管。
措施1严格控制拌合料配比
混合料配合比要注意水泥和粉煤灰两种材料的掺入量,特别要注意粉煤灰掺量宜控制在70Kg/m3～90Kg/m3。实际施工中CFG桩强度等级一般为C15～C20,其水泥标号一般选用425号普通硅酸盐水泥,这样既不影响和易性和密实度,又在粉煤灰的掺入下加大了流动性,满足了泵送的要求,而且也不影响混合料其它技术性能,重要的是不易发生堵管现象。
成因2拌合料拌制质量有缺陷
在CFG桩施工过程中,混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头到达钻杆芯管内。混合料在管线内是以圆柱体形状,借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线的。因此所设计和搅拌的混合料必须确保混合料圆柱体能顺利通过刚性管、高强柔性管、弯管和变径管而到达钻杆芯管内。
工程实践证明,坍落度太大的混合料,易产生泌水、离析,在管线内水浮到上面,在泵压的作用下,水先流动,骨料与砂浆分离,摩擦力剧增,从而导致堵管。坍落度太小,混合料在输送管内流动性差,也容易造成堵管。
措施2严格控制拌合料搅拌时间和坍落度
料搅拌时间控制在90s以上,坍落度控制在160mm～200mm,搅拌好的混合料到泵送混凝土储料斗时,需经一定尺寸的过滤栅。若混合料可泵性差,可适量掺入泵送剂。
成因3设备缺陷
混凝土的输送有钻杆芯管,高强柔性管,刚性管,通过弯头连接起来,半圆形弯头曲率半径不合理,弯头有死弯,输送管与钻杆不能垂直连接,软管的弯曲半径太小等。
措施3选用正规生产厂家的弯头
要采用半圆形,曲率半径合理的弯头,弯头不能有死弯,输送管与钻杆也不能垂直连接,软管的弯曲半径要大于1m,采用合理的连接方法,将不会发生堵管。
无论是刚性管还是高强柔性管,若施工结束后清洗不彻底,管内会产生混合料结硬块体,会妨碍润滑砂浆流动,以致造成堵管。
成因4冬季施工措施不当
冬季施工时,混合料输送管及弯头均需做防冻保护,一旦保温效果不好,常在输送管和弯头处会出现混合料初凝前结冻,造成堵管。水温不能很好控制,一旦水温过高,如超过60℃以上,搅拌混合料时,会使混合料早凝,而产生堵管。
措施4选用合理的冬季施工方案
冬季施工时应采取措施避免混合料在初凝前遭到冻结,保证混合料入孔温度大于5℃。材料加热时根据材料加热难易程度进行,一般优先加热拌合水,其次是砂和石。混合料温度不宜过高,以免造成混合料假凝无法正常泵送施工。另外泵头管线也应采取保温措施。施工完清除保护土层和桩头后,应立即对桩间土和桩头采用草帘等保温材料进行覆盖,防止桩间土冻胀而造成桩体拉断。
成因5施工操作不当
钻杆进入土层预定标高后,开始泵送混合料,若注满混合料后不及时提钻,混凝土泵一直泵送,在泵送压力下会使钻头处的水泥浆液挤出,同样可使钻头阀门处产生无泥浆干硬少浆的混合料塞体,使管线堵塞,混合料不能下落。
措施5钻杆进入土层预定标高后,泵送混合料时应及时提钻
钻杆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,保证混合料在一定压力下灌注成桩。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。
2.2 窜孔。
成因 在高压缩性淤泥层,流塑淤泥质土层,承压水的砂土层、流砂层和饱和细砂层、粉砂层中施工常遇窜孔现象。在一般情况下,完成一根桩所需时间为30min～40min,完成1号桩后,在2号桩钻进成孔过程中,1号桩混合料尚未凝固而流向2号桩钻孔中,所以发现已完的1号桩突然下落,已知1号桩下沉,当2号桩泵入混合料时,泵送压力加大,钻杆提升速度放慢,也可在30s内,不提升钻杆,迫使2号桩的混合料又流向1号桩,使1号桩恢复到原设计标高。工程中称这种现象为窜孔。窜孔发生的条件:被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂;钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体发生扰动;土体受剪切扰动能量的积累,足以使土体发生液化。
措施 工程中常采用以下措施防止窜孔的发生:
2.2.1 采取大桩距的设计方案。增大桩距的目的在于减少新打桩机器的剪切扰动,避免不良影响。
2.2.2 改进钻头,提高钻进速度。
2.2.3 减少打桩推进排数,如将一次打好几排改为2排或1排,尽快离开已打成的桩,减少对已打桩扰动能量的积累。
2.2.4 必要时采用隔桩、隔排跳打方案,但跳打要求及时清除成桩时排出的弃土,否则会影响施工进度。
一旦窜孔发生,可采取以下解决措施:当提钻灌注混合料到发生窜孔土层时,停止提钻,连续泵送混合料直到窜孔桩混合料液面上升至原设计标高时止。
2.3 断桩、接桩。
成因1在上部有较硬的土层或中间有硬土层中采用隔行跳打工艺成桩,由于桩距过近,已打桩强度不太高而被振裂。
措施1浅部断桩,对断桩单独进行处理,剔除上部断桩,用与桩身相同的混合料按桩径设计标高补桩。如果是外部原因土建单位用机械施工,造成大范围的浅部断桩,应与设计单位、监理单位、建设单位共同制定方案。
成因2通过检测发现断桩的部位多位于桩顶0.5m-1.5m以内,可判定断桩是由于开挖基坑时方法不当导致浅层断桩。
措施2CFG桩施工时,要特别注意浅部的施工质量,在开挖基坑时,在桩顶标高以上1m处,一定采用人工开挖,以免碰断桩身,保证CFG桩的完整性和质量。
桩头断桩后进行接桩,当桩顶高程低于施工图标识高程时,如开槽或剔除桩头必须进行补桩,可采用比桩体强度高一等级的豆石混凝土接桩至施工图标识桩顶标高,注意在接桩过程中保护好桩间土。
2.4 缩桩。
成因1饱和软土中成桩时,由于已打桩尚未成型,新打桩对已打桩进行挤压导致已打桩变形,造成缩颈。
措施1施工时,机长与泵工应密切配合,提升速度必须与泵入混合料的速度相配合。
成因2灌注混合料时拔管太快或振捣不到位,在桩身某个位置出现桩径突然变细的现象。
措施2施工时,钻杆提升的速度放慢,适当加大泵送混合料的压力,加大混合料的流速,防止缩桩。
成因3根据打桩记录桩长达到设计要求,但桩头不出土。这是由于技术人员测量标高错误,或由于隔行打第二遍桩时原地面标高发生了变化而没有重新测量标高所致。
措施3技术人员应正确测量标高,隔行打第二遍桩时应重新测量标高。
2.5 桩身夹泥。
成因在压缩性淤泥层,流塑淤泥质土层的松软土层中,钻杆的提升速度稍快,钻杆提出混合料面层时,容易出现桩身夹泥现象。
措施在这种松软土层施工时,钻杆提升的速度放慢,适当加大泵送混合料的压力,加大混合料的流速,防止桩身夹泥。不同土层中提升的速度不一样,砂土、砂质粘土,粘土中提升速度为1.2m/min～1.5 m/min,在淤泥质土中应适当放慢,在压缩性淤泥层,流塑淤泥质土层,再适当慢一些,根据经验控制,一般情况不超过1.0m/min。
2.6 桩体存气、空心。
成因钻杆成孔过程中,管内充满空气,钻孔到设计底标高,开始泵压注入混合料,此时要求排气阀能将管内空气排出,若排气阀被混合料浆液堵塞,不能正常工作,钻杆管内空气无法排出管外,就会导致桩体存气,桩身形成空洞和一截空桩,严重影响桩身质量。
措施为保证排气阀正常工作,杜绝桩体存气,产生空洞和空桩现象,施工时按施工程序操作,加强员工质量知识和业务技术的培训,提高员工的工作能力,经常检查排气阀是否正常,若发现堵塞,及时采取措施加以清洗或更换。
2.7 桩体垂直度偏大。
成因在松软土层上施工时,由于螺旋钻机重量大,加上施工时的振动作用,使桩机因沉降不均而倾斜,因此影响成孔的垂直度。
措施用枕木调整桩机的下沉,使桩机保持平整,在很松软的土层上施工时,应铺设一定厚度的混合砂石,保证桩机施工不沉陷。
2.8 钻头阀门打不开。
成因1钻头构造缺陷。当钻头阀门盖板采用内嵌式时,可能有砂粒、小卵石等卡住,导致阀门无法开启。
措施1改进阀门的结构型式。
成因2侧压力导致。当桩端落在透水性好、水头高的砂土或卵石层中时,阀门外侧除了土侧压力外,还有很大的水的侧压力,外侧压力大于内侧压力,导致阀门打不开。
措施2调整桩长令桩端穿过砂土,进入粘性土层。
3. 总结
实践证明,长螺旋钻管内泵压CFG桩是一种低噪音、无泥浆污染、成孔穿透能力强、施工效率高的施工工艺,目前已成为复合地基施工的首选工艺,被广泛应用于地基加固、软土处理、改善承载力等工程中。通过严格的质量控制和管理,长螺旋钻管内泵压CFG桩在软基加固中可以取得较好的效果,所以重视和研究其质量防控措施就显得尤为重要。
参考文献
[1] 建筑地基处理技术规范.JGJ79-2002,北京,2002
[2] 龚晓南.复合地基.杭州:浙江大学出版社.1992
[3] 牛志荣,李宏.复合地基处理及其工程实例.中国建材工业出版社
[4] 王晶龙.长螺旋CFG桩施工常见质量问题及控制措施.管理观察.2009年第11期
[5] 恽振波.CFG桩施工中常见问题及处理措施.城市建设.2009年6月总第32期
[6] 阎明礼编著.地基处理技术,北京:中国环境科学出版社,1996 224-260
[7] 周先荣.CFG桩复合地基的设计、施工与检测,岩土工程界,第5卷,第7期2002
[文章编号]1619-2737(2009)09-29-144
[作者简介]陈晓霞(1969- ),女,高级工程师。现从事教学及科研工作。