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CFG樁施工技術(shù)與質(zhì)量控制講解,有用的知識(shí)增加了!
來(lái)源:中南大學(xué)土木建筑學(xué)院
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水泥粉煤灰碎石樁,簡(jiǎn)稱CFG樁,是由碎石、石屑、粉煤灰摻適量水泥加水拌合,用成樁機(jī)具制成的一種具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的樁。由樁、樁間土和褥墊層一起組成復(fù)合地基的地基處理方法。CFG樁有振動(dòng)沉管灌注,長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注,長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料,泥漿護(hù)壁鉆孔灌注四種成樁工藝。
CFG樁復(fù)合地基是目前應(yīng)用最廣泛,也是最有效的地基處理方法之一,具有造價(jià)經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量合理、工期較短的優(yōu)勢(shì)。在施工中,存在著地質(zhì)條件、基礎(chǔ)類型、結(jié)構(gòu)類型、地基承載力和變形要求等各種原因,對(duì)樁身質(zhì)量影響較大,出現(xiàn)了諸如樁端虛空、不飽滿,樁身縮頸,斷樁等各種質(zhì)量問(wèn)題,影響復(fù)合地基承載力。
一、CFG 樁施工工藝
施工工藝的選擇是確保成樁質(zhì)量關(guān)鍵的第一步,應(yīng)綜合考慮地基條件、加固要求、環(huán)境保護(hù)、工程造價(jià)等多方面因素。在CFG樁復(fù)合地基的施工工藝上,最主要有振動(dòng)沉管法和長(zhǎng)螺旋鉆管內(nèi)泵壓CFG樁法兩種。振動(dòng)沉管法是目前應(yīng)用最廣泛的成樁工藝。具有工藝簡(jiǎn)單,工程造價(jià)低的優(yōu)勢(shì),但受地質(zhì)因素影響大,存在噪聲污染。長(zhǎng)螺旋管內(nèi)泵料CFG鉆機(jī)成樁工藝鉆孔成樁一步到位(見(jiàn)圖1),無(wú)噪聲污染,成樁質(zhì)量可靠,但工藝復(fù)雜,成本較高。
對(duì)淤泥質(zhì)土層等無(wú)堅(jiān)硬土層和密實(shí)砂層的地質(zhì)條件,且遠(yuǎn)離城區(qū)或振動(dòng)噪聲混凝土限制不嚴(yán)格的地方,優(yōu)先選用振動(dòng)沉管法,施工效率高,造價(jià)相對(duì)較低。對(duì)于粘性土、密實(shí)砂土等穿透性要求較高的土層,以及對(duì)噪聲混凝土和泥漿污染比較嚴(yán)格的地方,建議采用長(zhǎng)螺旋管內(nèi)泵料CFG鉆機(jī)成樁工藝,先用長(zhǎng)螺旋鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)定深度,然后提升鉆桿,同時(shí)用高壓泵將混合料通過(guò)高壓管道的長(zhǎng)螺旋鉆桿的內(nèi)管壓到孔內(nèi)成樁,利用混凝土的自密性達(dá)到強(qiáng)度和樁身承載力要求。
對(duì)部分存在的夾有硬土層地質(zhì)條件的地區(qū),靈敏度和密實(shí)度較高的土,如采用振動(dòng)沉管法,會(huì)破壞土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,密實(shí)度減小,使得承載力下降。宜采用長(zhǎng)螺旋鉆孔,再用振動(dòng)沉管機(jī)制樁的組合,可有效避免振動(dòng)對(duì)樁間土的結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致的地基強(qiáng)度降低。
二、CFG樁施工工藝流程
三、樁帽施工
在施工中,當(dāng)單獨(dú)使用CFG樁加固軟弱地基時(shí),應(yīng)截樁頭設(shè)樁帽,以提高樁的荷載分擔(dān),增強(qiáng)樁對(duì)地基承載力和減小地基沉降所發(fā)揮的作用。澆筑樁體時(shí),樁頂標(biāo)高宜高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高不少于0.5m。截樁時(shí),不得造成樁頂標(biāo)高以下樁體斷裂和擾動(dòng)樁間土,只能采用切割或人工剔鑿,不得采取動(dòng)力擾動(dòng),如挖機(jī)等。
樁帽施工流程:人工開(kāi)挖→清除CFG樁設(shè)計(jì)樁頂以上部分樁間土→截除樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上樁頭(圖4)→模板安裝→混凝土澆筑(見(jiàn)圖5)。
四、施工中的注意事項(xiàng)
以長(zhǎng)螺旋管內(nèi)泵料CFG鉆機(jī)成樁工藝為例,在施工中注意以下事項(xiàng):
1)了解場(chǎng)地工程地質(zhì)條件和水文條件
根據(jù)土層特點(diǎn),制定詳細(xì)的施工組織計(jì)劃,對(duì)鉆頭和活門(mén)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。鉆頭結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮適應(yīng)硬土層鉆進(jìn)的需要。
2)掌握機(jī)械設(shè)備的性能參數(shù)
了解混凝土泵的泵送速度和泵送效率,混凝土輸送管的尺寸,鉆機(jī)卷?yè)P(yáng)機(jī)的提升速度情況。
3)做好施工前的準(zhǔn)備工作
施工人員的合理配備;施工現(xiàn)場(chǎng)各工序間的銜接和配合;施工現(xiàn)場(chǎng)和攪拌站間的協(xié)調(diào);場(chǎng)地平整。
4)做好標(biāo)識(shí),確保成孔深度不小于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng);同時(shí)還要考慮施工工作面的標(biāo)高的差異,核對(duì)實(shí)測(cè)地面與設(shè)計(jì)原地面的差異,做相應(yīng)增減。
5)保證混凝土的質(zhì)量
除保證強(qiáng)度外,施工過(guò)程中應(yīng)保證混凝土具有良好的和易性。
6)加強(qiáng)泵機(jī)與鉆機(jī)司機(jī)間的配合,保證灌注過(guò)程中無(wú)提空現(xiàn)象。確保樁身不出現(xiàn)空洞、夾砂漿、夾泥斷樁。嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè),先泵混凝土后拔管。拔管過(guò)程中始終保證鉆頭埋入混凝土,即始終保證鉆桿內(nèi)有混凝土。
7)控制好提拔鉆桿時(shí)間
當(dāng)鉆孔達(dá)到預(yù)定的深度以后,開(kāi)始泵送混凝土,待鉆桿芯管及輸送軟、硬管內(nèi)混凝土連續(xù)時(shí)開(kāi)始提拔。禁止在泵送混凝土前提鉆桿。要經(jīng)常檢查排氣孔,確保泵送混凝土?xí)r暢通。
五、CFG樁復(fù)合地基的施工要求
1)施工時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)配合比配制混合料,在攪拌機(jī)中加水?dāng)嚢?,加水量由混合料坍落度控制,長(zhǎng)螺旋鉆孔,管內(nèi)泵壓混合料成樁施工的坍落度為160mm~200mm,振動(dòng)沉管灌注成樁的坍落度宜為30mm~50mm,振動(dòng)沉管灌注成樁后樁頂浮漿厚度不宜超出200mm。
2)長(zhǎng)螺旋鉆孔,管內(nèi)泵壓混合料成樁施工在鉆至設(shè)計(jì)深度后,應(yīng)準(zhǔn)確掌握提拔鉆桿的時(shí)間,混合料泵送量應(yīng)與拔管速度相配合,以保證管內(nèi)有一定高度的配合料,遇到飽和砂土或飽和粉土層,不得停泵待料,沉管灌注成樁施工拔管速度應(yīng)按均勻線速度控制,拔管線速度應(yīng)控制在1.2m/min~l.5m/min之間,如遇淤泥或淤泥質(zhì)土,速度應(yīng)盡可能放慢。
3)樁頂標(biāo)高應(yīng)超出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高不少于0.5m。施工中樁頂標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高,留有保護(hù)長(zhǎng)度。成樁時(shí)樁頂不可能正好與設(shè)計(jì)標(biāo)高完全一致,一般要高出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高一段長(zhǎng)度,樁頂一般由于混合料自重壓力小或由于浮漿的影響,靠樁頂一段樁體強(qiáng)度較差,同時(shí)已打樁尚未硬結(jié)時(shí),施打新樁可能導(dǎo)致已打樁受到振動(dòng)擠壓,混合料上涌使樁縮小,增大混合料表面的高度即增加了自重壓力,可提高抵抗周?chē)翑D壓的能力。
4)成樁過(guò)程中抽樣作混合料試塊,每臺(tái)機(jī)械1d應(yīng)做一組(3塊)試塊(邊長(zhǎng)為150mm的立方體),標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)為28d,測(cè)定其立方體抗壓強(qiáng)度。
5)沉管灌注成樁在施工過(guò)程中應(yīng)觀測(cè)新施工樁對(duì)已施工樁的影響,當(dāng)發(fā)現(xiàn)樁斷裂并脫開(kāi)時(shí),必須對(duì)工程樁逐樁靜壓,靜壓時(shí)間一般為3min,靜壓荷載為保證使斷樁接起來(lái)為準(zhǔn)。
6)復(fù)合地基的基坑可采用人工或機(jī)械、人工聯(lián)合開(kāi)挖。機(jī)械、人工聯(lián)合開(kāi)挖時(shí),預(yù)留人工開(kāi)挖厚度應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)試開(kāi)挖確定,以保證機(jī)械開(kāi)挖造成樁的斷裂部位不低于基礎(chǔ)底面標(biāo)高,且樁間土不受擾動(dòng)。
7)褥墊層鋪設(shè)宜采用靜力壓實(shí)法,當(dāng)基礎(chǔ)底面下樁間土的含水量較小時(shí),也可采用動(dòng)力壓實(shí)法,褥墊夯實(shí)后的厚度與虛鋪厚度的比值不得大于0.9。
8)復(fù)合地基檢測(cè)必須在樁體強(qiáng)度滿足試驗(yàn)荷載條件時(shí)進(jìn)行,一般宜在施工結(jié)束14d~28d后進(jìn)行。
9)復(fù)合地基承載力宜用單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定,試驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),抽取總樁數(shù)的0.5%~1%,進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)樁身結(jié)構(gòu)完整性。
10)施工中樁長(zhǎng)允許偏差為100mm,樁徑允許偏差為20mm,垂直度允許偏差為1%。對(duì)滿堂布樁基礎(chǔ),樁位允許偏差為0.5倍樁徑;對(duì)條形基礎(chǔ),垂直于軸線方向的樁位允許偏差為0.25倍樁徑;順軸線方向的樁位允許偏差為0.3倍樁徑;對(duì)單排布樁樁位允許偏差不得大于60mm。
六、CFG 樁施工中存在的質(zhì)量通病及控制措施
在施工中,由于各種因素的影響,主要存在的質(zhì)量問(wèn)題有縮頸、斷樁、樁體強(qiáng)度不均和不足等。
1
樁身垂直度及樁位偏差
主要原因:操作手未按技術(shù)交底進(jìn)行作業(yè);旁站人員未對(duì)樁機(jī)進(jìn)行有效監(jiān)控;技術(shù)交底未明確具體作業(yè)方式。
控制方法:垂直度控制,在樁機(jī)懸掛雙向垂球;旁站人員在樁機(jī)就位后進(jìn)行實(shí)測(cè),判定樁身的垂直度偏差是否滿足規(guī)范或設(shè)計(jì)要求。
樁位偏差:施工前清除地下障礙,平整壓實(shí)場(chǎng)地以防鉆機(jī)偏斜;放樁位時(shí)認(rèn)真仔細(xì),嚴(yán)格控制誤差。
樁機(jī)的水平度和垂直度在開(kāi)鉆前和鉆進(jìn)過(guò)程中注意檢查復(fù)核。
2
短樁
主要原因:標(biāo)識(shí)不清;施工隊(duì)伍偷工減料;旁站人員不足、控制不嚴(yán),管理人員巡查不夠。
控制方法:在樁機(jī)機(jī)身上做明確的長(zhǎng)度標(biāo)識(shí),為方便夜間施工控制,需用反光材料進(jìn)行標(biāo)識(shí);標(biāo)識(shí)的最小刻度一般為50cm或25cm;增加必要的旁站人員,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn);分部和經(jīng)理部管理人員加強(qiáng)巡視,特別是夜間施工的巡視。
3
淺層斷樁
主要原因:上覆土清除時(shí)間、機(jī)械不妥;樁頭破除方式不妥;褥墊層施工方法不當(dāng)。
控制方法:在樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上后,用小型挖掘機(jī)清除上覆土;建議電鋸進(jìn)行切樁頭;褥墊層第一層施工時(shí)采用機(jī)械配合人工進(jìn)行,大型機(jī)械不得進(jìn)入地基處理區(qū)。
4
樁頭疏松
主要原因:提管速度過(guò)快;混合料離析等;停灰面過(guò)低,未留相應(yīng)的超灌長(zhǎng)度。
控制方法:按作業(yè)指導(dǎo)書(shū)規(guī)定的提管速度嚴(yán)格控制;預(yù)留適當(dāng)?shù)某嚅L(zhǎng)度;加強(qiáng)對(duì)混合料攪拌、運(yùn)輸、澆筑過(guò)程的監(jiān)控。
5
樁身離析
主要原因:混合料工作性能不佳;提管速度過(guò)快;提管過(guò)程中,停止供混合料。
控制方法:加強(qiáng)對(duì)混合料攪拌、運(yùn)輸、澆筑過(guò)程的監(jiān)控;根據(jù)混凝土泵的實(shí)際功效,確定合理的提管速度;提管過(guò)程中,嚴(yán)禁停泵。
6
樁端未進(jìn)入相應(yīng)的持力層
主要原因:對(duì)瞬間電流控制目的不清,未按瞬間電流、樁長(zhǎng)進(jìn)行雙控。
控制方法:細(xì)化作業(yè)指導(dǎo)書(shū)和技術(shù)交底,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)旁站、技術(shù)、管理人員進(jìn)行培訓(xùn);做好電流樁長(zhǎng)的相互控制和配合。
7
樁身混凝土收縮
樁身回縮是普遍現(xiàn)象,一般通過(guò)外加劑和超灌予以解決,施工中保證充盈系數(shù)大于1。
控制措施:樁頂至少超灌1.0m,并防止孔口土混入;選擇減水效果好的減水劑。
七、CFG樁復(fù)合地基施工質(zhì)量的控制措施
1
深入了解地質(zhì)情況,選用合理的成樁工藝
嚴(yán)格按施工要求,在施工過(guò)程中,施工工藝對(duì)CFG樁復(fù)合地基的質(zhì)量至關(guān)重要,不合理的施工工藝將造成重大的質(zhì)量問(wèn)題,甚至導(dǎo)致質(zhì)量事故,而要選擇確定合理的施工工藝必須深入了解地質(zhì)情況。同時(shí),CFG樁復(fù)合地基區(qū)別于樁基的主要特點(diǎn)就是CFG樁充分利用了樁間土的承載力,所以,施工過(guò)程中應(yīng)盡量減少擾動(dòng)原狀土而引起土的強(qiáng)度降低。CFG樁成樁工藝中,選用哪一類成樁機(jī)和什么型號(hào),與土的性質(zhì)具有密切關(guān)系,要視工程的具體情況而定。
在施工準(zhǔn)備階段,應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況合理地選用施工機(jī)械,這是確保CFG樁復(fù)合地基施工質(zhì)量的有效途徑。選擇好施工工藝后,要嚴(yán)格按要求施工,把握好施工要點(diǎn)和施工環(huán)節(jié)。在施工準(zhǔn)備階段確定施工方案時(shí),設(shè)計(jì)好相應(yīng)的技術(shù)和質(zhì)量保證措施,做到心中有數(shù)。
2
采用正確的打樁順序
1)在飽和軟土中成樁,樁機(jī)的振動(dòng)力較小,當(dāng)采用連打作業(yè)時(shí),由于飽和軟土的特性,新打的樁將擠壓已打樁,使已打樁被擠扁形成橢圓狀或不規(guī)則形狀,嚴(yán)重的產(chǎn)生縮頸和斷樁。此時(shí),應(yīng)采用隔樁跳打施工方案
2)在飽和的松散粉土中施工,由于松散粉土振密效果好,樁體施工完后,土體密度會(huì)有顯著增加。而且,打的樁越多,土的密度越大。在采用跳打方式打樁時(shí),一是加大了沉管難度,二是非常容易造成已打樁斷裂。此時(shí),隔樁跳打方法不宜采用。
3)當(dāng)滿堂布樁時(shí),不宜從四周轉(zhuǎn)向內(nèi)推進(jìn)施工,宜從中心向外推進(jìn)施工,或從一邊向另一邊推進(jìn)施工。但僅憑打樁順序的改變并不能完全避免新打樁的振動(dòng)對(duì)已結(jié)硬樁體產(chǎn)生影響。此時(shí),應(yīng)采用螺旋鉆孔的方案,避免新打樁的振動(dòng)造成已打樁的斷樁。
3
嚴(yán)格控制拔管速率
控制混合料泵送量與拔管速率相匹配,不得停泵待料。拔管速率太快可能導(dǎo)致樁徑偏小或縮頸斷樁,而拔管速率過(guò)慢又會(huì)造成水泥漿分布不勻、樁頂浮漿過(guò)多、混合料離析和樁身強(qiáng)度不足等現(xiàn)象。因此施工時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制拔管速率,正常的拔管速率應(yīng)控制在1.2m/min~1.5m/min,一般樁頂浮漿可控制在10cm左右。
4
控制好混合料的坍落度
大量工程實(shí)踐表明,坍落度的大小對(duì)CFG樁施工質(zhì)量影響非常顯著。混合料坍落度過(guò)大,會(huì)形成樁頂浮漿過(guò)多,形成樁體的離析和泌水,樁體強(qiáng)度降低;坍落度過(guò)小會(huì)導(dǎo)致樁體材料流動(dòng)性降低,頻繁堵管。坍落度控制在 3cm~5cm時(shí),和易性好,成樁質(zhì)量容易控制。
5
設(shè)置保護(hù)樁長(zhǎng)
每根樁在加料時(shí),要比設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)多加0.5m樁長(zhǎng)的混合料。用插入式振搗棒對(duì)樁頂混合料加振3s~5s,提高樁頂混合料密實(shí)度。上部基礎(chǔ)施工時(shí)再將保護(hù)樁長(zhǎng)剔除掉,確保成樁標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高一致。同時(shí)褥墊層鋪設(shè)應(yīng)保證在樁頂以下30mm~50mm,即樁體嵌入褥墊層30mm~50mm。褥墊層鋪設(shè)宜采用靜力壓實(shí)法,當(dāng)基礎(chǔ)底面下樁間土的含水量較小時(shí),也可采用動(dòng)力夯實(shí)法。施工垂直度偏差不應(yīng)大于1%,對(duì)滿堂布樁基礎(chǔ),樁位偏差不應(yīng)大于0.4倍樁徑,對(duì)條形基礎(chǔ),樁位偏差不應(yīng)大于0.25倍樁徑,對(duì)單排布樁樁位偏差不應(yīng)大于60mm。
6
加強(qiáng)施工過(guò)程中的管理
加強(qiáng)施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)和反饋,加強(qiáng)監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,以便針對(duì)性地采取有效措施。重點(diǎn)應(yīng)做好施工場(chǎng)地和已打樁樁頂標(biāo)高觀測(cè),經(jīng)緯儀跟蹤進(jìn)行樁軸線的控制,及時(shí)抽查澆筑質(zhì)量,對(duì)承壓水壓力較高的場(chǎng)地鉆探深井降低水壓力,褥墊層施工前樁間浮土清除干凈等監(jiān)測(cè)工作。
八、CFG樁成樁檢測(cè)
在CFG樁施工中,樁位、垂直度、有效直徑的允許偏差應(yīng)符合以下規(guī)定:樁長(zhǎng)允許差不大于10cm;樁徑允許差不大于2cm;垂直度允許差不大于1%;樁位允許偏差:
1)筏板基礎(chǔ)滿堂紅布樁的基礎(chǔ)不大于1/2D;
2)條基或獨(dú)立基礎(chǔ):垂直軸線方向不大于1/4D,順軸線方向不大于1/3D,單排布樁不得大于1/4D,且不得大于6cm。根據(jù)要求,成樁7d后及時(shí)進(jìn)行低應(yīng)變對(duì)樁身質(zhì)量檢測(cè)。檢測(cè)前,應(yīng)做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,從而保證檢測(cè)工作有序、及時(shí)的進(jìn)行。
檢驗(yàn)主要包括CFG樁的數(shù)量、布局形式是否符合設(shè)計(jì)要求;CFG樁的樁身質(zhì)量完整性應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求,檢驗(yàn)樁總數(shù)的10%;處理后的復(fù)合地基承載力、變形模量能否滿足設(shè)計(jì)要求及處理后的單樁承載力能否滿足設(shè)計(jì)要求,采用平板載荷試驗(yàn)進(jìn)行;樁頭處理是否符合設(shè)計(jì)要求,樁頭應(yīng)平整,無(wú)破碎,干燥;排除基坑內(nèi)積水等。
九、結(jié)語(yǔ)
CFG樁復(fù)合地基是在碎石樁加固地基法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種地基處理技術(shù),不僅能很好地發(fā)揮全樁的側(cè)阻作用,同時(shí)也能很好地發(fā)揮其端阻作用。CFG樁樁體材料可摻入工業(yè)廢料粉煤灰、不配筋,具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
CFG樁在施工過(guò)程中嚴(yán)格按照施工要求施工,并采取相應(yīng)的質(zhì)量控制措施:合理選擇打樁順序;準(zhǔn)確定樁位;嚴(yán)格控制拔管速率及泵送量;控制好混合料的坍落度,避免中途堵泵;設(shè)置保護(hù)樁長(zhǎng);拔管過(guò)程避免反插;控制樁的垂直度;注意成品保護(hù)等。CFG樁的施工質(zhì)量有了保證,可以減少不必要的建筑地基隱患,最大限度地保證廣大人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。
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