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铁路客运专线路基CFG桩质量通病防治措施
孔祥立、邱斌KX店11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
（中交隧道局三企业，南京 211100）
摘要 ：本文通过石武客运专线铁路路基CFG桩施工，详细论述了在采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工过程中碰到质量问题，并针对这些问题制定了对应应对措施，大大提高了CFG桩成桩质量，为后续CFG桩施工积累了宝贵经验。
关键词：铁路客运专线 路基 CFG桩 质量通病 原因分析 应对措施
1 序言
CFG桩复合地基试验研究是建设部七五计划课题，于1988年立题进行试验研究，其成果于1992年由建设部组织鉴定，1994年被建设部、国家科委列为国家级全国重点推广项目。1997年被列为国家级工法，现已列入国家行业原则《建筑地基处理技术规范》( JGJ79-)。为深入推广这顶新技术，国家投资对施工设备和施工工艺进行了专门研究，并列入“九五”国家重点攻关项目，1999年12月通过了国家验收。
CFG (C-Cement ，F-Flyash ，G-Gravel) 桩是水泥粉煤灰碎石桩简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。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，均可保证桩间土一直参与工作。CFG桩是针对碎石桩承载特性某些局限性加以改善而发展起来，刚性桩性状明显，可以全桩长发挥侧阻，桩落在好土层上时，具有明显端承作用。桩承载能力来自桩全长产生摩阻力及桩端承载力，桩越长承载力愈高，桩土形成复合地基承载力提高幅度可达4倍以上且变形量小，合用于承载能力规定较高地基或软弱地基，是近年来新开发一种地基处理技术。
2 施工工艺及存在问题
CFG桩一般有三种成桩施工措施：振动沉管灌注成桩(合用于粉土、粘性土及素填土地基) 、长螺旋钻孔灌注成桩(合用于地下水位以上粘性土、粉土、素填土、中等密实以上砂土) 和长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩。CFG桩最初施工时采用震动沉管打桩机，是基于震动沉管打桩机。该工艺局限性在于存在震动和噪音污染，遇厚砂层和硬土层难以穿透。为完善CFG桩施工技术，1997国家立项研制开发了长螺旋钻机和配套施工工艺，并得到了推广。尤其是近几年来在我国高速铁路路基地基加固处理上得到了广泛应用。
2.1长螺旋钻孔成桩工艺
在进行CFG桩施工前，应做好充足施工准备，包括原材料（ 包括砂、碎石、水泥、粉煤灰、外加剂）在进场前须确定种类、品质，并送到试验室进行化验和做混合料配合比试验；施工前场地平整、水电等需满足CFG桩施工规定，并按规定施放桩位。

场地平整
桩位测量放样
钻机就位
钻杆垂直度检查与调整
钻孔至设计标高
停钻
混合料试件制作
钻杆内充斥混合料
混合料拌和运送与泵送
边提钻杆边泵压灌注混合料
清钻泥、废浆
移机到下一桩位
桩间土开挖
桩头处理
桩体完整性检查
桩体承载力抽检
CFG桩验收

CFG桩工艺流程图
1）、场地整平。
CFG桩施工前，要对场地进行整平并碾压，保证CFG桩机顺利就位。根据所测得原地面标高和设计桩顶标高对照成果，平整钻孔场地，使平整后地面标高比桩顶高50cm左右。场地平整完毕后，必须用20t以上压路机碾压，碾压密实至K≥0.85,以满足长螺旋钻机自重和抗钻机倾倒规定。
2）、测量放样。

根据设计加固范围及设计桩间距放设出CFG桩点位，在桩位放样点处，用直径10mm钢钎竖直打入成一20cm深孔，在孔内灌注石灰水或石灰粉，并在孔内插入标识物（用一次性木、竹筷），以便在钻孔过程中被泥土埋没后查找。对已整平地面要进行标高测量（尤其是桩位处标高），并做好记录，以确定桩底相对于场平面深度。
3）、钻机就位
钻机就位后使钻杆垂直对准桩位中心，保证CFG桩垂直度不不小于1%。在钻机上挂垂球措施，每根桩施工前由测量员进行桩位对中和垂直度检查，满足规定后方可开钻。
4）、钻进

按设计桩径、间距、桩深成孔,根据地面标高、桩顶标高推算出钻孔深度。钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动马达钻进。先慢后快，同步随时检查钻杆垂直度、偏位并及时纠正。在成孔过程中，发现钻杆摇摆或难钻进时放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移及钻杆、钻具损坏。钻头抵达设计桩长预定标高时，于动力头底面停留位置对应钻机塔身处作醒目识，作为施工时控制桩长根据。钻孔弃土应及时转运到指定场地。
5）、灌注混凝土

钻到设计位置时，停钻准备灌注。混凝土坍落度应控制在16～20cm,搅拌时间要在60～120s。泵送混凝土，严禁先拔管后泵送混凝土，拔管时钻杆必须停止转动，严禁边拔管边转动，拔管速度宜为2～2.5米/分钟，拔管应持续，混凝土泵送也必须持续。若混凝土供应不及时，导致钻机等料状况，时间较长也许导致断桩或抱钻现象，尤其是在饱和砂土、粉土层。混凝土应灌注至设计CFG桩顶标高以上50cm，停止泵送混凝土。灌注混凝土方量不得少于设计桩身加桩头体积。
6）、钻机移位
灌注完毕后钻机移至下一桩位钻孔，履带式长螺旋钻机一般采用后退移动施工次序。根据钻机详细状况，一般钻4、5个孔移动一次钻机。
7）、清除钻泥

在钻孔过程中必须随时清除钻泥，并待钻机移位后把剩余钻泥立即清除。CFG桩都埋在地面如下，无需专门养护，桩灌注完毕后强度到达80%后，方可进行下一步工序。
8）、开挖桩间土和截桩头

桩间土开挖时，挖掘机易碰撞桩头导致浅层断桩，待强度到达设计强度80%后，使用小型挖掘机（斗宽0.6m）开挖桩间土。然后使用切割机对桩进行切割，先围四面环切一周，到达一定深度后停止切割。用钢凿放在锯缝处，在桩两侧以圆心为对称点同步锤击桩头，待桩头打掉后，再人工凿平桩头表面。
9）、桩检测

桩身完整性检测，CFG桩桩身完整性采用低应变动力试验检测，桩检测率10％，根据检测成果鉴定桩身完整性；CFG桩混合料强度检测：每台班制作混合料原则立方体试件3组，原则养护56d后，进行试件抗压强度检测。根据检测成果鉴定其质量状况；CFG桩地基静力载荷试验：分别进行单桩复合地基静力载荷试验，计算沉降与承载力。检查数量：桩数0.2%，且不少于3根。
10）、 CFG 桩复合地基验收
施工结束后，对桩顶标高、桩位、桩体强度及完整性、复合地基承载力以及碎石垫层质量进行检查验收。
2.2 存在问题
根据设计规定，在CFG桩正式施工之前必须进行工艺试验。在工艺试验及前期正式施工过程中先后出现过堵管、窜孔、桩头空芯、缩径、断桩等问题，假如不认真分析原因，彻底处理这些问题，将直接影响后续CFG桩施工。
3 问题原因分析及应对措施
3.1堵管
堵管是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺常碰到重要问题之一。它直接影响CFG桩施工效率,增长工人劳动强度,还会导致材料挥霍。尤其是故障排除不畅时,使已搅拌CFG桩混合料失水或结硬,增长了再次堵管几率,给施工带来诸多困难。产生堵管原因有如下几点：
1) 混合料配合比不合理。当混合料中细骨料和粉煤灰用量较少时,混合料和易性不好,粗骨料粒径过大时常发生堵管。因此,要注意混合料配合比,尤其要注意将粉煤灰掺量控制在140 kg/ m3～155 kg/ m3范围内,坍落度应控制在160 mm～200 mm 之间，粗骨料粒径控制在3cm以内。
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、弯头最终抵达钻杆芯管内。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。坍落度太大混合料,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,也轻易导致堵管。
3) 施工操作不妥。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、硬管内混合料持续时提钻。若提钻时间较晚,在泵送压力下钻头处水泥浆液被挤出,轻易导致管路堵塞。
4) 冬期施工措施不妥。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,常常导致输送管或弯头处混合料冻结,导致堵管。冬施时,有时会采用加热水措施提高混合料出口温度,但要控制好水温度,水温最佳不要超过60℃,否则会导致混合料早凝,产生堵管,影响混合料强度。
5) 设备缺陷。弯头曲率半径不合理也能导致堵管。弯头与钻杆不能垂直连接,否则也会导致堵管。混合料输送管要定期清洗,否则管路内有混合料结硬块,还会导致管路堵塞。
6）电压低。一工班1#机由于前期和2台管桩打桩机共用一台变压器，使用电缆也比较细,导致设备供应电压低，常常发生堵管，后来通过增长1根线缆和提高变压器电压来保证施工电压，获得了良好效果。
7）施工输送管过长。控制混合料输送管长度，一般长度不易超过100m。

输送管过长轻易发生堵管现象
3.2 窜孔
在饱和粉土、粉细砂层中成桩常常会碰到这种状况,打完X 号桩后,在施工相邻Y 桩时,发现未结硬X 号桩桩顶忽然下落,当Y号桩泵入混合料时,X 号桩桩顶开始回升,此种现象称为窜孔。
发现窜孔条件有如下三条:
1) 被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂;
2) 钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动;
3) 土体受剪切扰动能量积累,足以使土体发生液化。
由于窜孔对成桩质量影响,施工中采用预控措施:
1) 采用隔桩、隔排跳打措施;
2) 设计人员根据工程实际状况,采用桩距较大设计方案,防止打桩剪切扰动;
3) 减少在窜孔区域打桩推进排数,减少对已打桩扰动能量积累;
4) 合理提高钻头钻进速度。
3.3、断桩原因分析和处理
断桩，是指CFG桩成桩后，桩身混凝土面不持续，中间有垂直于桩中心轴线开裂或间隔。断桩是CFG桩最大质量事故。断桩原因有诸多，重要有：
1）施工保护不够，有大型工程机械在强度未到达CFG桩区域运行，使桩被压断或把桩头压碎；
2）长螺旋钻机排气阀被堵；
3）灌注混凝土时，混凝土灌注供应不及时；
4）地质原因，地下水丰富，易产生断桩；
5）拔管和泵送混凝土配合不友好；
6）桩间土开挖时，挖掘机碰撞桩头、截除桩头时人为破坏都易导致浅层断桩。

浅层断桩处理措施
防止断桩措施：
1）对于施工保护局限性导致断桩，最有效措施是加强已经灌注CFG桩区域保护，用钢管或其他较结实材料将场区围护起来，严禁一切大型机械进入。
2）对于排气阀设置不妥导致断桩处理措施，一般在钻机在出厂时排气阀位置已经设置很好，不需要作改善，只有很少数钻机才出现这种问题，要常常检查排气阀，并将包裹排气阀混凝土凿除。
3）混凝土供应不及时导致断桩，加强混凝土调度，及时供应CFG桩混凝土，保证混凝土持续供应，就可以防止因混凝土供应不及时导致断桩。
4）对于地质原因导致断桩，施工中是很难控制，对流塑状和地下水丰富地质状况应对CFG桩处理进行适应性论证。
5）对拔管和泵送混凝土配合不友好导致断桩，应寻求操作人员之间默契配合。
6）桩间土开挖时，挖掘机易碰撞桩头导致浅层断桩，待强度到达设计强度80%后，使用小型挖掘机（斗宽0.6m）开挖桩间土。对截除桩头时人为遭到破坏状况，必须用锯石机切割，可有效地防止断桩。
4 结束语
CFG桩长螺旋钻机成孔施工措施是近年来发展起来一种地基处理措施,在客运专线路基地基处理施工中应用已经开始，其合用性仍有不成熟地方,现场实际施工时要尤其注意对施工过程中出现问题原因分析和经验总结,忽视任何一项都也许导致工程质量事故和大经济损失。

参照文献
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