试验段路基基础加固CFG桩施工介绍.doc

武广客运专线武汉工程试验段
松软土路基CFG桩加固施工介绍

一、工程概况
武广客运专线武汉工程试验段里程为DK1228+500～DK1238+750（其中短链973.70m），全长9.2763km(双线)。主要工程数量：桥梁2座/967.42延米，路堤全长4.82km，路堑全长3.49km，分别占工程试验段总长的10.4%、52.0%和37.6%，其中地基加固CFG桩295000延米。
本标段沿线高阶地垄岗区上覆第四系地层，主要为第四系中更新统冲击层，岩性为黏土、粉质黏土、硬塑～坚硬，厚5～30m，部分谷地表层为第四系全新统冲击层，为软塑～硬塑状黏土、粉质黏土、局部流塑，厚3～10m；下伏基岩主要为二迭系灰岩、泥质灰岩及侏罗系砂岩及砾岩，软质多为泥质胶结，部分为钙质胶结，以红色为主，全风化～强风化带较厚，约10～25m，弱风化带岩体完整，残丘区基岩裸露，为二迭系灰岩，弱风化，岩溶不发育。沿线地下水主要类型为上层滞水，主要赋存于第四系土层中，受大气降水及地表水补给，地下水位随季节变化，地下水埋深约0.5～6m。
武汉工程试验段CFG桩设计单桩长L=4.0～16.2m，直径50cm，间距为1.2～1.5m，要求CFG桩必须穿透软弱土至硬层不小于1m。按照设计要求需做CFG桩工艺性试验，确定参数后方可进行试验段CFG桩的正式施工。
武汉工程试验段于2005年12月5日～ 12月8日完成了试桩，12月19日完成桩身完整性检测，2006年元月20日监理批复了试验报告。目前已经完成路基CFG桩1535根/10745延米，涵洞CFG桩 115根/690延米。
二、工艺性成桩试验
试验地点选在DK1230+425（桩间距1.5m）及DK1230+419（桩间距1.2m）线路左侧，路基坡脚线外侧，红线征地界内侧，该处下卧地质情况为黏土，软塑～硬塑。 通过CFG桩试验完成设备选型、确定施工工艺和施工顺序，确定混合料配合比、坍落度、搅拌时间、钻机拔管速度等各项工艺性参数，并形成具有指导性意义的工法，以指导本试验段以后CFG桩的施工。

CFG桩平面示意图单位：cm）

㈠ 试验方案
本次试验8根CFG桩，共分两个独立的桩群，四根一组，桩群净距6m，桩间距按设计要求正方形布置，间距分别为1.2m和1.5m。
桩 号
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
桩 长(m)
5.840
5.850
5.840
8.000
5.820
5.900
5.800
5.800
桩底标高（m）
32.228
32.203
32.207
30.026
32.196
32.189
32.224
30.220
混合料灌注方式
泵送混合料 串筒下料
芯管内泵送混合料
现场搅拌混合料孔口2m范围内振捣
现场搅拌混合料全桩长范围内振捣
CFG桩桩位情况表
本次试验CFG桩底除4#桩达到基岩顶之外，其余进入硬层不小于1m。
1、材料要求
混合料各种原材料必须满足规范标准和设计要求，通过检测选用的原材料分别为：水泥为华新水泥股份有限公司生产的堡垒牌P.O32.5水泥, 砂为洞庭湖中粗砂，碎石为江夏区公路局京珠采石场5～25mm碎石 , 粉煤灰为湖北赤壁电厂的II级粉煤灰，外加剂为山西桑穆斯化工厂的Rc-8型泵送剂。CFG桩桩身混合料28天龄期标准立方体抗压强度不小于15Mpa，坍落度要求：泵送混合料控制在160～200mm，现场搅拌混合料控制在30～50mm。泵送混合料配合比为：水泥：河砂：碎石：粉煤灰：外加剂：水=1：3.85：5.785：0.50：0.012：0.94；现场搅拌混合料配合比为：水泥：河砂：碎石：粉煤灰：水=1：4.15：5.50：0.5：0.9。 搅拌时间按普通混凝土要求进行控制。  
2、主要机具
    TS-22型长螺旋钻机1台（主要参数：钻孔直径500mm、最大成孔深度22m，动力头功率45kw×2）、混合料输送泵1台、160Kw发电机一台，砂浆搅拌机一台，混合料捣固棒2台、三级电箱2个、小推车5辆，串筒及漏斗一套。
3、施工工艺
    成桩施工分别采用以下两种工艺：
  采用长螺旋成孔芯管内泵压混合料成桩及采用长螺旋成孔用串筒灌注混合料施工成桩。对于芯管内泵送混合料施工时，单桩混合料控制以记录输送泵的泵送次数来推算单根桩的灌注量；对于用串筒灌注混合料施工时，采用记录小斗车运输混合料次数来推算单根桩的灌注量。
㈡试验过程
1、放线：施工前放出施工桩位，桩位中心点用钎子插入地下，并用白灰明示。
2、成孔：长螺旋钻机成孔，匀速钻进，在钻杆上每米处做好标记，以确定进尺深度；CFG桩桩体垂直度偏差不超过1％。施工前，先做地质探测孔以复核地质资料，并记录地质变化时电流的变化，以便施工时作为判断地质情况的参考。
施工顺序以延路基方向成排顺序施工。
3、混合料灌注
采用了四种灌注方法：

⑴长螺旋芯管内泵压混合料施工（3#、4#桩）
成孔至设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆芯管内充满混合料后开始拔管，压灌混合料时一次提钻高度小于25cm，采用静止提拔,提拔速度控制在2～3m/min。
⑵泵送混合料，用串筒下料，连续灌注不振捣（1#、2#桩）
成孔至设计标高后，提升钻杆，清理孔口余土，然后挂漏斗及串筒，最底节串筒出料口距孔底不大于1m。泵送混合料灌注时，保持连续灌注，不用振捣。
⑶现场搅拌混合料，用串筒下料，孔口2m范围内振捣（5#、6#桩）
成孔至设计标高后，提升钻杆，清理孔口余土，然后挂漏斗及串筒，然后挂漏斗及串筒，最底节串筒出料口距孔底不大于1m。混合料现场搅拌，人工运输，在孔口2m以下不振捣，只在孔口2m范围内用插入式振捣棒振捣。
⑷混合料现场搅拌，用串筒下料，全长范围内振捣（7#、8#桩）
成孔至设计标高后，提升钻杆，清理孔口余土，然后挂漏斗及串筒，然后挂漏斗及串筒，最底节串筒出料口距孔底不大于1m。混合料现场搅拌，人工运输，全程振捣。
㈣成桩质量检测
1、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，检测工作由成都工程检测研究所基桩检测站承担，经检测有4根桩为I类桩（分别为3#、5#、7#和8#桩），有4根桩为II类桩（1#在3.9m左右、2#在3.6m左右、4#桩在5.3m左右、6#桩在1.5m左右有其轻微缩颈
2、 CFG桩混合料强度
现场制作混合料标准立方体试件8组，进行28天标准养护后，进行试件抗压强度检验。经试块抗压强度检验，平均抗压强度为30.7 Mpa，全部合格。
按照《铁路工程结构混凝土强度检测规程》（TB 10426-2004）规定，分别对1#桩和5#桩进行了钻芯取样，芯样试件每孔取三组，芯样直径为100㎜，芯样试件的高度与直径之比为1：1。经试验室检测1#桩上部结构混合料强度推定值为17.7Mpa、17.4Mpa，中部结构混合料强度推定值为18.6 Mpa、19.2 Mpa，下部结构混合料强度推定值为19.2 Mpa、17.4 Mpa，全部合格；5#桩上部结构混合料强度推定值为17.9Mpa、20.0Mpa，中部结构混合料强度推定值为20.8 Mpa、20.6Mpa，下部结构混合料强度推定值为19.0Mpa、19.4 Mpa，全部合格。
㈣试桩结论
1．确定了施工设备和施工工艺。使用长螺旋钻机成孔及芯管泵送混合料灌注的施工方法，成桩速度快、质量比较好，适合本试验段施工。在试桩期间也曾试用过多种设备，如振动沉管因地层较硬只能打到地表以下2～3m，很难达到设计深度；捶击沉管虽然成孔质量较好、效率高，但对邻桩影响较大，故均未采用。
2．确定了混合料原材料和配合比。混合料的各种材料技术指标均满足规范要求，采用试验配合比的抗压强度满足设计要求。
3．确定了相关参数。采用该工装时，泵送混合料配合比的坍落度控制在160～180mm，混合料搅拌时间控制在60～120s，拔管速度控制在2.2m/min，施打顺序按成排顺度施工，成桩后不允许机械扰扰动。
三、路基CFG桩施工
㈠工点：DK1237+800～+930段130m路基CFG桩地基加固。
㈡设计技术交底：2006年1月14日，武广公司武汉项目部组织咨询、监理、设计、施工单位在武汉工程试验段对DK1237+800～DK1237+930段130m路基CFG桩进行了设计图纸的技术交底和施工图核对工作。
㈢施工组织
在130m路基施工中采用长螺旋钻进成孔芯管内泵送混合料成桩的施工方法，在施工中加强泵送混合料成桩的施工控制，以提高CFG桩的成桩质量；加强各工序间的施工配合，以提高成桩的速度；在施工中不断积累相关数据，为以后大面积展开施工提供参考经验。
1、施工准备
测量准备：施工测量严格按测量规范要求进行，所有测量仪器都进行校核与检定，保证测量精度。
技术准备：施工设计图纸及有关施工资料到位后，组织技术人员进行图纸复核，组织相关人员培训、学习相关技术规范及施工细则、设计文件，做好施工前的技术准备工作。
施工技术交底：根据施工图，技术人员要进行技术交底。交底内容包括：施工方法、施工工艺、施工安全、机械使用等。
物资准备：材料的取样试验工作已经按规范要求完成，全部采用试桩所选用的材料。
人员配备：普工5人、钻机操作手4人、汽车驾驶员2人、搅拌机操作手2人、修理工及电工4人、技术负责人1人、现场施工记录人员2人、试验人员1人、现场领工员2人、工班长2人、测量人员3人，计28人。
机械及仪器准备：配置先进的施工机械及土工、混凝土检测设备、测量仪器及仪表。详见下表：

设 备 配 备 表
序号
机械名称
规格
数量（台）
说明
1
长螺旋CFG桩机
DDJ-32
1

2
装载机
CAT938F
1

3
自卸汽车
10t
3

4
挖掘机
CAT320C
1

5
混凝土搅拌机
JS750
1

6
混凝土罐车
7m3
1

7
发电机
250KW
2

8
全站仪
LeicaTCRA1101
1

9
水准仪

1

10
捣固棒

4

11
电焊机

1

12
其它小型机具

2、长螺旋施工工艺流程
长螺旋钻机芯管内泵压混合料灌注施工流程图
钻机就位
钻孔至设计标高
停钻
泵送混合料

混合料灌满后按规定速度边泵送边提拔钻杆至地表
移位施打下一根
测量放线

原地面处理

钻机就位：钻机就位后，应使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1％。采用在钻架上挂垂球的方法，在钻架上刻上明显的对照位置线，每根桩施工前都有专门的人员进行桩位对中及垂直度检查，满足要求后，方可开钻。。
混合料搅拌：混合料搅拌按配合比进行配料。每盘料搅拌时间按照普通混凝土的搅拌时间进行控制，控制在60～120s，塌落度控制在160mm～180mm。具体搅拌时间由搅拌站集中控制室进行控制，并在电脑中有详细记录。
钻进成孔：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，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。在成孔过程中，发现钻杆摇晃或难钻时，放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移及钻杆、钻具损坏。根据钻机塔身上的进尺标记，成孔到达设计标高时停止钻进。
为加强工程地质复核，加密设计地勘断面（25米间隔），在施工前先在规划好的断面位置进行地质复核，并进行详细记录绘制成地质纵断面图，作为施工参考；或在一定区域范围内第一个孔进行地质复核，作为本区域CFG桩施工的依据。
在钻进时，记录每米电流变化并记录电流突变位置的电流值，作为地质复核情况的参考。
灌注及拔管：钻孔至设计标高后，停止钻进，开始混合料灌注，每根桩的投料量应不少于设计灌注量。钻杆芯管充满混合料后开始拔管，施工桩顶高程宜高出设计高程50cm，灌注成桩完成后，桩顶盖土封顶予以保护。
在灌注混合料时，对于混合料的控制采用记录泵压次数的办法，对于同一种型号的输送泵每次输送量基本上是一个固定值，根据泵压次数来计量混合料的投料量。
灌注时采用静止提拔钻杆，在特殊情况下采用边转边提进行灌注，如圆砾层等情况下，拔管速度控制在2～3m/min。
移机：上一根桩施工完毕，钻机头进行保护，移位，进行下一根桩的施工。
现场试验：对于每盘混合料，试验人员都要进行坍落度的检测，合格后方可进行混合料的投料，在成桩过程中抽样做混合料试块，每台班做1组试块，测定其28天抗压强度。
3、施工工效
该段路基CFG桩施工时间为2006年元月22日～3月3日，其中净工作时间为24天。使用该型号长螺旋钻机芯管内泵送混合料的施工方法，单机成桩工效约450m/天（24小时），且不受地下水的影响，适合各种软土地层。
四、 施工质量控制要点
1．应选用技术先进、性能稳定的施工设备。针对武汉工程试验段的地质条件，长螺旋钻机具有工效高、成孔质量易控制等优点，应优先选用。
2．混合料灌注时钻杆提拔速率和输送泵的泵送量要密切配合，钻杆静止提拔，并保证连续提拔，施工中严禁出现超速提拔及先提管后泵料。灌注过程中芯管插入混合料的最小深度宜按25cm控制。
3．确保桩长达到设计要求。设计要求CFG桩必须穿透软弱土层至硬底，对于第四系地层一般应嵌入砂类土或硬塑黏性土≮2m，对于下伏基岩段应嵌入全风化层≮1m。
4．混合料的各种材料技术指标必须满足规范要求，其抗压强度必须满足设计要求。
5．做好地质情况的复核工作。对有代表性的地点在施钻过程中适时提钻以确认地层分布情况是否和地质资料一致，特别是钻进达到设计深度时要确认桩尖土是否已经达到持力层足够深度。必要时，可在相邻两地质横断面中间进行补钻，以进一步复核地质情况。若出现异常情况，则必须及时通知监理和设计单位到现场确认，并提出处理意见。
五、检测内容
按设计及相关规范要求的频率严格进行检测，同时现场配合监理单位的平行检验（试验）及第三方检测单位的检测工作。
1．混合料28天龄期标准立方体试件抗压强度≮15Mpa。
2．成桩28天后采用低应变检测CFG桩桩身完整性。
3．CFG桩按复合地基设计时，处理后的复合地基承载力、变形模量应满足设计要求；按柱桩设计时，处理后的单桩承载力应满足设计要求。
4．CFG桩检测试验结果应及时上报相关单位，便于分析。
六、其他
其他未尽事宜请参照《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)、《客运专线铁路路基工程施工技术指南》(TZ212－2005)及其他相关规范执行。