振动沉管CFG桩加固深厚软土地层施工工法.docx

1、振动沉管CFG桩加固深厚软土地层施工工法振动沉管CFG桩加固深厚软土地层施工工法 一、前言CFG桩（Cement Fly-ash Gravel Pile）是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是近年来新开发的一种软土地基加固处理技术，通过调整水泥掺量及配比，可使桩体强度等级在C5C25之间变化，其受力特性介于碎石桩和混凝土桩之间。桩长可以从几米到二十多米，并可全桩长发挥桩的侧阻力。CFG桩可用于独立基础、条形基础、筏基和箱形基础等，应用范围已涉及公路、铁路、房建、机场等。由于开发时间较短，目前在设计计算理论和工程施工经验方面尚不成熟。2003年由中铁七局集团第三工程有限公司（原中铁一局三公司）承建的上海安

2、亭高速铁路路基试验段（铁道部2002年高速铁路软土地基沉降控制试验研究科研项目），通过振动沉管CFG桩在软土路基段的施工与研究总结，熟练掌握了采用振动沉管成桩机快速成桩的CFG桩加固深厚软土地层的施工工艺及施工质量控制要点，并在施工中逐步形成此工法。二、工法特点1、CFG桩施工属于非排土挤密成桩；2、具有施工操作简便、施工速度快、施工费用低、对桩间土挤密效应显著等优点；3、采用振动沉管CFG桩施工工艺施工的CFG桩复合地基可以提高地基承载力、减少地基变形以及消除地基液化。三、适用范围主要适用于粉性土、粉土、淤泥质土、人工填土及松散砂土等地质条件，尤其适用于松散的粉土、粉细砂的加固。四、工艺原理

3、CFG桩是在碎石桩基础上添加一些粉煤灰、少量水泥和石屑或砂，按一定配比加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩，通过调整水泥掺量，可使桩体强度在C5C25之间变化，桩体粗骨料为碎石；石屑或砂为中等粒径骨料，可使混合料级配良好；粉煤灰具有细骨料及低标号水泥的作用。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层和夹在褥垫层中间的一层双向土工格栅一起形成CFG桩桩网复合地基。五、施工工艺流程及操作要点 振动沉管CFG桩施工工艺流程见图1。图1 沉管CFG桩施工工艺流程施工操作要点：（1）桩机就位CFG桩施工时，桩机就位后，根据设计桩长、沉管入土深度确定机架高度和沉管长度，并进行设备组装。（2）混合料搅拌混合料搅拌要

4、求按配合比进行配料，计量要求准确，上料顺序为：先装碎石，再加水泥、粉煤灰，最后加石屑或砂，使水泥、粉煤灰合夹在碎石和石屑或砂之间，不易飞扬和粘附在筒壁上，也易于搅拌均匀。每盘料搅拌时间不应小于60s。混合料塌落度控制在35cm。（3）沉管成孔向下移动沉管至管头触及桩位（或钢筋混凝土桩尖）中心，用桩机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使沉管垂直对准桩位（或钢筋混凝土桩尖）中心，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。启动马达沉管。一般应先慢后快，这样既能减少沉管摇晃，又容易检查桩孔的偏差，以便及时纠正。沉管过程中做好记录，每沉管1m记录电流表上的电流一次。并对土层变化处予以说明。在

5、沉管过程中，如发现沉管摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则容易导致桩孔偏斜、位移，甚至使桩头、沉管等破坏。沉管到预定标高，停机。（4）灌注及拔管灌注：CFG桩成孔到设计标高，停机后立即向管内投料，直到混合料与进料口齐平。灌注过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致灌注中断。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。成桩后浮浆厚度以不超过20cm为宜。拔管：启动马达，留振510s，开始拔管，拔管速率一般为1.21.5m/min（拔管速度为线速度，不是平均速度），如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率还应放慢。拔管过程中不允许反插。如上料不足，须在拔管过程中空中投料，以保证成桩后桩顶标高达到设计要求。成桩后桩顶标高

6、应考虑计入保护桩长。沉管拔出地面，确认成桩符合设计要求后，用粒状材料或湿粘性土封顶。然后移机进行下一根桩的施工。施工过程中，抽样作混合料试块，一般一个台班作一组（3块），试块尺寸为15cm15cm15cm，并测定28天抗压强度。（5）移机当上一根桩施工完毕后，桩机移位，进行下一根桩的施工。 六、劳动组织每班作业劳动力组织见表1。 每班作业劳动力组织表 表1序号工作项目作业内容人数序号工作项目作业内容人数1施工准备平整场地14混合料投料翻斗车司机3测量放样2投料32混合料搅拌搅拌机司机15其他班长1碎石4技术负责人1粉煤灰2试验员1水泥1安全员1石屑（或砂）2质检员13沉管、拔管机械手2电工1桩

7、机辅助人员2其他辅助人员54成孔成孔检查1合 计35注：搅拌机司机、机械手、翻斗车司机、试验员、安全员、质检员、电工属于特殊工种，须持证上岗。七、材料与设备 单个工作面施工所需机具、设备配备见表2。 单个工作面所需机具、材料、设备配备表 表2序号作业项目机具设备名称规格型号单位数量备注1成 桩振动沉管成桩机DZ90KS台1配悬挂式桩架2混合料搅拌混凝土搅拌机JZC350台1混合料拌制手推车辆6原材料运输3混合料运输翻斗车JS-1J台3混合料运输4发电机150kw/h台1备用5混合料试验抗压试模151515cm个6试验用坍落度测定仪个16量测与测量全站仪拓普康301台1方向控制经纬仪J2台1水准

8、仪C40台1标高控制塔尺个1八、质量控制1、 CFG桩施工中应遵守的质量标准：（1）质量管理体系标准（GB/T19001-2000）；（2）建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）；（3）建筑桩基技术规范（JGJ94-94）；（4）上海市工程建设规范地基处理技术规范（DGJ08-40-94）、地基基础设计规范（DGJ08-11-1999）、钻孔灌注桩动力测试技术规程（DGJ08-218-96）等。2、CFG桩施工质量验收要求：（1）水泥、粉煤灰及碎石等原材料符合设计要求。（2）施工中检查桩身混合料的配合比、坍落度和提拔沉管速度、成孔深度、混合料灌入量等复合设计和规范要求。（3）施工结束后，对桩顶

9、标高、桩位、桩体质量、地基承载力以及褥垫层的质量作了详细的检查，达到预期效果。（4）水泥粉煤灰碎石桩复合地基的质量检验标准符合表3规定： CFG桩复合地基质量检验标准 表3项目序号检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1原材料设计要求查产品合格证书或抽样送检2桩径mm-20用钢尺量或计算填料量3桩身强度设计要求查28天试块强度4地基承载力设计要求按规定的办法一般项目1桩身完整性按桩基检测技术规范按桩基检测技术规范2桩位偏差满堂布桩0.40D用钢尺量，D位桩径3桩垂直度%1.5用经纬仪测桩管4桩长mm+100测桩管长度或垂球测孔深5褥垫层夯填度0.9用钢尺量注： 1、夯填度指夯实后的褥

10、垫层厚度与虚体厚度的比值。 2、桩径允许偏差负值是指个别断面。3、CFG桩施工质量控制要点（1）施工前的工艺试验 施工前的工艺试验，主要是通过试桩，考察设计的施打顺序和桩距能否保证桩身质量。工艺试验结合工程桩施工进行，并需作如下两种观测： 新打桩对未结硬的已打桩的影响。在已打桩桩顶表面埋设标杆，在施打新桩时量测已打桩桩顶的上升量，以估算桩径缩小的数值，待已打桩结硬后，开挖检查其桩身质量并量测桩径。 新打桩对结硬的已打桩的影响。在已打桩尚未结硬时，将标杆埋置在桩顶部的混合料中，待桩体结硬后，观测打新桩时已打桩桩顶的位移情况。试桩实际灌注混合料数量稍大于设计理论值，说明工艺成熟，向上位移不大，从后

11、期基桩检测接过来看，向上的位移不超过1cm，断桩的可能性也很小。（2）施打顺序在设计桩的施打顺序时，主要考虑新打桩对已打桩的影响。施打顺序大体可分为两种类型，一是连续施打，如图2（a）所示，从1号桩开始，依次2号、3号，连续打下去；二是间隔跳打，可以隔一根桩，也可隔多个桩打。如图2 图2 CFG桩施打顺序示意图（b）所示，先打1、3、5，后打2、4、6。 CFG桩的施打顺序的确定，要结合桩位地质条件、桩径、桩长、桩间距及桩的布置形式，根据有关规范并借鉴其它大量工程实践经验等来综合考虑。（3）拔管速率理论和实践证明，拔管速率太快将造成桩径偏小或缩径断桩；拔管速度太慢，成桩后桩顶浮将较多。因此根据

12、有关规范和其它工程实践经验，拔管速率控制为1.21.5m/min的。应该指出，这里说的拔管速率不是平均速度。除启动后留振510s之外，拔管过程中不再留振，也不得反插。如果振动沉管机拔管速率较快，可以通过增加卷扬系统中的滑轮数量来改变拔管速度。也可通过电动机变速向系统来实现。（4）混合料坍落度 工程实践表明，混合料坍落度过大，桩顶浮浆过多，桩体强度也会降低。坍落度控制在35cm，和易性很好，当拔管速率为1.2m1.5m/min 时，一般桩顶浮浆可控制在1520cm左右，成桩质量容易保证。（5）保护桩长所谓保护桩长是指成桩时预先设定加长的一段桩长，基础施工时将其凿掉。保护桩长是基于以下几个因素而设

13、置的：成桩时桩顶不可能正好与设计标高完全一致，一般要高处桩顶设计标高一段桩长。桩顶一段由于混合料自重压力较小或由于浮浆的影响，靠桩顶一段桩体强度较差。已打桩尚未结硬时，施打新桩可能导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小。如果已打桩混合料表面低于地表较多，则桩径被挤小的可能性更大，增加混合料的表面高度即增加了自重压力，可使抵抗周围土挤压的能力提高，特别是基础埋深很大时，空孔太长，桩径很难保证。综上所述，保护桩长必须设置，保护桩长取30cm50cm。（6）桩体强度控制桩机卷扬系统提升沉管线速度太快时，为控制平均速度，一般采用提升一段距离，停下留振一段时间，非留振时，速度太快可能导致缩径断桩。拔

14、管太慢或留振时间过长，都会使得桩的端部桩体水泥含量较少，桩顶浮浆过多，而且混合料也容易产生离析，造成桩身强度不均匀。因此，施工中，严格按拔管速率为1.2m1.5m/min控制，并且除启动后留振510s之外，拔管过程中不再留振，也不得反插。确保桩体混合料强度均匀。（7）严防桩料与土的混合如果在试桩时，发现采用活瓣桩靴（成桩机自带）成桩，出现的问题是桩靴开口打开的宽度不够，混合料下落不充分，造成桩端与土接触不密实或桩端一段桩径较小。而且，桩径变形。为此，在试桩之后，就要采用预制的钢筋混凝土桩尖。另外，从理论上讲，若采用反插的办法，由于反插时桩管垂直度很难保证，容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土等

15、缺陷。因此，整个施工过程中要严格监控，不能有一例反插的现象发生。（8）加强施工监测信息施工能及时发现施工过程中的问题，可以使施工管理人员有根据的进行决策，对保证施工质量是至关重要的。施工过程中，特别是施工初期应做如下的一些观测：施工场地标高观测。施工前要测量场地的标高，注意测点应有足够的数量和代表性。打桩过程中随时测量地面是否发生隆起，因为断桩常常和地表隆起有关系。桩顶标高的观测。施工过程中要注意已打桩桩顶标高的变化，特别要注意观测桩距最小部位的桩。对桩顶上升量较大的桩或怀疑发生质量事故的桩要开挖查看。4、CFG桩施工质量检测结果（1）低应变检测主要根据时域波形，比较入射波与反射波达到时刻及其

16、振幅、相位、频率等特征，进行计算、判断。抽检的44根桩占施工414根CFG桩的10.6%，其中类桩（完好桩）有26根，占抽检桩总数的59.1%；类桩(有轻微缺陷，但不影响原设计桩身结构强度的特性)有17根，占抽检桩总数的38.6%；类桩（有明显缺陷，但应采用其他方法进一步确认可用性的桩）有1根，占抽检桩总数的2.3%； 类桩（有严重缺陷或断桩）0根，占抽检桩总数的0%。（2） 静载测试测试结果见表4。 静载荷试验结果 表4试验点CFG桩规格最大加荷量最大沉降量(mm)残余沉降量(mm)备注1#桩50cm1750cm600kN107.97100.37单桩2#桩50cm1750cm500kN100

17、.4898.25单桩3#桩50cm2700cm750kN107.38105.21单桩4#桩50cm1750cm247kPa100.9796.78复合地基5#桩50cm2700cm370kPa101.1494.08复合地基九、安全、环保及节能事项1、安全事项（1）安全员和特种作业人员必须经过专业培训并取得证书，方准上岗作业。（2）必须加强全员的安全意识教育。（3）施工中如发现不安全因素时，应暂停施工，以便采取适应性强的工序安排。（4）加强对车辆及人员管理，遵守交通管理规范，坚持文明施工。加强施工用电的管理，防止漏电伤人。（5）、加强机械、设备保养维修，消除事故隐患，确保机械性能完善。2、环保及节

18、能要求 （1）认真贯彻执行环境管理体系 规范及使用指南（GB/T24001-2000）；（2）成立环境保护与节能领导小组，配备一定量的环保设施和技术人员，认真学习环保与节能知识，共同搞好环保与节能工作。 （3）采用各种有效措施，对容易引起环境污染和浪费资源、能源的各种渠道严格控制。 施工废水、生活污水按有关要求进行处理，不得直接排入农田、河流和渠道。 对施工现场进行洒水湿润，减少扬尘。 对施工用水、电、油等建立健全节约使用规章制度和奖罚措施。 由于振动沉管施工的机器噪声较大，一般在夜间和居民居住区不安排CFG桩的施工。如果要安排施工，就必须安装消音设备后才能施工。 加强机械、设备保养维修，确保

19、随时可用，避免资源浪费。（4）继承和发扬优良传统，开展多种便民、爱民和倡导环保与节能活动，搞好与驻地政府、群众之间的关系并充分发挥各种资源、能源的潜能。十、效益分析CFG桩具有一定的粘结强度，是居于刚性和柔性之间的一种桩。桩材以碎石为主，加入石屑可使碎石的不均匀系数增大，级配良好，填加粉煤灰和少量水泥后，这种材料类似低标号混凝土，增加了桩体的后期强度，其强度界于素混凝土和碎石桩之间，另外，桩网复合结构可合理地分担桩土应力比，提高整个地基的承载能力，完全能够满足设计要求，而且可以消除地基土液化的可能性。目前，CFG桩加固软土地基技术已在全国20多个省、市广泛推广应用，据不完全统计，该技术已在10

20、00多个工程中应用。与桩基相比，由于CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力。工程造价一般为桩基的1/31/2，经济效益和社会效益显著。十一、应用实例由中铁七局三公司（原中铁一局三公司）代表中铁一局参加的高速铁路软土路基沉降控制试验研究为铁道部2002年科技发展计划项目（合同编号：2002G001，合同类别：B）。此项目由铁道部第四勘察设计院主持，同济大学、西南交通大学、中铁一局集团有限公司共同承担进行科研攻关。位于上海同济大学安亭汽车工程学院内的高速铁路软土路基试验段设计总长度90米（K0+000K0+090），其中K0+040K0+090段地基设计采用CF

21、G桩加固，总长50m。K0+040K0+060设计为悬浮桩，桩长17.5m；K0+060K0+090设计为穿透软土层桩，桩长27.0m。桩直径500mm，桩间距2.0m，呈正方形布置。桩顶铺设0.3m厚碎石垫层，垫层内铺设一层双向土工格栅。要求CFG桩28天无侧限抗压强度不小于5MPa。此试验段自2003年3月1日正式施工，2003年10月30竣工，2003年11月起进行路基沉降观测、测试试验、基床动载试验等，至2005年5月，CFG桩及其加固的软土路基沉降观测结果表明：振动沉管CFG桩的施工工艺及方法取得了较大的成功。同时，高速铁路软土地基沉降控制试验研究科技项目顺利通过铁道部科技鉴定，并荣获中铁一局集团公司科技进步一等奖，降低CFG桩施工缩径出现率荣获2004年全国工程建设优秀QC成果奖。振动沉管CFG桩施工工法的成功应用得到了进一步的印证。