CFG桩与冲孔灌注桩施工工艺与经济分析解析.docx
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CFG桩与冲孔灌注桩施工工艺与经济分析解析
CFG桩与冲孔灌注桩施工工艺与经济分析
CFG桩是英文CementFly-ashGrave的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。
它和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型；
CFG桩适用范围：
（1）长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的桩土；
（2）长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩，适用于粘性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地；（3）振动沉管灌注成桩，适用于粉土、粘性土及素填土地基；
CFG桩工程特性
（1）CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，可保证桩间土始终参与工作。
在荷载作用下，桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。
这样，由于桩的作用使处理后的复合地基承载力可大幅度提高，提高系数可高达2倍以上。
（2）CFG桩是由机械成孔后将混合料打入孔中成形，利用拔管过程中桩机产生的振动及高差产生的重力使混合料出现自振捣效应并成形。
这样在成桩的过程中不仅挤密了桩间土还挤密了桩身，使其具有水硬性，能明显提高复合地基的强度和抗变形能力。
（3）CFG桩长可以从几米到３0多米，并可全桩长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40％～75％之间变化。
因此复合地基承载力具有很大的可调性，可通过调整桩长、桩距等参数来满足不同的承载力要求。
（4）CFG桩复合地基具有刚柔相济的受力特征，不仅可全桩长发挥侧阻，而且当桩端落在好的土层上时还具有明显的端承作用。
这样就可以通过增加桩长或改变桩端持力层的方式，使其进入较坚硬的土层来提高CFG桩复合地基的承载力，以满足不同的设计要求。
CFG桩质量控制
（1）选择正确的施工顺序。
CFG桩的施工顺序和施打速度正确与否直接影响桩的质量，应合理选择桩的施打顺序和施打速度，尽量减少桩间土的侧向挤压与隆起对已施工桩的影响。
（2）严格控制拔管速率。
拔管速率太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩，而拔管速率过慢又会造成混和料离析，桩项浮浆过多导致桩身强度不足。
因此施工时，拔管速度应按均匀线速度控制在1.2～1.5m/min左右，在淤泥或淤泥质土层位置，拔管速度还应适当放慢。
（3）控制好混合料的坍落度。
坍落度过大，会形成桩项浮浆过多，降低桩体强度。
坍落度宜控制在30～50mm，此时混合料和易性好，成桩质量容易控制。
（4）应设置保护桩长。
桩顶标高应高出设计桩顶标高至少0.5m，并在管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混合料加振3～5秒，提高桩顶混合料的密实度及抵抗周围土挤压的能力，避免混合料受新打桩振动作用上涌而导致缩径。
（5）拔管过程避免反插。
在拔管过程中若出现反插，由于桩管垂直度的偏差，容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土影响桩身质量，应避免反插。
（6）加强施工过程中的监测。
在施工过程中，应加强对施工场地标高、已打桩桩顶标高等项目的监测，以便及时发现问题并采取针对性措施，有效地控制成桩质量。
（7）合理调配混合料供应。
由于运送混合料的搅拌车的容量有限，桩体通常需要灌注几次才能完成，而分次灌注的交界面容易形成桩身缺陷。
因此需加强供应调度，减少等料时间。
（8）加强成品保护。
应在CFG桩达到一定强度后（一般为成桩后3～7天）再进行基坑开挖和桩头处理。
基坑若采用机械、人工联合开挖时，应预留一定厚度由人工开挖，以保障机械开挖造成的断裂部位不低于基础底面标高，且桩间土不受扰动。
如果在基槽开挖和砍桩时造成桩断至桩顶设计标高以下时，应进行接桩。
可人工开挖至断桩位置，将断桩位置清理干净凿毛，扩大半径20mm后用高一标号的混凝土接桩至设计桩顶标高。
CFG桩施工工艺：
（1）长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩施工工艺
①长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺流程图
停机
测量、放线
并复核
平整场地
桩位对中
钻孔至设计标高
边提钻边投混合料
压罐混合料至设计桩顶面
原材料进场、检验
混合料搅拌
安装钻机、混
合料搅拌机
②工艺要点
A布置桩点：
场地清理整平，按桩点设计布置图放样布点。
B钻机就位：
移动钻机就位，用塔机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心。
C混合料搅拌：
按试验配合比搅拌混合料，上料顺序为：
先装碎石或卵石，再加水泥、粉煤灰和外加剂，最后加砂搅拌均匀，放入搅拌桶。
每盘料搅拌时间不小于60s。
混凝土坍落度控制在160～200mm。
在泵送前混凝土泵料斗、搅拌机搅拌筒备好熟料。
D钻进成孔：
关闭钻头阀门，移动钻杆至钻头触及地面，启动马达先慢后快钻进，减少钻杆摇晃，检查钻孔的偏差。
在成孔过程中，发现钻杆摇晃或难钻时，可放慢进尺，避免导致桩孔偏斜、移位，甚至使钻杆、钻具损坏。
E灌注及拔管：
成孔到达设计桩底，停止钻进，泵送混合料，当钻杆芯充满混合料后开始拔管，不可先拔管后泵料。
混合料的泵送量与拔管速度相匹配，拔管速度控制在2～3m/min。
成桩过程须连续进行，施工中因其他原因不能连续灌注，须避开饱和砂土、粉土层停机。
灌注成桩后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。
F移机：
一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩施工。
（2）振动沉管灌注成桩施工工艺
①振动沉管灌注成桩施工工艺流程图
安装钻机、混合料搅拌机
原材料进场、检验
测量、放线并复核
平整场地
桩位对中
沉管至设计标高
边拔管边投混合料
灌注混合料至设计标高
混合料搅拌
停机
②工艺要点
A布置桩点：
场地清理整平，按桩点设计布置图放样布点。
B桩机就位：
移动桩机就位，连接桩头，调整沉管、桩头与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%。
C混合料搅拌：
按试验配合比搅拌混合料，坍落度30～50mm控制。
D沉管：
启动马达，沉管到预定标高停机，沉管过程中做好记录，每沉1m记录电流表上的电流一次，并对土层变化处予以说明。
E投料：
停机后立即向管内投料，直到混合料与进料口齐平。
成桩后浮浆厚度以不超过20cm为宜。
F振动拔管：
启动马达，留振5～10s，开始拔管，拔管速率一般为1.2～1.5m/min。
如果遇淤泥或淤泥质土，拔管速度还要放慢。
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，以保证成桩后桩顶达到设计标高，施工时桩顶宜高出设计标高0.5m。
G封顶：
沉管拔出地面，确认成桩符合设计要求后，用粒状材料或黏性土封顶。
然后停机,移机到下一根桩施工。
（3）长螺旋钻孔灌注成桩施工工艺
长螺旋钻孔灌注成桩目前应用较少其工艺流程为：
平整场地→桩位放样→组装设备→安放钢护筒→钻孔机就位→钻至设计深度停止钻进→边提升钻杆边用混凝土泵经由内腔向孔内泵注超流态混凝土→提出钻杆放入钢筋笼→成桩→桩头处理→桩顶保护措施。
CFG桩经济分析：
根据CFG桩施工工艺的分析，由于CFG桩的作用使复合地基，承载力提高、变形减小，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价，具有显著的经济效应和社会效应。
同时还具有施工速度快、工期短、抗腐蚀和易控制等特点。
冲孔灌注桩
冲孔灌注桩是灌注桩的一种。
灌注桩是直接在施工现场桩位上成孔,然后放入钢筋笼再灌注混凝土而成.冲孔灌注桩施工冲孔机冲击成孔，为泥浆护壁成孔。
冲孔灌注桩的适用范围：
冲孔灌注桩适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层、碎石土层、砾卵石层、岩溶发育岩层或裂隙发育的地层施工，桩孔直径通常为600～2500mm，最大直径可达2500mm，冲孔深度最大可达300m左右。
冲孔灌注桩工程特性：
1、冲孔是用冲击钻机把带钻刃的重钻头（又称冲锤）提高，靠自由下落的冲击里来削切岩层，排出碎渣成孔。
冲击钻机有钻杆式和钢丝绳式两种。
前者所钻孔径较小、效率较低、应用较少。
后者钻孔直径大，可根据设计的桩径来修改钻头的大小，锤重在3000kg—10000kg（具体根据桩径的大小来确定锤重）。
冲孔灌注桩质量控制：
1、钢筋笼质量检验标准
项目
序号
检查项目
允许偏差或允许值（mm）
检查方法
主控项目
1
主筋间距
±10
用钢尺量
2
长度
±100
用钢尺量
项目
序号
检查项目
允许偏差或允许值（mm）
检查方法
一般项目
1
钢筋笼材质检验
设计要求
抽样送检
2
箍筋间距
±20
用钢尺量
3
直径
±10
用钢尺量
2、混凝土灌注桩质量检验标准
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主
控
项
目
主
控
项
目
1
桩位
1-3根、单排桩基垂直于中心线方向和群桩基础中的边桩
条形桩基沿轴线方向和群桩基础中间桩
基坑开检前量护筒，开挖后量桩中心
d≤1000mm
d/6且不大于100
d/4且不大于150
d＞1000mm
100+0.01H
150+0.01H
2
孔深
mm
+300
只深不浅，用重锤测嵌岩板应确保进入设计要求的嵌岩深度
3
桩体质量检验
按基桩检测技术规范，如钻孔芯取样，大直径数岩桩应钻至桩尖下50cm
按基桩检测技术规范
4
混凝土强度
设计要求
试件报告或钻芯取样送检
5
承载力
按基桩检测技术规范
按基桩检测技术规范
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
一
般
项
目
1
垂直度
＜1%
测钻杆，或用超声波探测
2
桩
径
d≤1000mm
mm
±50
经纬仪或超声波检测
d＞1000mm
mm
±50
3
泥浆比重（粘土或砂性土中）
1.15～1.20
用比重计测,清孔后在距孔高50cm处取样.
4
泥浆面标高（高于地下水位
m
0.5～1.0
目测
5
沉渣厚度
:
端承桩
mm
≤50
用沉渣仪或重锤测量
磨擦桩
mm
≤150
6
混凝土坍落度
mm
160～220
坍落度仪
7
钢筋笼安装深度
mm
±100
用钢尺量
8
桩顶标高
mm
+30
-50
水准仪、需扣除桩顶浮浆层及劣质桩体
冲孔灌注桩施工工艺：
1、冲孔灌注桩施工工艺流程：
2、工艺要点：
（1）桩位放样及控制
在打桩现场或附近需设置水准点，数量不少于2个；水准点的设置地点应在受打桩作业影响的范围之外。
对施工现场的轴线控制点及水准点应经常检查，避免发生误差，平面控制桩的精度应符合二级导线的精度要求，高程控制桩的精度应符合三等水准的要求。
根据轴线控制桩对轴线进行放线，然后再定出桩位。
桩轴线放线应满足以下要求；双排及以上桩，偏移应小于20mm；对单排桩，偏移应小于10mm。
（2）护筒设置
护筒内径应比钻头直径大于200~400mm，直径大于1m的护筒如刚度不够时可在顶端焊接加强圆环。
安设护筒时，其中心线位置与桩位中心线偏差应小于50mm，护筒在砂土中的埋深不宜小于1..5m，在粘土中埋深不小于1m。
并应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上，陆地上埋设护筒，在护筒与坑壁之间应用粘土夯实。
（2）桩机安装
成孔钻机主要由钻架、卷扬机和冲抓工具三部分组成。
钻机安装好后，起吊钻锥并放入护筒内停住检查起吊钢丝绳位置，如位置偏差大于2cm，应予以调整。
（4）冲击钻进
冲孔时先在孔内灌注泥浆，泥浆比重控制在1.4~1.5在冲击过程中，根据地质土层情况调整泥浆比重，保证泥浆补给保持孔内浆面稳定，护筒埋深较浅或地表土质较差，护筒内泥浆压头不宜过大。
一般不宜多用高冲钻，以免扰动孔壁易引起坍孔，扩孔或卡锤事故。
经常检查钢丝绳磨损情况、卡扣松紧程度，转向是否灵活，以免突然掉钻。
每次掏渣或因其它原因停钻后，再次开钻应由低冲钻逐渐加大到正常冲程，以免卡钻。
开始钻基岩时应低锤勤击。
以免偏斜，如发现孔偏斜应立即回填片石，厚30~50cm。
重新钻进，遇孤石时，可抛填相似硬度的片石或卵石，用高冲程冲击或高低冲程交替冲击，将大孤石击碎挤入孔壁。
尽量采用泥浆循环排渣，如采用抽渣筒，当钻进4~5m后，每钻进0.5~1.0m应抽查一次，并及时补浆，每钻进4~5m应检孔一次，在更换钻头前或容易缩颈处均应检孔。
冲孔结束后，应对以下项目进行检查：
孔深、孔径、孔垂直度、孔底沉渣厚度应符合质量检验要求。
（5）清孔及第一次沉渣处理
采用抽渣筒或正循环压风机清孔。
—清孔后孔底的泥浆比重，泥浆含砂率、胶体率及沉渣厚度应符合质量检验要求。
（6）第二次处理沉渣
第二次清孔后下放钢筋笼，导管需一定时间，在此段时间内孔底的沉渣又会增加，泥浆浓度亦会增大，故需第二次进行清孔及沉渣处理，处理方法可采用导管的空气升液排渣或空吸泵的反循环方法。
第二次清孔及沉渣处理的检查项目、质量要求与第一次相同。
（7）钢筋笼满足下列要求。
（a）钢筋笼采取分段制作，符合质量检验要求。
（b）吊放钢筋笼时，需对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，钢筋笼下到设计位置后，应立即固定，两段钢筋笼连接时采用焊接。
（c）为保证混凝土保护层的厚度，可在钢筋笼上设置定位钢筋环，混凝土垫块等。
（8）混凝土满足下列要求。
（a）须具有良好的和易性，配合比先经试验确定，坍落度一般采用16~20cm。
（b）含砂率为40~45%，细骨料选用中砂。
（c）粗骨料应尽量选用河卵石，也可用碎石，其粒径不宜大于4cm。
（9）导管满足下列要求
（a）导管壁厚不宜小于3mm，直径可采用200~250mm。
直径制定偏差不超过±2mm。
（b）导管使用前应试拼、试压、并试验隔水栓能否通过。
（10）灌注水下混凝土
为保证水下混凝土的质量，贮斗内混凝土初存时必须满足首次灌注时导管底端能埋入混凝土中0.8~1.2m。
开始灌注底时，预制端到孔底距离应能顺利排出隔水柱，一般保持30~50cm，排塞后不得将导管插回孔底。
随着混凝土的上升，要适当提升和拆卸导管，导管底端埋入管外混凝土面以下一般应保持2~3m，并不得小于1m，严禁把导管底端提出混凝土面。
提升导管时，要避免碰动钢筋笼，并应采取有效措施防止钢筋笼上浮。
水下混凝土的灌注应连续进行，不得中断；如发生堵塞导管进水等事故，应及时采取适当的处理措施。
应注意控制最后一次混凝土的灌入量，当凿除桩浮浆层后，应保证设计的桩顶标高及混凝土质量。
冲孔灌注桩经济分析：
冲孔灌注桩具有对邻近建筑物及周围环境的有害影响小；桩长和直径可按设计要求变化自如；桩端可进入持力层或嵌入岩层；单桩承载力大；因其自身施工工艺的特点造成工期一般较短等。
但是冲孔灌注桩成孔工艺较复杂，操作要求较严，易发生质量事故，且技术间隔时间长，不能立即承受荷载，冬季施工困难较多。
尤为关键的是冲孔灌注桩耗工多、造价高。
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