浅谈CFG桩在兰州原油储备库储罐基础1Word格式文档下载.docx

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1.5.1冬期施工时混合料人孔温度不得低于5℃，对桩头和桩间土应采取保温措施。

1.5.2施工垂直度偏差不应大于1%；

对满堂布桩基础，桩位偏差不应大于0.4倍桩径；

对条形基础，桩位偏差不应大于0.25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。

主要技术指标：

根据工程实际情况，水泥粉煤灰碎石桩常用的施工工艺包括长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩、振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔灌注成桩。

主要技术指标为：

地基承载力：

设计要求；

　　桩径：

宜取350－600mm；

　　桩长；

设计要求，桩端持力层应选择承载力相对较高的土层；

桩身强度：

混凝土强度满足设计要求，通常≥C15；

　　桩间距：

宜取3－5倍桩径；

　　桩垂直度：

≤1.5％；

　　褥垫层：

宜用中砂、粗砂、碎石或级配砂石等，不宜选用卵石，最大粒

　　径不宜大于30mm。

厚度150－300mm，夯填度≤0.9。

　　实际工程中；

以上参数根据地质条件、基础类型、结构类型、地基承载力

　　和变形要求等条件或现场试验确定。

2工程简介

兰州原油商业储备库库址位于甘肃省兰州市，毗邻我国炼油化工基地兰州石化公司。

兰州地区是西部原油进入内地之后实现多方向、多用户供应的总集散地，依托兰州石化和兰-成管道，可实现原油、成品油向多个下游市场的辐射。

兰州库址建设10×

104m3地上钢制双盘式外浮顶储罐17座，以及与之配套的电气、仪表、通信、给排水、消防、建构筑物等辅助配套设施。

本工程由中国石油天然气管道工程有限公司勘察设计，库区分为五个罐组，CFG桩地基地基处理面积约95965㎡。

3工程地质及地下水概况

3.1工程地质概况

根据本次勘探揭露，场地地层结构较为简单，自上而下共划分为7个大层，分别描述如下：

第一层杂填土：

杂色，土质极不均匀，以粉土为主，含大量碎石、水泥块和卵石等建筑垃圾，局部经人为压实，部分地段松散，并含少量煤渣等生活垃圾，厚度为0.30m～1.50m，层底深度为0.30m～1.50m，层底标高为1535.79m～1537.17m。

第二层黄土状粉土：

黄褐色-褐黄色，稍密，散粒结构，土质比较均匀，局部含少量粘性成份，近粉质粘土，欠固结，厚度（包括夹层厚度）为2.20m～7.80m，层底深度为2.70m～5.80m，层底标高为1528.69m～1534.88m。

力学性质较差，承载力特征值fak=70kPa。

第三层细砂：

褐黄色，冲洪积成因，松散，饱和，散粒结构，颗粒稍细，近粉砂，主要矿物成份为石英及长石，砂质较纯，级配一般，厚度为0.40m左右，层底深度为4.30m左右，层底标高为1533.07m左右。

细砂土质均匀，承载力特征值fak=100kPa，力学性质较差。

第四层卵石：

杂色，冲积成因，中密-密实，饱和，级配较好，粒径20mm-80mm，填充物以细砂为主，次为圆砾和砾砂。

厚度（包括夹层厚度）为0.80m～9.90m，层底深度为9.90m～15.20m，层底标高为1521.87m～1528.07m。

承载力特征值fak=450kPa，力学性质很好。

第五层强风化砂质泥岩：

褐红色-砖红色，碎屑结构，整体块状构造，致密，主要成份以粘土矿物为主，厚度为3.80m～5.10m，层底深度为14.00m～15.80m，层底标高为1521.47m～1523.13m。

承载力特征值fak=380kPa。

第六层中风化砂质泥岩：

褐红色-砖红色，碎屑结构，整体块状构造，致密，厚度为18.80m～20.40m，层底深度为33.70m～35.60m，层底标高为1501.59m～1503.38m。

承载力特征值fak=450kPa。

第七层微风化砂质泥岩：

褐红色-砖红色，碎屑结构，整体块状构造，致密最大揭露厚度为16.00m，最大揭露深度为50.00m，最深揭露标高为1486.87m。

承载力特征值fak=500kPa。

3.2水文地质概况

根据本次钻探揭露，场地地下水主要赋存于卵砾石或细砂层内，含水层平均厚度约5m左右，稳定地下水位埋深一般在2.40m～4.50m之间，稳定地下水位高程为1536.20m～1538.37m，属松散层孔隙微承压水，其下伏第三系砂质泥岩为隔水底板。

砂质泥岩中的砂质因胶结较好，其透水层可忽略不计。

场地地下水主要接受大气降水、农田灌溉水的入渗补给和南侧山地地下水径流的侧向补给，并向黄河排泄。

根据兰州地区相关抽水试验资料，结合勘察场地水文地质条件，综合分析给出卵砾石与砂层的综合渗透系数K值为0.22cm/t，影响半径R值为550m。

地下水动态变化规律，根据调查场区处年内丰水期和枯水期地下水位的变化幅度一般在1.00m～2.00m之间。

场地土对混凝土具有弱腐蚀性，地下水对混凝土具有中等腐蚀性。

4地基土层性状分析与基础选型

地表土层为新近填土，堆填的时间较短，尚未完成自重固结；

其下黄土状粉土欠固结、孔隙大、压缩性高、干强度低，地下水位以上具非自重湿陷性，该层承载力满足不了储罐基础荷载要求。

细砂层因冲洪积成因，松散，饱和，散粒结构，厚度不均匀。

该层承载力也满足不了罐基础荷载要求。

卵石层因冲积成因，中密-密实，饱和，级配较好，骨架颗粒为亚圆状。

该层密实、厚度较大、层位稳定。

选择该层为桩端持力层。

强风化土层层位稳定，埋藏深，承载力高。

通过上述对场地地基土层性状的分析可知，本工程若采用钻孔灌注桩，虽能取得较高单桩竖向承载力，但成桩质量较难控制，施工速度极慢，出现泥浆污染，且造价较高；

采用震动成管灌注桩，由于该场地卵石层密实、承载力高，该工艺施工难度大，因属挤密工艺，桩间土被破坏，造成场地地表标高抬高，施工质量不易控制，工效非常低；

采用预制桩工程造价高，工期长，因属挤密工艺，桩间土被破坏，造成场地地表标高抬高，二次固结周期长。

且由于卵石层顶板起伏较大，造成桩长不一，给后续施工带来工作难度和成本增加。

本工程采用CFG桩，工效高，能适应卵石层的层位起伏，成桩质量容易保证，没有污染，工程造价适中，该工艺是合理而经济的选择。

5CFG桩的设计

根据场地工程地质勘察报告揭露地层，可看出兰州地区非常适合采用CFG桩工艺进行地基处理。

5.1桩端持力层的选择

处理深度：

根据罐体的荷载及场地地层情况，第四卵石层密实，厚度较大，承载力高，设计选择CFG桩桩端持力层为第四卵石层，施工时桩端进入该层深度不小于1.0m。

若贯穿卵石层后遇到细砂层，应继续贯入，并进入下部卵石层1.0m。

可充分发挥CFG桩桩身强度高的优点，提高处理后的复合地基承载能力，从而也就保证了罐体的基础承载力、稳定性和安全性。

处理范围：

储罐基础环梁外边缘2.675m，布置两排护桩。

桩体材料强度等级为C20，采用32.5#抗硫酸盐水泥；

桩径420㎜，桩间距为1.2m，罐中间部分为正方形布置，边缘部分为环向布置；

施工桩顶标高高出设计桩顶标高不少于0.5m。

设计桩顶设置300㎜厚褥垫层，采用最大粒径不大于30㎜的级配碎石，夯填度（夯实后的厚度与虚铺厚度的比值）不大于0.90。

加固后的10×

104m3储罐基础地基承载力特征值不小于250KPa。

5.1.1单桩竖向承载力的取值

根据工程地质勘察报告中有关经验公式计算及当地的静载试验资料，设计单桩竖向极限承载力标准值的取值，桩径Ф420mm，单桩极限承载力确定为330KN。

6CFG桩施工工艺

CFG桩复合地基，通过改变桩长增加摩擦力、桩距、褥垫层厚度等调整复合地基的承载力。

CFG桩常用的成桩施工方法由振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩两种方法，兰州原油商业储备库选用施工方法为长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩，施工工艺如下：

表6.1：

施工工艺流程表

6.1场地平整

施工前应对施工场地进行平整，对施工区域原始地面标高超平，清除场地内树木等杂物，区域内高差较大时设计好纵、横坡坡度用推土机整平，并进行碾压，整平后的场地标高不得低于设计桩顶标高700㎜。

6.2测量定位

定位前将施工区域进行划分,并将每根桩进行编号,绘制桩位分布图,编制施工方案,明确施工先后顺序,定机定人管理。

桩定位测量时，CFG桩的数量、布置形式及间距必须符合设计要求。

遵循从中心向外推进定点放线，或从一边向另一边推进定点放线的原则。

不宜从四周转向内推进施工。

罐区中心点设定后，根据设计图纸逐一放出CFG桩的中心位置。

其余桩位采用Φ25㎜钢筋在基土上钉入30～50㎝深，然后拔出钢筋，在形成的孔内灌入白灰，并插入Φ6㎜的钢筋或木筷，露出地面3～5㎝为宜，以便于在机械施工过程中，以最简便的方式和最短的时间内找出CFG桩的中心位置。

6.3机械人员准备

进场施工的所有长螺旋钻机，在开钻前由施工技术人员对标尺、刻画进行复核，消除标识误差。

尤其是钻机初始标识（零进尺）要指定专人进行复查，使用反差大的反光贴条每0.5m进行标识，粘贴在钻机导向架上，利于夜间记录人员识别读数。

指派责任心强、懂技术并经严格考核合格的员工对CFG桩进行现场监控和记录。

防止桩位偏移、错位和CFG桩钻入长度出现误差。

6.4钻机就位

钻机就位后，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%。

现场控制采用在钻架上挂垂球的方法测量该孔的垂直度，也可采用钻机自带垂直度调整器控制钻杆垂直度。

施工前，现场工程技术人员对每根桩进行桩位对中及垂直度检查，满足要求后，方可开钻。

图6.1钻机就位、调整

6.5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地时，开启马达钻进，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，应放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移和钻具损坏。

根据钻机塔身上的进尺标记，成孔到达设计要求标高时停止钻进。

判断钻头是否到了持力层有两种方法：

一是在桩机驾驶室观测电流的变化。

钻机开始钻孔及软弱地层钻孔，电流表指针在120～130A，当钻头遇到持力层时，瞬间的电流将增大到160A以上，同时电压下降。

此时应判定钻头已到达持力层。

二是在钻机旁直观观察。

当钻头到持力层时，钻杆上部的动力头发生颤动和轻微摆动，钻机的动力明显减弱，此时，应判定钻头已达到持力层。

图6.2钻机钻进成孔

6.6商砼或混合料搅拌

商砼是施工单位根据设计砼强度要求委托商砼站拌制砼。

另一种是混合料集中拌和，按照配合比进行配料，每盘料搅拌时间按照普通混凝土的搅拌时间进行控制。

一般控制在90～120S，具体搅拌时间根据实验确定，电脑控制和记录。

混合料出场时塌落度可控制在180～200㎜。

6.7灌注及拔管

钻孔至设计标高后，停止钻进，提拔钻杆20～30㎝后开始泵送混合料（或商砼）灌注，每根桩的投料量应不小于设计灌注量。

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层30～50㎝，灌注成桩完成后，桩顶盖土封顶进行养护。

在灌注混合料（或商砼）时，对于混合料的灌入量控制采用记录泵压次数的办法，对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。

CFG桩成桩过程由现场值班人员指挥，桩机操作手和地泵操作手密切配合，按照先泵料后拔管的原则，防止先拔管后泵料，防止CFG桩成吊脚桩。

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水泥浆分布不匀，桩顶浮浆过多，桩身强度不足和形成混合料离析现象，导致桩身强度不足。

施工时，正确的拔管速率应控制在2～3m/min。

提钻泵送过程中，旁站人员要经常敲打输送管，确认管内混合料是否充实，以保证桩体密实。

拔管过程避免反插。

在拔管过程中如出现反插，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。

6.8移机

灌注时采用静止提拔钻杆（不能边行走边提拔钻杆），提管速度控制在2～3m/min，灌注达到控制标高后进行下一根桩的施工。

6.9现场实验

对于每盘混合料（或商砼），试验人员都要进行塌落度的监测，合格后方可进行混合料的投料，在成桩过程中抽样作混合料试块，每台班做一组（3块）试块，测定其28天抗压强度。

控制好混合料的塌落度。

大量工程实践表明，混合料塌落度过大，会形成桩项浮浆过多，桩体强度降低。

塌落度控制在180～200㎜（可根据运送混合料的距离进行调整）和易性好。

当拔管速率为2～3m/min时桩顶浮浆可控制在30～50㎝，成桩质量容易控制。

桩身每方混合料掺加粉煤灰量控制在140～180kg（根据各地粉煤灰的性能指标，具体粉煤灰掺入量试验后确定）。

6.10施工记录

整个施工过程中，安排质检人员旁站监督，并作好施工原始记录。

记录的内容主要有桩号、钻孔深度、瞬间电流值、孔深、拔管速度，单孔混合料灌入量、堵管及处理措施等。

为控制提钻速度，应购置秒表配发到记录人员，钻孔时间、拔管速度灌注混凝土时间应计录至秒。

当天的纪录梅也必须由设备租赁方和项目队现场记录人当天进行相互签字确认。

6.11清土及截桩

根据基础和土质以及现场出土等条件，要合理确定开挖顺序，然后再分段分区开挖，根据地勘报告边坡最陡坡度不得小于1：

0.50。

图6.3土方开挖图片

开挖方式：

采取分区分段开挖。

开挖设备采用斗容量0.2m3反铲挖掘机开挖，以防斗容过大碰到CFG桩；

斗容1m3反铲挖掘机将土方倒运至罐基础边缘，翻斗车运输；

土方运输车辆不得进入罐基础土方开挖范围，以防压断桩体。

为防止超挖或扰动槽底地基土，预留100～200mm，由人工开挖、清理、整平至桩顶标高。

标高控制：

基底用φ8钢筋桩设置标高控制点，控制点之间拉通线找平，并用水准仪复测，保证基底标高符合设计位置。

图6.4截桩图片

截桩采用双人使钎对凿截断（截面不少于4点），相对均匀使力以便桩顶平整，并将工程桩顶修平、磨光；

施工中严禁大力撬凿桩体，以防止扰动桩间土或产生断桩，所截下桩体全部运到现场指定位置，然后外运至垃圾场。

6.12其他要点

设置保护桩长。

在泵送混合料时，此设计桩长多加0.5m的料。

将沉管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混合料加振3～5s，提高桩顶混合料密实度，上部用土封顶，增大混合料表面的高度即增加了自重压力，可提高混合料抵抗周围土挤压的能力，避免新打桩振动导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小。

在截取桩头前应准确测量桩顶标高，并在纵横向挂线标示桩头水平位置。

凿除桩头时严禁单边打眼凿桩头，防止桩头成斜面或破损，截取后的桩头面应是水平面。

清理桩间土和截取桩头时，应采取相应的预防措施，防止造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

冬季施工时，混合料入孔温度不得低于5℃，对桩头和桩间土应采取保温措施。

CFG桩成桩后，桩顶上没有1m厚垫层的情况下，严禁大型机械进入施工区。

7CFG桩施工主要问题及质量控制措施

7.1堵管

堵管是长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩工艺常遇到的主要问题之一，它直接影响CFG桩的施工效率，增加工人的劳动强度，还会造成材料浪费，特别是故障排除不畅时，使已搅拌的CFG桩混合料失水或结硬，增加了再次堵管的几率，给施工带来很多困难。

本场地产生堵管有如下几种原因

7.1.1混合料搅拌质量有缺陷

在CFG桩施工过程中，混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头达到钻杆芯管内，混合料在管线内是以圆柱体性状，借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线的。

因此所设计和搅拌的混合料必须确保混合料圆柱体能顺利通过刚性管、高强柔性管、弯管和变径管而达到钻管芯管内坍落度太大的混合料，易产生沁水、离析，在管线内水浮到上面，在泵压的作用下，水先流动，骨料与砂浆分离，摩擦力剧增，从而导致堵管。

坍落度太小，混合料在输送管内流动性差，也容易造成堵管。

对于以上两种堵管因素，现场与商品搅拌站沟通协商，及时换料调整混凝土的坍落度，以适应泵送操作。

本项目施工坍落度控制在16～20cm。

搅拌好的混合料通过溜槽注入到混凝土泵储料斗时，需经一定尺寸的过滤栅，由于过滤栅不起作用，使混入到粗骨料中的大粒径碎石或片石进入混凝土泵储料斗，泵送混合料时，大粒径碎石或片石在管线内或动力头内腔管处堵塞造成堵管。

现场出现这个问题时，泵工及时调整过滤栅，并清除大粒径碎石和片石，同时确保泵工操作泵时及时监控过滤网的状况。

7.1.2泵工操作不当

钻杆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，待钻杆芯管及输送管充满混合料，介质是连续体后，若注满混合料后不及时提钻，混凝土泵一直泵送，在泵送压力下会使钻头处的水泥浆液挤出，同样可使钻头阀门处产生无水泥浆的干硬少浆的混合料塞体，使管线堵塞，混合料不能下落。

当现场出现这种情况时，泵工与桩基指挥间要及时沟通，确保泵送砼与设备操作工提钻操作同步，保证混合料在一定压力下灌注成桩，并事先调整泵压与钻机提钻速度匹配。

尤其是夜班施工时，要用鸣哨和灯光进行及时联系。

7.1.3冬期施工措施不当

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，常常造成输送管或弯头处混合料的冻结，造成堵管。

冬施时，有时会采用加热水的办法提高混合料的出口温度，但要控制好水的温度，水温最好不要超过60℃，否则会造成混合料的早凝，产生堵管，影响混合料的强度。

7.1.4设备缺陷

弯头曲率半径不合理也能造成堵管。

弯头与钻杆不能垂直连接，否则也会造成堵管。

混合料输送管要定期清洗，否则管路内有混合料的结硬块，还会造成管路的堵塞。

7.2窜孔

在饱和粉土、粉细砂层中施工常遇到这种情况，打完1号桩后，接着打相邻的2号桩时，随着钻杆的钻进，发现已打完尚未结硬的1号桩桩顶突然下落，有时甚至达2m以上，当2号桩泵入混合料时，能使1号桩下降的桩顶开始回升，泵入2号桩的混合料足够多时，1号桩桩顶恢复到原标高。

工程中称这种现象叫窜孔。

实践表明，窜孔发生的条件为：

7.2.1被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂。

7.2.2钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动。

7.2.3窜孔主要是由于被加固土层中有松散的饱和粉土及粉细砂或钻杆钻进过程中剪切作用使土体受到扰动或能量积累土体产生液化。

鉴于此，本工程中常用如下的方法防止窜孔：

7.2.3.1、在工程桩施工前，应先做不少于2根试验桩，并在竖向全长钻取芯样，检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度，根据发现的问题，修订施工工艺。

7.2.3.2根据地质具体情况，合理选择桩间距，一般以4倍桩径为宜，若土的挤密性好，桩距可以取得小一些。

7.2.3.3改进钻头，提高钻进速度；

7.2.3.4减少在窜孔区域打桩推进排数，如将一次打4排改成2排或1排。

尽量离开已打桩，减少对已打桩扰动能量的积累。

7.2.3.5必要时采用隔桩、隔排跳打方案，但跳打要求及时清除成桩时排出的弃土，否则会影响施工进度。

发生窜孔后采用如下方法处理：

当提钻灌注混合料到发生窜孔土层时，停止提钻，连续泵送混合料直到窜孔桩混合料液面上升至原位为止。

7.3桩头空心

主要是施工过程中，排气阀不能正常工作所致。

钻机钻孔时，管内充满空气，泵送混合料时，排气阀将空气排出，若排气阀堵塞不能正常将管内空气排出，就会导致桩体存气，形成空芯。

为避免桩头空芯，施工中应经常检查排气阀的工作状态，发现堵塞及时清洗。

7.4桩端不饱满

这主要是因为施工中为了方便阀门的打开，先提钻后泵料所致。

这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水浸入桩孔，影响CFG桩的桩端承载力。

为杜绝这种情况，施工中，前后台工人应密切配合，保证提钻和泵料的一致性。

7.5缩颈或断桩

主要原因是由于灌装填料配比有误及搅拌时间不够；

冬施混合料保温措施不当；

拔管速度控制不好；

开槽机桩顶处理不好。

　　预防措施：

1）要严格按不同土层进行配料，搅拌时间要充分，每盘至少3min。

2）做好成孔、搅拌、压灌、提钻各道工序的密切配合，提钻速度应与混凝土泵送量相匹配，严格掌握混凝土的输入量大于提钻产生的空孔体积，使混凝土面经常保持在钻头以上1m，以免在混凝土中形成充水的孔洞。

3）控制拔管速度，一般1～1.2m/min。

用浮标观测（测每米混凝土灌量是否满足设计灌量）以找出缩颈部位，每拔管1.5～2.0m，留振20s左右（根据地质情况掌握留振次数与时间或者不留振）。

4）施工中要详细、认真地做好施工记录及施工监测，一旦出现缩颈或断桩，可采取扩颈方法（如复打法、翻插法或局部翻插法），或者加桩处理。

7.6施工中局部实际灌量小于设计灌量

主要原因是由于开始拔管时桩尖活瓣被粘性土抱着张不开，材料不能顺利流出；

桩间距过小；

混凝土初凝后才灌入。

预防措施：

7.6.1在沉管前灌入一定量的粉煤灰碎石混合材料，起到封底作用。

7.6.2确定实际灌量的充盈系数（按规范规定的1.1～1.3选用）。

7.6.3用浮标观测检查控制填充材料的灌量，否则应采取补救措施，并作好详细记录。

8环保措施

在机械施工过程中，要尽量减少噪音、废气、废水及尘埃等污染。

对清理场地的表层腐植土，砍伐的荆棘等废料，要及时运到指定地点进行处理。

清理输送管、输送泵和其他机械设备的废水、废油等有害物质以及生活污水，不得直接排放到河流、池塘或其他水域中，也不得倾卸在饮用水源附近的土地上，防止污染水源和土壤。

施工前做好场地临时排水系统，确保排水通畅，并保证遇雨水时