高速公路改建工程单侧加宽CFG桩施工技术

内容提要：

以连霍高速公路郑州至洛阳段施工为背景，对CFG桩各种施工工艺作了详细介绍，总结施工经验，并为类似高速公路改扩建工程提供了参考借鉴。

关键词：高速公路CFG施工技术

CFG（Cement Fly―ash Gravel）桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是近年来发展起来的一种新型桩。我部施工项目为郑州至洛阳高速公路改建工程No.10合同段，里程为K64+900～K72+246，全长7.346公里，为平原微丘区，属河南省偃师市境。本项目为单侧加宽整体性路基形式，是国内高速公路改建工程的第一条。为减少构造物两侧路基产生不均匀沉降，减轻跳车现象，对桥梁、通道及涵洞两侧地基进行CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）加固处理。从而提高该段落地基整体承载力，确保结构物两侧及新老路结合部位工后沉降满足设计要求。

1.工艺原理

新拓宽路堤自重将以偏心荷载形式对老路基产生新的附加应力，并与原路堤产生地基附加应力叠加，产生新的附加沉降增量，其大小与作用距离和自身重量有关。路堤拼接后，拼接路堤自重对老路基产生的附加沉降增量会引起新、老路肩与原路堤中心间的差异沉降，易导致原路基、路面的拉裂。（绘意如下）

路基一侧加宽附加沉降示意图

1―原路基形成的沉降分布图2―新拼接路基形成的沉降分布图

CFG桩复合地基是在碎石桩加固地基法的基础上发展起来的一种地基处理技术。由于CFG桩改善了碎石桩的刚性，使其不仅能很好地发挥全桩的侧阻作用，同时也能很好地发挥其端阻作用。因此，得以广泛采用，并取得良好的经济和社会效益。

2.施工工艺

2.1施工准备

2.1.1核查地质资料，结合设计参数，选择合适的施工机械和施工方法。收集并熟悉有关施工图、工程地质报告、土工试验报告和地下管线、构造物等资料。

2.1.2依照施工组织设计编写施工作业指导书。

2.1.3组织经验丰富的技术人员对原材料、半成品、成品进行检验。

2.1.4测量放线，定出控制轴线、打出场地边线并标识。

2.1.5在相关负责人到场后施工，首先标记处理场地范围内地上地下构造物及管线，再对地表、原边坡坡面进行40cm厚清表处理，拆除相关构造物，做好立面防护，保证原高速公路结构和行车安全，做好相应的保通工作。开挖第一级台阶后，再回填土夯实、碾压至原地表。

2.1.6对施工机械进行调试，保证机械正常工作。

2.1.7施工前进行成桩工艺试验，确定施工工艺和参数，试桩数量为5～7根。

2.2施工步骤、工艺及方法：

CFG桩多用振动沉管机施工，也可用螺旋钻机，困难地段采用洛阳铲施工。而选用哪一类成桩机和什么型号，要视工程的具体情况而定。对北方大多数地区存在的夹有硬土层地质条件的地区，单纯使用振动沉管机施工，会造成对已打桩形成较大的振动，从而导致桩体被震裂或震断。对于灵敏度和密实度较高的土，振动会造成土的结构强度破坏，密实度减小，引起承载力下降。故不能简单使用振动沉管机。此时宜采用螺旋钻预引孔，然后再用振动沉管机制桩。这样的设备组合避免了已打桩被震坏或扰动桩间土导致桩间土的结构破坏而引起复合地基的强度降低。所以，在施工准备阶段，必须详细了解地质情况，从而合理地选用施工机械。这是确保CFG桩复合地基质量的有效途径。

2.2.1振动沉管机施工：

按照设计要求准确定位，采用振动沉管机成桩。使用从中心向外推进的施打顺序，在施工时隔行隔桩跳打，相邻桩施工时间间隔大于7天，施工工序包括：施工准备、定位、沉管、灌注、拔管、封顶和检测。

2.2.1.1施工前的工艺试验：

水泥采用425号普通硅酸盐水泥，粉煤灰、碎石、石屑杂质含量小于5%。

① 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。

② 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。

2.2.1.2施工工艺

① 桩机进入现场，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 桩机就位，应用钻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中心，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%。

③ 启动马达沉管到预定标高，停机。

④ 沉管过程中做好记录，每沉1m记录电流表的电流一次，并对土层变化予以说明。

⑤ 停机后立即向管内投料，直到混合料与进料口齐平。混合料按设计配比经搅拌机加水拌合，拌合时间不得少于1min，如粉煤灰用量较多，搅拌时间还要适当放长。加水量按塌落度3～5cm控制，成桩后浮浆厚度以不超过20cm为宜。

⑥ 启动马达，留振5～10s开始拔管，拔管速率一般为1.2～1.5m/min（拔管速度为线速度，不是平均速度），如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率还可放慢。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。成桩后桩顶标高应考虑计入保护桩长。

⑦ 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。

⑧ 施工过程中，抽样做混合料试块，一般一个台班做一组（3块），试块尺寸为15cm×15cm×15cm，并测定28d抗压强度。

⑨ 施工过程中，应随时做好施工记录。观察地面升降和桩顶上升、浮浆情况。

⑩ 进行地基加固完成7天后，开挖至设计标高，截去保护桩长后铺设30cm碎石垫层。

在施工完成28天后，采用低应变检测桩身质量，抽检频率为10%；如果条件允许，采用静力载荷试验检测复合地基承载力，抽检频率为0.5%～1.0%，但不少于3点。

（3）质量控制要点

① 混合料塌落度与拔管速率的控制

塌落度控制在3～5cm，同时拔管的速率控制在1.2～1.5m/min，这样就比较容易控制住成桩质量。

② 保护桩长的控制

当设计桩顶标高离地面距离不大时，（不大于1.5m），保护桩长取50～70cm，上部再用土封顶；桩顶标高离地面的距离较大时，可设置70～100cm的保护桩长，上部再用粒状材料封顶直到接近地表。在加固小型结构物地基时，桩顶设50cm保护桩长。

2.2.2洛阳铲施工

（1）施工顺序

CFG桩施工优先采用隔桩跳打法。具体的施工方法由现场试验来确定。

全长布桩时，应遵循“由一边向另一边”的原则。

CFG桩在平面上呈梅花形布置，桩间距为1.4m,边坡台阶上的CFG桩间距为2.4m,桩底标高与边坡以外的桩底标高一致； CFG桩处理长度24m，分为二级，第一级CFG桩的处理深度为基本长度,第二级每两排递减1.0m。

（2）混合料灌注施工工艺

①、施工步骤

a、CFG桩钻机就位后，应用钻机塔身的前后和垂线检查塔身导杆，校正位置，使钻头垂直对准桩位中心，确保CFG桩垂直度偏差不大于1%。

b、混合料搅拌

混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确。混合料坍落度控制在16～20cm。在输送前混凝土泵料斗应备好熟料，以保证混凝土灌注的连续性。

c、冲击成孔

钻孔开始时，一般应先慢后快，这样既能减少洛阳铲头摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时纠正。在成孔过程中，如发现钢丝绳摇晃过大或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移。当钻头到达设计桩长预定标高时，在钻头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制孔深的依据。当钻头底面达到标记处桩长即满足设计要求。施工时还需考虑施工工作面的标高差异，作相应增减。

c、灌注

CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进。清孔，并报经监理工程师认可后，开始输送混合料，成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。若施工中因其它原因不能连续灌注，根据勘察报告和已掌握的施工场地的土质情况，避开饱和砂土、粉土层，不得在这些土层内停机。灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。

d、移机

②当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。施工时由于CFG桩的土较多，经常将临近的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。因此，下一根桩施工时，根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。

③工艺流程图

2.2.3长螺旋钻机施工

（1）施工步骤

①CFG桩钻机就位后，应用钻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，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。

②混合料搅拌

混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确。混合料坍落度控制在16～20cm。在泵送前混凝土泵料斗应备好熟料。

③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。一般应先慢后快，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时纠正。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。当钻头到达设计桩长预定标高时，在动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制孔深的依据。当动力头底面达到标记处桩长即满足设计要求。施工时还需考虑施工工作面的标高差异，作相应增减。

④灌注及拔管

CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆芯充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在2～3m/min，成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。若施工中因其它原因不能连续灌注，须根据勘察报告和已掌握的施工场地的土质情况，避开饱和砂土、粉土层，不得在这些土层内停机。灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。

⑤移机

当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。施工时由于CFG桩的土较多，经常将临近的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。

（2）工艺流程图

（3）质量控制要点

① 混合料塌落度与拔管速率的控制

塌落度控制在16～20cm，同时拔管的速率控制在1.2～1.5m/min，这样就比较容易控制住成桩质量。

②灌注拔管控制

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。

3.质量控制与检验

① 质量控制

a、为检验CFG桩施工工艺、机械性能及质量控制，核对地质数据，在工程桩施工前，应先做5～7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。

b、CFG桩的数量、布置形式及间距符合设计要求。

c、桩长、桩顶标高及直径应符合设计要求。

d、CFG桩施工中，每台班均须制作检查试件，进行28d强度检验，成桩28d后应及时进行单桩承载力或复合地基承载力试验，其承载力、变形模量应符合设计要求。

e、通常桩顶混凝土密实度差，强度低，对此采取桩顶以下2.5m内进行振动捣固的措施。

f、为保证施工中混合料的顺利输送，施工中采取强制式搅拌机。

g、桩身混合料坍落度控制在16～20cm。

h、清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

i、冬期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。

j、跳打施工时应及时清除成桩时排出的弃土，否则会影响施工进度。

k、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，记录钻压电流值、孔深、单孔混合料灌入量、堵管及处理措施等。

ι、CFG桩施工属隐蔽工程，施工完毕报监理签认后方可进行下一道工序施工。

② 检验

a、所用的水泥和粗细骨料品种、规格及质量应符合设计要求；

检验数量：同一产地、品种、规格、批号的水泥，每200t为一批，不足200t时也按一批计。同一产地、品种、规格且连续进场的粗、细骨料，分别每400m3为一批，当不足400m3时也按一批计。各种原材料每批抽样检验1组。

检验方法：检查产品质量证明文件。在水泥库抽样检验水泥强度、安定性、凝结时间，在料场抽样检验粗细骨料含泥量、筛分试验颗粒级配。

b、CFG桩混合料坍落度应按工艺性试验确定并经监理工程是师批准的参数进行控制；

检验数量：每台班抽样检验3次。

检验方法：现场坍落度试验。

c、CFG桩混合料强度应符合设计要求；

检验数量：每台班做一组(3块)试块。

检验方法：制作混合料试块，进行28天标准养护试件抗压强度检验。

d、CFG桩的数量、布桩形式应符合设计（经纬仪或皮尺检验）；

检验数量：全部检查。

检验方法：计数。

e、每根桩的投料量不得少于设计灌注量；

检验数量：每根桩检验。

检验方法：料斗现场计量或混凝土泵自动记录。

f、CFG桩的有效长度应满足设计（低应变试验检验）；

检验数量：每根桩检验。

检验方法：测量钻杆长度，并在施工中检查是否达到设计深度标志，施工后检查浮浆厚度，计算出桩的有效长度。

g、CFG桩处理后的单桩和复合地基承载力应满足设计要求（静载荷试验检验）；

检验数量：总桩数的2‰。

检验方法：平板荷载试验。

h、CFG桩的施工质量标准应符合下表的规定。

CFG桩施工质量标准

序

号 检查项目 规定值或

允许偏差 检查方法和频率

1 桩距（mm） ±100 抽查桩数3%

2 桩径 不小于设计值 抽查桩数3%

3 桩长 不小于设计值 查施工记录

4 竖直度（%） 1 抽查桩数3%

5 桩体强度 不小于设计值 取芯法，总桩数的5%

6 单桩和复核地基承载力 不小于设计值 成桩数的0.2%

并不少于3根

4.施工特点比较及选择

（1）、长螺旋钻机施工特点

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是近年来发展起来的一种新型桩。长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩混合材料施工方法，具有施工噪音低，成桩速度快，成桩质量高等特点。但该工法在施工过程中易出现如堵管、窜孔等技术问题，施工时应注意混合料配比控制和钻孔的次序。

（2）、洛阳铲施工特点

洛阳铲施工CFG桩是利用洛阳铲成孔后灌注桩体混合料的施工方法，具有施工设备简易轻巧，便于灵活移动、成本低廉等特点，但该工法施工速率较低，对地质条件依赖性较大，遇水易出现缩孔、塌孔、偏桩等技术问题，施工时应综合考虑工期进度、地质条件。

（3）、振动沉管机施工特点

振动沉管机是利用外力沉管至设计标高，在管内进行混合料振动成桩的施工方法，因此该工法成桩质量较高，对周围土体具有挤密作用。施工设备组装、移动灵活性居中，施工速率对地质依赖性较大，土质坚硬时易造成周围桩体偏位、断裂。

本项目将根据地质条件、施工进度以及现场场地等实际情况灵活调整，确保满足施工工期要求。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。