浅谈CFG复合地基及其施工

时间:2022-09-20 08:55:18

浅谈CFG复合地基及其施工

[摘要]本文首先介绍CFG复合地基的概念和加固机理,然后着重说明CFG复合地基的施工,包括施工准备、施工工序、重要施工工序描述、施工质量控制要点、施工注意事项等,最后介绍施工质量检验等。

关键词:CFG复合地基;施工

在建筑工程施工实际中,经常会遇到天然地基不能满足建筑物设计荷载要求的情况,需要采用各种地基处理措施,形成人工地基以满足建筑物对地基的荷载要求。CFG复合地基作为一种新型地基加固处理技术,由于它克服了天然地基不能满足设计荷载要求的困难,具有适用性广、承载力提高幅度大、施工简便、工期短、造价低廉等技术优点,目前已普遍应用在工程实际中。

1.CFG复合地基概述

CFG复合地基是由CFG桩、桩间土和褥垫层组成的新型复合地基形式(CFG分别代表水泥、粉煤灰和碎石)。

CFG桩是在碎石桩桩体中掺加适量的粉煤灰、石屑或砂、水泥及特种添加剂加水拌合,用各种成桩机械制成的一种高黏结强度桩体的简称。CFG桩身可在全长范围内受力,由于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,工程造价为一般桩基的1/3-1/2。

CFG复合地基的加固机理是:褥垫层受上部基础荷载作用产生变形后以一定的比例将荷载分摊给桩及桩间土,使二者共同受力。在这种地基形式中,桩、桩间土通过褥垫层与基础相连接,保证桩同承担荷载,因此,褥垫层的作用非常关键。同时,土体受到桩的挤密而提高承载力,而桩又由于周围土的侧应力的增加而改善了受力性能,二者共同工作,形成了一个复合地基的受力整体,共同承担上部传来的荷载。由于桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载作用下,桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少桩间土承担的荷载。这样,由于桩的作用使复合地基承载力提高,沉降变形减小,并同时提高了土体的抗剪强度,亦可使CFG桩避免产生刺入破坏的可能。

2.CFG复合地基的施工

2.1施工准备。施工准备包括技术准备、施工机具及材料准备、消防设施准备等。内容主要有:会同有关单位搞好现场交接工作,详细复核有关控制点,布设现场临时用电线路、临时用水线路和其它的临时设施。根据进度计划,落实好设备配置,并及时维护,使所有机械处于正常状态,满足施工的需要,不影响施工的进度和质量。对水泥等建筑材料应根据实际情况做好进场计划,编制各项材料计划表,对各种材料的入库、保管和出库制订完善的管理办法,同时加强防盗、防火的管理。在临时设施周围配备一定数量的泡沫灭火器、铁铲等消防设施,任何人不得以任何借口挪作他用。

2.2施工工序。其工艺流程是:桩位放线钻机就位桩机调平钻杆调直钻孔灌注混凝土边提边压成桩钻机移位。桩基施工应从中间向四周或者从一边向另一边推进。

2.3重要施工工序描述。施工前测量场地标高,埋设控制桩,确定成孔控制深度,在钻杆上作出控制标志,并作记录同时通知监理报验。用钻机塔身的垂直标杆检查塔身导杆来校正位置,使钻杆基本垂直对准桩位中心,再通过观察平衡器和线锤量测塔身导杆垂直度,进行预防并控制CFG桩垂直度超标。

钻至设计深度后,用混凝土泵通过管路把塌落度为16-18cm的高流动的混凝土打入孔底,与此同时提钻,孔底单向活动门自动打开,使混凝土流出,并使钻具在混凝土内埋深0.5-1.0m左右。提钻速度必须与混凝土的泵入速度相匹配,即混凝土的灌入量使孔内混凝土面台升高度比钻头的位置始终高出0.5-1.0m,以防止出现断桩。

桩施工完毕后,用人工清挖桩间土、凿桩头。桩头凿除应严格要求,不能用大锤直接夯击桩头,应用钢钎对称凿掉大部分桩头后,再用小锤、钢钎将桩顶找平,桩顶不能出现斜面,若桩顶浮浆过厚,应将浮浆全部凿除,桩顶找平后若低于设计标高的,用高于桩身混凝土强度等级的混凝土补平,补混凝土时,桩顶需清理干净并湿润。

2.4施工质量控制要点。桩位放点的偏差小于2.0cm,素砼桩径允许误差不小于400mm,垂直误差不超过1.5%,桩位误差不超过0.4倍桩径。桩体砼塌落度控制在16cm-18cm。每班组作一组试块(3块),试块尺寸15cm×15cm×15cm,并及时送实验室养护,测定28天强度。设专人指挥协调钻机操作手和混凝土泵送操作手之间的配合。砼灌入量不得低于桩的设计体积,同时保证单桩充盈系数不小于1.0,否则重新成桩。由于混合料自重压力较小或由于浮浆影响,桩顶桩体强度一般较差,为保证桩体质量,施工桩顶标高超过设计桩顶标高50cm,确保设计桩位标高内无浮浆。桩基施工时,相邻桩应间隔3天跳打。

CFG桩质量控制的主要对象是:桩长、强度和桩底是否到持力层。现场管理和监控要点有:

测量桩位前应对施工现场原始地面标高进行抄平测量,并用平地机平整碾压后放出各桩的准确位置,将线路纵坡、横坡考虑在内后,原地面标高控制在正负5cm以内。布桩时,CFG桩的数量、布置形式及间距必须严格按设计要求。对进场施工的所有长螺旋钻机在开钻前应由施工技术人员对标尺、刻画进行复核,消除标识误差。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,一般先慢后快。判断钻头是否到了持力层一般有两种方法:一是在桩机驾驶室观测电流的变化。二是在钻机旁直观观察。

CFG桩成桩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。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、灌注混凝土时间应记录至秒。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。桩顶砼停灰面根据导向架上标识由值班人员判断,控制在桩顶标高以上0.5米位置。控制好混合料的坍落度。设置保护桩长。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。CFG桩施工中,每台班均须制作检验试件,进行28天强度检验,成桩28天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。CFG桩施工属隐蔽工程,施工完毕后先进行自检,自检频率为10%。

2.5施工注意事项。现场记录人员应在施工现场真实填写各项施工内容。施工范围应写明施工工号,施工单位应写明作业队、钻机号、钻机型号,并标明该区域的设计标高。桩号按工程部门编排的桩号填写。成孔时间和成桩时间按现场实际施工时间记录到秒。CFG桩现场记录实行“双检制”,即项目部指派专人会同协作单位现场记录人员共同记录,实行每班核对,确认当班桩长,共同签认《施工原始记录表》,作为原始施工记录和劳务队伍验工计价的依据。当日记录的《施工原始记录表》应当天完善复核人。

3.施工质量检验

CFG桩施工结束后,应间隔一定时间方可进行质量检验。一般养护龄期可取28天。

3.1桩间土检验。桩间土质量检验可用标准贯入、静力触探和钻孔取样等试验对桩间土进行处理前后的对比试验。

3.2单桩和复合地基检验。可采用单桩载荷试验、单桩或多桩复合地基载荷试验进行处理效果检验。检验点数量可按处理面积大小取2-4点。检测方法采用静载和低应变检测。

3.3常见问题及处理措施。(1)施工扰动土的强度降低。振动沉管CFG桩施工时,对土体扰动较大,而不同密度的土受到扰动后,承载力变化也不一样,对密实度较高的土,如采用振动沉管成桩工艺,振动使土的结构强度破坏,承载力反而可能下降。(2)缩颈和断桩。在饱和软土中沉桩时,桩机的振动力较小,当采用连打作业时,新打桩对已打桩的作用主要表现为挤压,使得已打桩被挤压成不规则形状,影响承载力,严重时还会造成缩颈和断桩。(3)桩体强度不均匀。桩机卷扬机系统沉管线速度太快时,为控制平均速度,一般采用提升一级距离,停下留振一段时间。非留振时速度太快,可能导致缩桩或断桩。拔管速度太慢或留振时间过长,都会使桩端水泥含量少,桩顶浮浆过多,混合料也容易产生离析,造成桩身强度不均匀。(4)桩料与土的混合。当采用活瓣桩靴成桩时,可能出现的问题是桩靴开口宽度不够,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偏小。若采用反插法施工,如果桩管不垂直,反插时使土体与桩体材料混合,造成桩身掺土等缺陷。由于振动沉管CF桩容易出现以上种种缺陷,因此为保证质量,应尽量做到:施工前进行工艺试验。工艺试验的目的是考查设计的桩距和沉桩顺序能否有效的保证桩身质量。工艺试验可结合工程桩施工进行,并做如下观测:首先,考查新打桩对尚未结硬的已打桩的影响。观测前应在已打桩的桩顶设置标杆,沉新桩时,测量已打桩的上升高度,据此推测其直径的缩小值,直至已打桩完全结硬后,开挖以检测其质量及桩径。其次,考查新打桩对已结硬的已打桩的影响。

加强施工监测。施工前,要选择足够的有代表性的测点,以测量场地标高。沉管过程中也应随时测量地面标高是否隆起,防止断桩。施工过程中,应加强对桩顶标高的观测,必要时,对桩顶上升幅度较大或怀疑发生质量事故的桩应开挖探查。逐桩静压。对重要工程或监测中发现桩顶上升量较大且桩数量多,桩距小的工程可采用逐个桩快速静压,以消除可能出现的断桩对地基承载力产生的消极影响。此技术在沿海一带应用广泛,称为跑桩。施工时,可在沉管桩桩架上配置适量压重,一般以桩顶压力不小于1.2倍单桩设计荷载为宜,当桩身达到一定强度后进行逐桩静压,每根桩静压时间一般为3min。采取静压技术可以将可能发生的断桩连接起来,使之正常传力。静压振拔。静压振拔是指沉管时不启动马达,借助桩机自重将沉管压至设计标高,填满混合料后再启动马达振动拔管。这种做法主要适用于饱和软土中,特别是塑性指数较高的软土中,它可以避免因振动土体而导致的过大孔隙水压力对桩体影响,也可以防止土体受到剧烈扰动而使其强度大幅度降低。

3.结语

CFG复合地基施工技术尽管还存在不少问题,如不配筋的桩身对抗震不利等,但经过多年的发展,已经日趋成熟。只要我们科学设计、严格施工,它仍是一种安全、经济、有效的地基加固方法。相信随着对CFG复合地基施工技术理论与实践的不断积累,其应用水平将会不断得到提高。

参考文献

[1]牛志荣等编著.复合地基及其工程实例[M].北京:中国建材出版社.2000.

[2]刘松玉等编著.粉体桩复合地基理论与工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社.2006.

[3]李亮.CFG桩复合地基在工程中的应用[J].中国科技信息,2007.

作者简介:梁慕宇,男,广西广播电视大学理工学院高级工程师。

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