刘培权
【摘要】通过工程实例,简单介绍CFG桩加固地基的施工工艺和施工技术控制要点,阐述笔者在工作中的经验体会,以便与广大工程技术人员进行技术交流。建议软土地区的高层建设也可以使用复合地基。
【关键词】 复合地基;CFG桩;地基处理
水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)是水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。水泥粉煤灰碎石桩法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。CFG桩与素砼的区别在桩体材料的构成不同,而在其受力和变形方面没有什么区别。和其他散体材料、软体材料相比,CFG桩复合地基具有承载力提高幅度大,地基变形小的特点,并且有较大的适用范围。目前在地基处理中得到了广泛的应用。
1. 工程概况
拟建东营市某广场位于东营市黄河路南侧,共设计小高层住宅楼41栋,采用CFG桩复合地基,山东正元建设工程有限责任公司承揽21#、22#、37#、38#四栋高层基础施工任务,四栋高层基础总工程量设计为:桩数约885支,桩径400mm,其中桩长12.5m的桩435支,桩长13.00m的桩450支,桩头埋深-4.18m。混凝土总量约为1483.47m3。
2. 场地工程地质条件
东营市地处黄河三角洲,地貌单元为黄河冲积平原,地层为多为粘性土、粉土。地下水为第四系孔隙潜水,稳定水位埋深1.20~5.16m。静止水位标高3.85~4.35m。据调查,场区历年最高水位埋深0m。地下水对混凝土结构具弱腐蚀性,对混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性。地层情况大致如下:
①层素填土:黄褐色,松散,以粉土为主。
②层粉土:黄褐色,湿-很湿,中密,较均质。
③粉质粘土:灰褐色,软塑,局部含腐殖质及小贝壳,局部夹粉土薄层。
④层粉土粉质粘土互层:粉土,灰褐色,很湿,中密;粉质粘土,灰褐色,软塑-可塑。
⑤层粉砂:灰褐色,饱和,中密,均粒。
⑥层粉土粉质粘土互层:粉土,灰褐色,很湿,中密,局部夹粉砂团块;粉质粘土,灰褐色,软塑-可塑。
⑦粉质粘土:灰褐色,软塑-可塑,偶见小贝壳,局部夹粉砂团块。
⑧层粉土:黄褐色,很湿,密实,具砂感,含铁锰质。
⑨层粉质粘土:黄褐色,软塑-可塑,局部夹粉砂团块,含铁锰斑点。
3. 工艺及技术要求
地基采用CFG桩复合地基处理。桩径400mm,桩间距1600 mm.该地基处理后,复合地基承载力特征值fspk=190KPa;桩身砼设计强度为C15。
4. 施工工艺流程
现场采用强制搅拌机搅拌砼,长螺旋成孔管内泵压混凝土成桩方案。见施工工艺流程图(图1)。
图1施工工艺流程图
5. 设备选型配套
根据施工工艺及工期要求,为此配备的主要设备见表1:
6. 主要工序控制
6.1鉆机就位。钻机就位时,要做到机座平稳,用铅锤测定钻机桅杆的垂直度,钻头中心与桩位偏差不得大于20mm。
6.2钻进成孔。开孔时,将钻头两活瓣合拢,钻头对准桩位,经质检员检查合格后方可施工;在钻进过程中,随时检查钻机的平稳状态和垂直度,确保桩孔垂直度<1%;开孔钻进至设计深度终孔,提钻200mm左右,开动输送泵送混合料。
按照泵送混合料速度边送料边提钻,泵送砼量略大于提钻形成的钻孔体积。提钻至设计桩顶并留出保护桩长0.60m。为确保在粉质粘土和粘土中成桩不缩径,在该层泵送砼时,提钻速度要比正常提钻速度减少1/3,在钻杆中的砼面要比孔内砼面高出3~5m。泵送砼与钻杆提升等操作,要派业务熟练的专职人员统一指挥,理论和实践相结合,即泵送砼的形成的柱状体积,应大于提钻的形成的柱状体积,并结合耳听钻杆内砼液面的高度。
6.3泵送混凝土。接输送泵管,把输送泵管与螺旋钻具连接起来,注意软管长度要大于钻具长度。顶端采用弯管,泵管连接处加密封圈,以防止泵管漏浆。释放空气:将弯管顶部放气孔打开,泵送砼排出钻具内空气后,关闭放气孔。压灌:将钻具提离孔底20cm左右,启动输送泵,泵送砼,同时开动卷扬机,匀速提动钻具,钻头活门在泵压下张开,将C15砼注入孔内,注意钻具提升速度不大于泵送速度(排量)。压灌混凝土至高出设计标高0.60m,停泵,提出钻具,清理钻具及桩头泥土。
7. 质量检验
CFG桩地基检验应在桩身强度满足试验荷载条件时,宜在施工结束28d后进行。本工程采用低应变动力试验和复合地基静力载荷试验两种方法。低应变动力试验90颗,其中I类桩75颗,II类桩10颗,III类桩5颗。静力载荷试验9组,工程桩做试验,没有做到破环,当极限承载力达到400KPa时停止了试验,9组试验全部合格。根据试验可知本工程满足设计要求,但是有一定的浪费。
8. 经验总结
8.1CFG桩复合地基在设计时应首先满足承载力和变形量的要求,然后再合理选用设计参数,以免浪费。
8.2本工艺在施工中出现最多的故障就是泵送砼中途堵管,一旦堵管需要重新成孔,这样既造成材料的浪费,又因地层不稳定再次成孔困难。为此,要做到:连接弯头的内径要与输料管内径一样大,且弯头的弧度要合理;粗骨料级配合理,且最大粒径≤20mm;每盘砼搅拌时间不小于90s,且坍落度控制在160~200mm之间;钻头底部活瓣开关要灵活可靠,钻进时,保证活瓣闭合良好,泵送砼时,应能轻松打开活瓣。
8.3由于泵送砼时具有一定的泵压,且桩间距较小,可能造成串孔现象。为此,在施工中采用跳打、隔打以及相邻桩之间要错开一定时间施工。
8.4据地质勘察报告,地下水位埋深0.40~1.0m,地层主要为粉土、粘性土组成,该地层遇水会出现缩径现象,加之桩径较小。因此,在施工中要确保:成桩的连续性,即钻孔达到设计深度后及时向孔内泵送混合料,用混凝土在孔内形成的压力阻止地下水渗入孔内;控制好提钻速度,防止断桩,钻具提升速度略小于输送到桩孔内的混合料上升速度,按照HBT60混凝土输送泵的输送量Q=0.97m3/min,桩的充盈系数为K=1.2计算钻机提升速度V:
V=4QK·πD2=4×0.971.2×3.14×0.52=4.12(m/min)
参考文献
[1]《工程地质手册》(第四版 常士骠、张苏民 主编)中国建筑工业出版社
[2]《岩土工程治理手册》.林宗元主编.中国建筑工业出版社
[3]《建筑地基处理技术规范》(JGJ70-2002)中国建筑工业出版社