振动沉管CFG桩的施工工艺及质量控制

王国宁

摘 要：通过在甘肃省临洮至渭源高速公路YK133+300、ZK133+288.74通道涵基底软基采用CFG桩振动沉管法进行加固处理的应用实例，总结振动沉管CFG桩的施工工艺及质量控制要点。

关键词：CFG桩；施工工艺；质量控制

临洮至渭源高速公路是兰州至海口国家高速公路的重要组成路段。该项目线路沿洮河支流漫坝河、渭河支流禹王沟的两岸阶地布设，路线经过区域地质复杂，存在滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害和湿陷性黄土、软土等特殊性岩土。YK133+300、ZK133+288.74通道涵基坑开挖后基底为软基，达不到设计要求的200KPa，需进行加固处理。

1 软基地质情况及加固处理方案介绍

临渭高速公路YK133+300、ZK133+288.74通道涵处的软基主要为冲洪积堆积体，原河道内水流受到K133+370处土坝截流，土体受流水长期浸泡呈软塑状，淤积大量粉质粘土，含腐殖質较多，局部夹细砂层。经钻探，该涵水稳层底面以下0～1.5m土体呈软塑状，稍湿，承载力75KPa，1.5～6.5m土体呈软塑状，潮湿，属高压缩性土，承载力62～105KPa；6.5m以下土体呈可塑状，稍湿，属中压缩性土，承载力140KPa。设计采用CFG桩复合地基进行软基加固处理，设计桩底标高要求嵌入上述中压缩性土层内1.5m，桩径采用40cm，桩间距按1.6m等边三角形布设，桩长8m，设计混凝土标号C15，桩顶设碎石褥垫层40cm，与CFG桩共同承受上部荷载。要求CFG桩施工完成后，其复合地基的承载力不小于250KPa。由于YK133+300、ZK133+288.74通道涵基底软基属粉质粘土沉积而成，在施工工艺上，考虑采用振动沉管工艺，在施工顺序上，采用从涵洞进口至出口段顺序依次施工，后桩施工时需待前桩混凝土浇筑完成3小时以上再进行，避免后桩施工振动造成前桩断桩。振动沉管法对粉质粘土挤密效果明显，先打桩施工完后，土体密度会有显著增加。而且打的桩越多，土的密度越大。如采用隔桩跳打，在补打新桩时，一是加大了沉管难度，二是非常容易造成已打桩断桩，故隔桩跳打不宜采用，只能采用依次按顺序施工的方法。

2 振动沉管CFG桩施工工艺流程

2.1 施工准备

对需要进行加固处理的地基范围进行整平，并确保满足振动沉管机的工作需要。根据图纸要求放样出桩位中心点，由于振动沉管机的沉管装置在工作时位于机械行走系统侧面，CFG桩的施工顺序为沿涵洞进口至出口方向依次施工。机械就位后，要接通电源并调试，检查机械是否能运转正常。

2.2 沉管

根据设计桩长、桩顶设计标高等参数计算出沉管入土深度。根据沉管入土深度计算确定所需沉管的长度、根数和机架高度，进行设备组装，要求沉管垂直度偏差小于1%。为避免振动对邻桩的影响，沉管时间应尽量短。根据沉管下降的速率判断地层变化位置，检验是否与地质钻探资料相符，并做好记录。

2.3 混凝土灌注

由于是干硬性混凝土，混凝土从拌合站至施工地点采用农用三轮车运输。混凝土灌注利用振动沉管机上部的投料口和自带的投料斗进行。先将混凝土倾倒在料斗内，在利用沉管机将料斗提升至投料口投料。待沉管沉至设计标高位置且停机后，应尽快完成投料，投料数量要根据计算确定，一般要较设计桩长高50cm左右混凝土用量。工地试验室要在施工现场实测混凝土坍落度，合格后方可投料，并抽样做混凝土试块。

2.4 拔管

投料完成后启动电动机开始拔管。为确保混凝土密实，开始拔管时应留振5～10s，拔管速度要均衡，拔管过快易造成局部缩颈或断桩，拔管太慢振动时间过长，会使桩顶浮浆增厚，易使混合料离析。根据以往项目的施工经验，我部将拔管速率控制在1.3m/分钟左右。成桩后桩顶标高应高出设计桩长0.5米。

2.5 封顶

沉管拔出地面，确认成桩标高符合设计要求后，用湿粘性土封顶。增大孔内混凝土表面的高度即增加了自重压力，可提高混凝土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而混凝土混合料上涌使桩径缩小。

2.6 移机

上一根桩施工完毕，对沉管机钻头进行检查和保护，钻机移位进行下一根桩的施工。

2.7 开槽及桩头处理

CFG桩施工完成后7d即可开槽，若基坑深度不大于1m，可采用人工开挖；当基坑深度大于1m时，可考虑人工和小型挖掘机联合开挖，避免开挖时对桩间土及桩产生不良影响。

2.8 褥垫层铺设

根据设计厚度进行褥垫层的铺设，铺设时要考虑铺设宽度和压实系数等指标。

3 CFG桩质量控制要点

3.1 从原材料质量上保证工程质量

混凝土中所用水泥采用天水祁连山水泥有限公司P.O42.5水泥，初凝时间为147min，终凝时间为201min，安定性煮沸法试验合格。粉煤灰采用兰州西固热电厂生产的II级粉煤灰，其需水量比为91.2%，烧失量为6.97%。细集料采用渭源县新农石料厂生产的水洗河砂，级配符合要求，为II区中砂。粗集料采用天水武山鸳鸯镇邱家峡石料厂生产的碎石，级配符合要求。

3.2 从施工工艺上保证工程质量

做好配合比的设计及验证工作。由于采用振动沉管工艺，混凝土按照干硬性混凝土进行设计，设计强度等级为C15普通混凝土，设计水胶比0.56，砂率41%，设计坍落度30-50mm。

从施工顺序上保证质量。在施工顺序上，采用从涵洞进口至出口段顺序依次施工，后桩施工时需待前桩混凝土浇筑完成3小时以上再进行，避免后桩施工振动造成前桩断桩。

严格控制拔管速率。拔管速度要均衡，拔管过快易造成局部缩颈或断桩，拔管太慢振动时间过长，会使桩顶浮浆增厚，易使混合料离析。

控制好混凝土的坍落度。大量工程实践表明，混凝土坍落度过大会形成桩项浮浆过多，桩体强度也会降低。在施工中要求对每班混凝土的坍落度均进行抽检，确保坍落度在设计要求范围内。在运输工具的选择上，考虑混凝土运输车对干硬性混凝土运输、卸料困难，采用农用三轮车进行运输。

设置保护桩长。灌注成桩加料时要比设计桩长多考虑0.5m，在施工褥垫层之前凿除，避免桩顶浮浆过多影响桩基质量。

在拔管过程中避免反插。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。

3.3 加强施工过程中的监测

施工场地标高观测。施工前要测量场地的标高，并注意测点应有足够的数量和代表性。打桩过程中则要随时测量地面是否发生隆起。因为断桩常和地表隆起相联系。

已打桩桩顶标高的观测。施工过程中注意已打桩桩顶标高的变化，尤其要注意相邻桩的观测。因为在打新桩时，量测已打桩桩顶的上升量，可估算桩径缩小的数值，以判断是否产生缩径。

对有怀疑桩的处理。对桩顶上升量较大或怀疑发生质量问题的桩应开挖查看，并做出必要的处理。

4 结束语

CFG桩提高了传统的碎石桩的复合地基承载力4倍或更多，CFG桩机设备简洁，施工过程无泥浆污染，噪音较小，更加适合城市基础建设。从施工成本分析，40cm直径的CFG桩与40cm直径的预应力管桩相比，每米节省成本100元左右，工程成本大幅降低。正是因为CFG桩有以上优势，其大面积推广应用具有广泛前景。

参考文献

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[3]梁思锋.CFG桩施工技术要点及注意事项[J].技术与市场，2014（7）：176.