CFG桩施工中管道堵塞原因分析及预防措施

魏晓林

WEI Xiaolin

(中铁十六局集团第三工程有限公司,浙江 湖州 313000)

1　概　述

CFG桩是近些年来高铁施工中处理软弱地基时最常用的一种地基处理形式。CFG桩的学名为水泥粉煤灰碎石桩(Cement Fly-ash Gravelpile) 简称CFG桩,利用桩间土的褥垫层和CFG桩基一起构成复合地基受力[1]。它适用于天然地基承载力较低、地质较差而设计要求承载力较高的基础,在沪昆客专云南段嵩明车站软基处理施工中大量采用了该项施工技术[1]。

2　工程概况

沪昆客专云南段TJ3标嵩明车站起讫里程为：D2K1120+846.89—D2K1122+300,全长1 453.11m,本管段软土地基主要地质为：表面为梯田和地,地坡平缓,表层为粉质黏土,厚5～15m,下伏基岩为紫红色粉砂岩﹑粉细砂岩,结构紧密,岩质坚硬,表层工后沉降不能满足要求,需加固。主要工程加固措施：采用Φ500 mmCFG桩及0.6 m厚碎石垫层夹二层土工格栅复合地基加固,桩间距1.6m,正方形布置加固深度至基岩持力层下1m,加固宽度至坡脚外2 m。本管段CFG桩总长度约为50万延米。

2.1　地形地貌

本管段位于云贵高原中心地带,属高原湖积平原及高原剥蚀残丘低山地貌,高程1 860～2 000m,相对高差5～50m,地势平坦开阔,地表水系发育，但局部地形起伏较大,残丘与沟槽相间分布,植被不发育,部分地带生长松树、灌木、杂草,耕作土。

2.2　水文、地质

沿线地下水主要为孔隙潜水、基岩裂隙水。孔隙潜水主要分布于沿线的河谷两岸和各小流域沟谷较平缓地带,以及第四系冲、洪、湖积层中,水量主要受大气降水补给；基岩裂隙水主要分布在低山区,丘陵区较少。沿线大部分地表水及地下水对混凝土无侵蚀性。区域范围内地质断层发育，线路所经区域属8度、9度地震区。

3　堵管问题原因分析

沪昆客专云南段TJ3标嵩明车站项目采用长螺旋钻管施工CFG桩,此工艺是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机(集中厂拌混凝土)、混凝土运输罐车等组成的完整施工体系,是目前主要应用的CFG成桩模式[2]。

该项目施工中经常碰到的管道堵塞问题,它不仅增加了整体劳动强度,造成混凝土浪费,而且还存在污染环境、影响工期等问题,严重降低了施工效率,增加了施工成本,甚至造成爆管、断桩等一系列的安全质量隐患,于是采用CFG桩施工。现将该技术在工程施工过程中堵管问题原因分析如下:

1)混凝土级配不均匀，拌合料配合比不合理。CFG桩桩体混凝土主要由水泥、碎石、砂、粉煤灰、外加剂加水在拌和站中集中拌制,CFG桩施工中往往采用低标号混凝土,混凝土中的水泥和粉煤灰掺量过少,和易性不佳,容易造成输送管道堵塞。

2)混凝土拌制质量有缺陷。大量现场实践证明,混凝土的坍落度过大或过小都容易造成管道堵塞。坍落度太大,混凝土易产生离析,在输送管内浆液浮到面上,在泵压的推动下,特别是从高处往低处泵送,浆液先流动,骨料与浆液分离,局部混凝土干硬过快,摩擦力剧增,从而导致管道堵塞；坍落度过小,混凝土在输送管内流动性差,且混凝土干硬过快,也容易造成管道堵塞[3]。

3)设备缺陷。混凝土的泵送由钻杆空心管、高强柔性橡胶管、刚性管、通过刚性弯头连接起来。由于弯头不够圆顺,曲率半径过小 ,弯头角度过大,同时混凝土地泵的型号、性能也是关键因素,施工中选用地泵不当或过于老旧,停放的位置不合适也是引起管道堵塞的重要原因

4)现场管理不到位。现场施工中,往往属于粗放型管理。现场施工人员管理不到位,前期施工准备不足,没有充分考虑机械停放平台、钻机工作面、上下工序衔接及钻机移位等暂停和间歇时间,混凝土罐车长时间停放在现场等因素,造成混凝土坍落度损失严重,特别在阳光照射下水分流失加剧,致使混凝土干缩,局部干硬,和易性差,进而在泵送时极易发生堵管现象。

5)受气温过低影响。CFG桩软基处理主要在室外进行,冬季施工时混凝土输送管道及弯头均未做防冻保温处理,一旦裸露在低温环境之中,极易在输送管道及弯头处出现混凝土泵送时结冻,影响混凝土的质量，同时造成管道堵塞[4]。

4　预防措施

1)混凝土配合比要严格控制各种材料的掺入量。嵩明车站实际施工中CFG桩强度等级为C15,粉煤灰掺入量控制在80 kg/m3左右,水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥[4]，碎石采用粒径为5～31.5mm的坚硬碎石,砂采用中粗砂,粉煤灰采用细度模数不大于25%的Ⅱ级粉煤灰。这样有利于混凝土的和易性和密实度的控制,又在粉煤灰的掺入下加大了流动性,满足了泵送的要求,而且也不影响混凝土其它技术性能指标,最主要的是避免了输送管道堵塞现象[5]。

2)施工中严格按照配合比拌制混凝土。坍落度要控制在设计范围之间,且尽量把混凝土泵(地泵)安放在地势低洼处,以免钻机移位、待料引起暂停或间歇时浆液流失,造成管道堵塞[5]。根据输送距离的远近和周围环境温度的高低,适当调整混凝土坍落度,但严格控制水灰比以确保混凝土的各种技术性能；灌注过程中应每车检查坍落度,注意运输过程中坍落度的损失,随时监控混凝土的质量确保混凝土的和易性和坍落度。坍落度的损失速度根据现场试验检测得出,并根据检测结果实时调整,避免因坍落度损失过大造成输送管道堵塞。

在实际施工中混凝土搅拌时间按90s以上控制,坍落度经过多次调整,最终控制在160～200mm之间。实际施工中发现当坍落度在180mm附近时,泵送效率最大且不易堵管,拌和好的混凝土泵送至储料斗时,需经过专用过滤栅,确保合格料源进入储料斗。若混凝土不易泵送,在不影响质量的前提下可适量掺入泵送剂。

3)混凝土泵管弯头通常要采用弧形,曲率半径适中,弯头角度不宜过大,输送管与钻杆也不能成90°连接,软管的弯曲半径要大于1.5m,通常采用刚性连接[6]。施工结束后要及时清洗管道及弯头内剩余的混凝土等各种杂物,如果局部清理不及时或漏清理,可以敲打管道外壁,通过振动让其自行脱落；实在无法清理彻底,可加入适量草酸,通过化学反应手段处理,但应严格控制废弃物不得污染周边环境。若清理不干净就会阻碍混凝土润滑流动,以致再次施工时造成管道堵塞。通常每次施工结束后在混凝土地泵中加入清水来回泵送1遍,最后再放入清洁球,直至把清洁球从储料斗中泵出钻杆出口,方算清洗完毕[7]。

施工中地泵型号宜选用HBT-60及以上,设备各项性能完好,在条件许可下地泵尽量停放在地势低洼处,让混凝土由下而上泵送,避免暂停时浆液流失。施工过程中需经常检测设备的各项性能指标,根据设备磨损情况及时更换零配件及泵管,避免管道堵塞及爆管现象的发生。

4)实行精细化施工管理,管理制度落实到位。将责任具体化、责任到人,分工明确化,以制度管人,奖惩结合。现场管理人员要有责任心,业务能力扎实,同时严加管控,加强各个工序衔接与协调,充分考虑各种不利因素,提前做好准备工作,确保混凝土到现场能及时灌注。

5)冬季施工时,混凝土输送管道及弯头需做防冻保温处理，比如加热水拌制混凝土,进而提高混凝土的入模温度。通常是在拌和站厂房中直接用明火加热储水箱,同时水温不宜过高,一旦水温超过60℃,搅拌混凝土时,会加快混凝土的化学反应,使所拌制出的混凝土出现早凝现象,所以在采用热水拌制混凝土时要严格控制水温。同时尽量缩短混凝土的运输和在现场等待时间,及时浇筑,避免管道堵塞[8]。

5　结　语

通过嵩明车站50多万延米CFG桩的施工,在CFG桩施工中遇到的各种管道堵塞问题的分类分析,综合考虑,总结出了对应的解决方案及预防处理措施。从而为加快后期的施工进度,保证施工质量,杜绝安全隐患,做好了铺垫,同时为今后大规模开展此类施工提供了可靠的技术依据和参考。