CFG桩加固铁路软土地基技术.doc

《CFG桩加固铁路软土地基技术.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CFG桩加固铁路软土地基技术.doc（8页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、CFG桩加固铁路软土地基技术拓守盛1 王军琪2 （中铁七局集团三公司 陕西咸阳 ） 摘 要 CFG桩是近年来新开发的一种地基处理技术，设计计算理论和工程施工经验尚不成熟，本文通过铁路软土地基试验段CFG桩的施工，阐述采用振动沉管成桩机成桩的CFG桩施工工艺、质量控制要点以及桩身质量检测技术。关键词 CFG桩 工艺 质量控制 检测1 概述某铁路路基试验段设计总长度90米（K0+000K0+090），宽度30m。路基填高4.5m。根据试验现场填筑研究的目的、内容，试验工点的地形条件及工程地质条件，该工点K0+040K0+090选择了CFG桩复合地基桩网结构地基处理方案。其中K0+040K0+060

2、设计为悬浮桩，桩长17.5m；K0+060K0+090设计为穿透软土层桩，桩长27.0m。桩直径500mm，桩间距2.0m，呈正方形布置。桩顶铺设0.3m厚碎石垫层，最大粒径不超过3cm。垫层内铺设一层双向土工格栅，设计抗拉强度大于120kN/m。施工采用振动沉管成桩机成桩，28天无侧限抗压强度不小于5MPa。桩体材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥、水配合而成，基本配比如表1：CFG桩桩体材料配合比 （kg/m3） 表1425号水泥粉煤灰碎石、石屑水11121316881892 CFG桩施工工艺2.1 工艺流程CFG桩施工工艺流程为平整场地，测量放线，桩机就位，振动沉管，成孔检查，（拌和CFG桩

3、混合料）灌注混合料，振动拔管，移位施打下一根桩，按上述工序施打完全部CFG桩后打桩结束，成桩检查。2.2 CFG桩施工2.2.1 施工准备 （1）平整施工场地，并进行碾压和晾晒。防止桩机进场和施工陷入泥泞中。（2）进行桩位放样，施放的桩位应明显、易找、不易被破坏，采用有一定直径和深度的白灰点中间钉竹钉来表示桩位。（3）确定施打顺序。采用预制钢筋混凝土桩尖时须埋入地表以下300mm左右。（4）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。桩机就位须水平、稳固，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%。（5）试成孔不应少于两个，以复核地质以及设备工艺是否适宜，核定选用的技术参

4、数。2.2.2 沉管启动马达，开始沉管，沉管过程中要注意调整和保持桩机的稳定，严禁倾斜和错位。沉管应做好记录。每沉1m记录电流一次，并对土层变化处应特别说明，直到沉管至设计标高。2.2.3 投料（1）在沉管至设计标高后，停机马上投料。也可在沉管过程中用料斗进行空中投料，待沉管至设计标高后须尽快投料，直到管内混合料顶面与钢管料口平齐。如上料不足，须在拔管过程中进行空中投料，以保证成桩桩顶标高满足设计要求。（2）混合料配比应严格执行规定，碎石和石屑含泥杂质不大于5%。按设计配比配制混合料，投入搅拌机加水拌和，加水量由混合料坍落度控制，一般坍落度为3-5cm，成桩后桩顶浮浆厚度一般不超过20cm。混

5、合料的搅拌须均匀，搅拌时间不得少于1min。2.2.4 拔管（1）当混合料加至沉管投料口平齐后，开动电动机，原地留振10s左右，然后边振边拔。（2）拔管速率按均匀线速控制，一般控制在1.2-1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率可适当放慢。拔管过程中不允许反插。（3）当桩管拔出地面，确认成桩符合设计要求后用粒状材料（或湿粘土）封顶，然后移机继续下一根桩施工。2.2.5 成桩检查在所有设计CFG桩按照前述工序施工完毕，一般28天后对CFG桩和CFG桩复合地基进行检测，检测包括低应变对桩身质量的检测和静载荷试验对承载力的检测。 图1 CFG桩施打顺序3 质量控制要点3.1 施打顺序3.

6、1.1 由于设计桩距为2米，根据试桩情况，每施工一根桩大约需35-40min，考虑在连续施打时混合料尚未初凝，采取连续施打。从后期成桩检查结果看，连打一般较少或者没有发生桩完全断开的情况。3.1.2 设计为满堂布桩。为防止从四周转圈向内推进施工时，可能限制桩间土外的侧向变形而造成大面积土体隆起，甚至发生断桩。施工时采用从一边向另一边推进的方案（施打顺序见图1），施工时发现这样的施工顺序不仅便于移动机械，而且较好地避免了地面隆起现象。 1639吊钩163686263.2 混合料坍落度与桩体强度试桩结果表明，混合料坍落度过大，桩顶浮浆过多，桩体强度降低。坍落度控制在35cm时，和易性很好。拔管速度

7、太快可能导致缩径断桩，拔管太慢或留振时间过长，都会使得桩的端部桩体水泥含量较少和桩顶浮浆较多，而且混合料也容易产生离析，造成桩身强度不均匀。桩机卷扬系统提升沉管线速度太快时，为控制平均速度，一般采用提升一段距离，停下留振一段时间，非留振时，拔管速率控制为1.21.5m/min 时，一般桩顶浮浆可控制在10cm左右，成桩质量容易保证。3.3 砼预制桩尖的采用（a）混凝土桩尖(b) 活瓣桩尖图2 桩尖示意图 1桩管；2锁轴；3活瓣21163268636吊钩16391621163在试桩时，采用活瓣桩尖，由于施工刚开始，土的振密、挤密效果较好，没有出现桩靴开口打开宽度不够的问题，随着已打桩的增多，土体

8、密度会明显增加，逐渐出现了活瓣打开宽度不够的问题后主要表现为混合料下落不充分，因此，在发现问题后及时采用了钢筋混凝土预制桩尖，保证了混合料的灌注量，避免造成桩端与土接触不密实或桩端一段桩径较小等问题。施工中采用的桩尖示意图见图2。 3.4 保护桩长保护桩长是指成桩时预先设定加长的一段桩长，基础施工时将其凿掉。保护桩长是基于以下因素设置的：3.4.1 成桩时桩顶不可能正好与设计标高一致，一般要高出设计标高一段桩长。3.4.2 桩顶一段由于混合料自重压力较小或由于浮浆的影响，靠桩顶一段桩体强度较差。3.4.3 已打桩尚未结硬时，施打新桩可能导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小。如果已打桩混合

9、料表面低于地表较多，则桩径被挤小的可能性更大，增加混合料的表面高度即增加了自重压力，可使抵抗周围土挤压的能力提高，特别是基础埋深很大时，空孔太长，桩径很难保证。3.4.4 综上所述，保护桩长必须设置，设置的原则通过试验总结为：（1）设计桩顶标高离地表的距离不大时（不大于1.5m），保护桩长可取50cm70cm，上部再用土封顶。（2）桩顶标高离地表距离较大时，可设置70100cm的保护桩长，上部再用粒状材料封顶，直到接近地表。3.5 施工监测3.5.1 打桩过程中随时测量地面是否发生隆起，因为断桩常常和地表隆起相联系。3.5.2 打新桩时对已打但尚未结硬桩的桩顶进行桩顶位移测量，以估算桩径缩小量

10、。3.5.3 打新桩时对已打并结硬桩的桩顶进行桩顶位移测量，以判断是否断桩。一般当桩顶位移超过10mm时，须开挖进行查验。4 CFG桩施工检测CFG桩施工完毕，根据相关规范要求，28天后对CFG桩和CFG桩复合地基进行检测，检测包括低应变对桩身质量的检测和静载荷试验对承载力的检测，静载荷试验采用单桩和单桩复合地基，根据试验结果评价复合地基承载力。4.1 检测方法4.1.1 动力检测按动力荷载下桩土之间应变的性质与大小，CFG桩的动力检测采用低应变法（小应变法）。低应变法的类别很多，项目从检测原理、理论依据、测试仪器、使用经验等方面来看，选择了反射波法进行结构完整性、桩身质量普查和检测桩身的质量

11、缺陷。根据规范，低应变检测数量一般取CFG桩总桩数的10%。本试验段应检测41根，实际检测44根。4.1.2 静载检测（1）静载检测包括CFG桩基桩静载测试和CFG桩单桩复合地基静载测试。根据有关规范，静载荷试验数量取CFG桩总数的0.5%-1.0%，但不少于3点。项目检测3根，其中悬浮桩2根，穿透软土桩1根；单桩复合地基检测2点，悬浮桩和穿透软土桩各1点。（2）按照试桩预估最大荷载的1/10为加载级差，逐级等量加载，第一级取2倍加载量进行加载，每级荷载维持过程中保持数值稳定。荷载由一台2000KN的电动千斤顶施加于载荷板上，通过正交对称安置在载荷板上的4只机械百分表观测桩顶（复合地基）的沉降

12、量。卸载分级取卸载量为加载量的2倍，进行逐级等量卸载。(3)试验采用慢速维持荷载法。每次加载后第一小时内第5、15、30、60分钟测读试桩沉降量，以后每隔半小时测读一次，当沉降速率达到相对稳定标准时，进行下一级加载；卸载时，每级荷载维持一小时，按第5、15、30、60分钟测读，卸载至零时，测读稳定的残余沉降量，一般为180分钟左右。(4)稳定标准取一小时的沉降量不超过0.1mm，并连续出现两次，作为试桩稳定标准。(5)终止加载条件单桩竖向静载荷试验,当出现下列情况之一时，即可终止加荷：a.在某级荷载作用下的沉降量大于前一级沉降量的5倍；b.在某级荷载作用下的沉降量大于前一级沉降量的2倍并经24

13、小时尚未稳定；c.累计沉降量已经达到100mm。复合地基静载荷试验,当出现下列情况之一时，即可终止加荷：a.沉降量急剧增大，土被挤出或压板周围出现明显裂缝； b.总沉降量达到甲方的要求（累计沉降达到90mm时）；c.累计沉降量已大于载荷板宽度的10%；d.在某级荷载作用下荷载板的沉降量大于前一级的2倍，并经24小时尚未稳定。(6)对复合地基静载荷测试时采用1800mm1800mm刚性荷载板水平、居中安放在CFG桩上，板下用约3cm厚中砂找平，安置高程与设计高程一致。4.2 基桩检测4.2.1 检测环境与条件选择试验点时应本着随机分布的原则进行。检测桩前要进行桩头处理，如果由于某种原因造成桩顶标

14、高低于设计标高时，如果相差较多，应进行接桩。所有桩龄期应达到28天，桩身强度满足设计要求同时备足砂及砂袋。4.2.2 小应变检测(1)检测设备：PIT-V基桩低应变试验检测仪、 加速度传感器（型号：16370）、传感器电缆、激振设备等。 (2)检测及其设备配置流程图见图3。 图3 设备配置流程图 4.2.3 桩的轴向静载检测(1)单桩复合地基的轴向静载检测布置图见图4(单桩检测只需将其中的钢板和砂垫层去掉)。(2)加载及沉降测读本工程单桩和复合地基均以其预估极限承载力为本次试验的最大加载量，加载等级分为10级，首级按2倍级差加荷。 图4 静载检测布置图4.3 基桩检测结果及其分析4.3.1 小

15、应变检测主要根据时域波形，比较入射波与反射波达到时刻及其振幅、相位、频率等特征，进行计算、判断。抽检的44根桩占施工414根CFG桩的10.6%，其中类桩（完好桩）有26根，占抽检桩总数的59.1%；类桩(有轻微缺陷，但不影响原设计桩身结构强度的特性)有17根，占抽检桩总数的38.6%；类桩（有明显缺陷，但应采用其他方法进一步确认可用性的桩）有1根，占抽检桩总数的2.3%；类桩（有严重缺陷或断桩）0根，占抽检桩总数的0%。4.3.2 静载测试(1)测试结果见表2。静载荷试验结果 表2试验点CFG桩规格最大加荷量最大沉降量(mm)残余沉降量(mm)备注4-10#桩50cm1750cm600kN1

16、07.97100.37单桩6-12#桩50cm1750cm500kN100.4898.25单桩J23-5#桩50cm2700cm750kN107.38105.21单桩7-7#桩处50cm1750cm247kPa100.9796.78复合地基12-7#桩处50cm2700cm370kPa101.1494.08复合地基(2)结果分析单桩竖向静载荷试验综合分析本工程三组试桩沉降观测数据及依据测试数据绘制的Q-s曲线及s-lgt曲线，4-10#试桩在加载到600kN时，桩顶总沉降量为107.97mm，在荷载-沉降曲线上出现明显的第二拐点,slgt曲线出现明显的向下弯曲段。6-12#试桩在加载到500k

17、N时，桩顶总沉降量为100.48mm，在荷载-沉降曲线上出现明显的第二拐点,slgt曲线出现明显的向下弯曲段。J23-5#试桩在加载到750kN时，桩顶总沉降量为107.38mm，在荷载-沉降曲线上出现明显的第二拐点,slgt曲线出现明显的向下弯曲段。复合地基静载荷试验复合地基静载荷试验（位于7-7#桩处）压板周围出现龟裂、隆起现象所得的ps曲线出现明显的第二拐点，slgt曲线有明显向下弯曲段；复合地基静载荷试验（位于12-7#桩处）压板周围出现龟裂、隆起现象所得的ps曲线出现明显的第二拐点，slgt曲线有明显向下弯曲段。5 结论与体会5.1 通过振动沉管打桩机在铁路路基试验段CFG桩的施工，

18、我们深刻感受到如果施工时质量控制不严或不能及时发现和解决问题，很可能会发生缩径和断桩等质量问题。由于振动沉管打桩机成桩为非排土成桩工艺，成桩会造成地表隆起，严重时可能挤断已打桩。另外在施工时，混合料从搅拌机到桩机进料口的水平运输一般为人工手推车运输，效率相对较低，若工程量大时，可考虑用翻斗车或泵车运输或泵送。对于长桩，拔管过程中尚需空中投料，操作不便。这些问题都有待于在施工中不断地加以改进，增强施工控制能力，提高施工效率。当然，在条件具备时，可使用长螺旋钻管内泵压CFG桩施工或根据地质条件和地基处理的目的采用两种施工工艺组合。5.2 施工时，混合料的配比对桩的质量有很大的影响，不同成桩方法对配

19、比的要求也不相同。本工程采用振动沉管打桩机成桩，施工时按照设计要求进行试验选择最佳配比，每盘料搅拌时间不少于1min，坍落度控制在3-5cm。5.3 根据规范极限承载力的确定方法：4-10#桩的竖向静载荷试验极限承载力为500KN，特征值为250 KN； 6-12#桩的竖向静载荷试验极限承载力为400KN，特征值为200 KN；J23-5#桩的竖向静载荷试验极限承载力为600KN,特征值为300 KN。复合地基静载荷试验（位于7-7#桩处）的地基极限承载力为216kPa，特征值为108 kPa；复合地基静载荷试验（位于12-7#桩处）的地基极限承载力为309kPa，特征值为155 kPa。参考文献：1 桩基工程检测手册 罗骐先编著 人民交通出版社 20032 基桩质量检测技术 陈 凡等编著 中国建筑工业出版社出版 20033 地基处理与托换技术 叶书麟等编著 中国建筑工业出版社出版 1997作者简介：1、拓守盛 男 1973年11月生 1995年7月毕业于西南交通大学地下工程与隧道工程专业，最高学历大学本科，技术职称为工程师，职务为三公司上海京沪高速铁路试验段项目经理部经理、三公司广州地铁四号线新造站项目经理部总工程师兼副经理。工作单位：中铁七局集团第三工程有限公司。联系方式：TEL：/020- FAX：020- E-mail：tuobahong