浅谈石武铁路CFG桩桩身质量控制

　　摘要：本文结合石武铁路客运专线CFG桩施工实践，主要介绍CFG桩的施工流程，分析了不良地层中CFG桩桩身质量产生的原因，针对这些原因提出了具体的预防措施，积累了不良地层中CFG桩桩身质量控制的经验，可为类似工程提供有益的借鉴。
　　关键词：客运专线，CFG桩，质量，预防措施
　　
　　1前言
　　CFG(CementFly—ashGrave)桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是近年来发展起来的一种新型桩。近几年，该技术已在客运专线路基工程中广泛应用。由于该技术具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉等特点，目前已成为应用最普遍的地基处理技术之一。
　　时速350km/h的石武铁路，具有“大刚度、高平顺、免维修、零变形”四大特点。高标准变形控制是满足铁路列车高速运行的必要保证，也是对路基工程、特别是深层软土、松软土铁路地基工后沉降控制技术提出的新挑战。在不良地层中施工，CFG桩易出现桩身质量不均匀、缩径，有时甚至断桩等质量问题。现已石武铁路中先期施工的一段为例，探讨不良地层中CFG桩施工出现桩身质量问题的原因及质量控制措施。
　　2设计概况及地质情况
　　2.1设计概况
　　该工程采用CFG桩复合地基。CFG桩桩径为0.5m，正方形布置，无碴轨道路基范围桩距1.5m～1.6m，坡脚范围桩距1.8m。加固桩长30m（其中扶壁式挡墙下CFG桩桩长25m）。一部分地段桩顶设C30钢筋混凝土板，板厚0.5m；一部分地段设置C25钢筋混凝土桩帽，尺寸为长100cm，宽100cm，高30cm；一部分地段桩顶铺0.5m厚碎石垫层，垫层内夹铺两层双向100kN/m高强土工格栅。
　　2.2地质情况
　　自上而下依次为：①层粉质粘土，潮湿；②层粉土，潮湿；③层淤泥质粘土，饱和状态；④层粉质粘土，潮湿；⑤层粉土，潮湿；⑥层粗砂，潮湿；⑦层粉土，潮湿；⑧层细砂，饱和状态；⑨层粉质粘土，潮湿；⑩层粉砂，饱和状态。地下水首层为上层滞水，其下各层为承压水，稳定水位埋深介于2～5.59m之间。该类地层的特点是强度低，第②层粉土、第③层淤泥质粘土、第⑤层粉土、第⑦层粉土、第⑧层细砂、第⑩层粉砂受螺旋钻具摇动影响产生液化，给施工带来不便。
　　3施工工艺
　　本工点采用长螺旋钻、管内泵压混合料灌注成桩施工工艺，使用的设备主要是JZL90履带式长螺旋钻机，混凝土泵送采用HBTS60-1813拖式混凝土输送泵。
　　通过成桩工艺性试验总结出工艺流程如下：
　　
　　图3.1长螺旋钻孔管内泵压CFG桩施工工艺流程
　　4存在的桩身质量问题及预防措施
　　4.1存在的桩身质量问题
　　先期施工的一段结束后,通过低应变动力检测及开挖桩头发现，部分桩桩身存在以下质量问题:
　　①桩身直径不均匀，缩颈；
　　②少数桩无桩头；
　　③多数桩桩头直径偏大，个别桩头直径大于800mm；
　　④个别桩出现断桩；
　　⑤少数桩桩头呈竹笋状。
　　4.2原因分析
　　1、在钻进过程中，第②层粉土、第③层淤泥质粘土、第⑤层粉土、第⑦层粉土、第⑧层细砂、第⑩层粉砂受螺旋钻具摇动影响产生液化，强度降低。采用连打作业时,桩机的振动力较小,由于软土的特性,新打桩挤压已打桩,形成不规则形态,产生缩颈和断桩。
　　2、在成桩过程中,钻具中心管内混凝土面过低或中心管内无混凝土,孔内混凝土的压力小于地层本身压力,地层压力失去平衡,孔壁挤向孔内,造成缩颈,严重者造成桩身不连续,形成断桩。同时,相邻刚灌注完毕的桩混凝土尚未凝固,混凝土向正在施工
　　的桩的方向偏移,严重者造成“串孔”,桩头混凝土下面下沉而造成无桩头现象。
　　3、钻具中心管中混凝土面过高或桩头标高控制过高,使孔内混凝土的压力大于地层本身压力,桩径在压力差的作用下变大,特别是受摇动液化的地层,桩径变化非常明显,造成桩身直径不均匀。由于第②层粉土摇动液化的原因,桩头直径偏大。
　　4、当地层中有黏土层时,此层钻进效率较低,上层粉土受摇动的时间较长,饱和粉土易液化,更易产生以上问题。
　　5、当混凝土泵送速度与提钻速度不匹配时,拔管速率太快将造成桩径偏小或缩颈、断桩,而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不匀,桩顶浮浆过多,形成混合料离析现象,导致桩身强度不足。
　　6、施工过程中,拔管将对周围土体产生扰动或挤密。施工振动可使土体密度增加,场地发生下沉。不可挤密的土则要发生地表隆起,桩距越小隆起量越大,以致于已打的桩产生缩颈或断桩。
　　7、停灌时间过早,桩头灌注标高不够,孔内桩头处混凝土的压力小于地层本身压力,地层压力失去平衡,孔壁挤向孔内,造成桩头呈竹笋状。
　　8、堵管。堵管现象是大多数工地长螺旋钻管内泵压CFG混合料成桩施工中最为普遍的工程问题,直接影响到成桩质量和工程进度。
　　9、CFG桩灌注过程中，产生的浮浆与出土混合在一起堆积在桩头周围，如果不及时清除，待凝固后采用挖机清土，极易造成浅层断桩。大型设备在施打完的桩上面行走也是造成浅层断桩的主要原因。
　　4.3预防措施
　　1、在施工中,采取隔桩施工的“跳打”方法,以避免新打桩挤压已打桩。但跳打时要求及时清除成桩时排出的弃土，否则会影响施工进度。
　　2、当满堂布桩时,不宜从四周转向内推进施工,宜从中心向外推进施工,或从一边向另一边推进施工。改进钻头，提高钻进速度，减少剪切能量的积累。减少在窜孔区域打桩推进排数，如将一次打4排改为2排或1排。尽快离开已打桩，减少对已打桩扰动能量的积累。
　　3、严格控制拔管速率。保证混凝土输送泵的泵送量与钻机的提拔速度匹配是CFG桩施工的关键。在施工中,需要熟练技术人员指挥协调混凝土输送泵和长螺旋钻机之间的配合。拔管速率应根据设备型号确定,一般应控制在2m/min~3m/min,根据提拔速度进行泵送量的匹配,确保中心钻杆内有0.1m3以上的混合料，严禁产生超拔。
　　4、钻进至设计标高后,泵送混凝土,待钻具中心管内混凝土面上升至一定高度(可听声音判断,一般中心管内混凝土面高出地面4m),再开始提钻,使混凝土打开钻头阀门。
　　5、提钻过程中,始终保持钻具中心管内混凝土压力略大于地层压力。
　　6、预防混合料堵管：a、配合比设计时使用5mm~10mm的粗骨料,并采用低标号水泥，增加胶凝材料的含量，并严格按照配合比配制混合料,严禁混合料离析；b、使用较大出料口的钻头,并保持出料口平滑。严禁从钻头阀门处进水,形成砂塞；c、每台输送泵配备两台500L强制式搅拌机,实行连续灌注，,减少停待时间；d、.保持输送管内及接头处清洁,不得残留凝固的混合料；e、第二次下入钻具时一般不接触孔底,以免孔底黏土将钻头出料口堵塞；f、合理安排输送泵位置,尽可能缩短输送管距离,减少弯管和橡胶软管用量；g、经常检查输送管接头连接情况,垫圈不得破损,螺栓保持牢固,严禁水泥砂浆从接头处流失；h、钻杆芯管及输送管充满混合料,介质是连续体后,应及时提钻。否则,在泵送压力下会使钻头处的水泥浆液挤出,使钻头阀门处产生无水泥浆的干硬少浆的混合料塞体,使管线堵塞,混合料不能下落。
　　7、在CFG桩灌注完成后砼凝固之前，及时采用小挖掘机将桩头砼和钻泥一起清理出去，留30~50cm不截，强度达到80%后，使用小挖掘机（斗宽0.6m）开挖桩间土，使用改装后的切割机进行切割，减少对桩体的破坏，切割完成后，断面平整。同时在施工完后的区域采用警戒线围挡，禁止大型机械行走。
　　5结语
　　CFG桩与桩间土以及与基础地面间的褥垫层共同组成复合地基，具有承载力高、沉降小、变形稳定快、施工方便、易于控制施工质量、工程造价低的特点。石武铁路采用CFG桩加固软基，按照上述施工方法施工的桩，经过检测单位进行桩身质量检测后,全部合格,既避免了桩头过高造成混合料的浪费,又保证了桩身质量。此后,又于地质条件相接近的地段也采用了此法施工,保证了桩身质量,节约了混合料,为在同类地区施工提供了经验。
　　参考文献：
　　[1]铁建设[2005]160号，《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》.
　　[2]TZ212－2005，《客运专线铁路路基工程施工技术指南》.