CFG樁軟土地基加固處理方案.doc

CFG樁加固軟土地基處理方案CFG(C-Cement，F(xiàn)-Flyash，G-Gravel)樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，是一種新型樁體(樁徑為350600 mm)，樁身的材料是在素混凝土樁的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，主要是碎石、石屑(砂)、粉煤灰、摻適量水泥和水，樁體強度等級為C15C20。與樁基相比，由于CFG樁體材料可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰、不配筋以及充分發(fā)揮樁間土的承載能力，工程造價一般為樁基的1/31/2，具有施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制等特點。1. 設(shè)備選型CFG樁施工工藝歸納起來主要有以下兩種方法，即振動沉管打樁機施工和長螺旋鉆管內(nèi)泵壓施工。振動沉管打樁機施工主要機具為振動沉管機、攪拌機，具有施工操作簡便、施工費用較低及對樁間土的擠密效應(yīng)顯著等優(yōu)點，缺點為振動及噪音污染嚴(yán)重，難以穿透硬土層，施工時混合料的運輸一般為翻斗車或人工運輸，效率相對較低，新打樁對已打樁產(chǎn)生不良影響(如擠斷已打樁)。長螺旋鉆管內(nèi)泵壓施工機械是由長螺旋鉆機、混凝土泵和強制式混凝土攪拌機組成，具有低噪音、無泥漿污染、是城區(qū)和居民區(qū)的首選工藝，穿透能力強、施工效率高等優(yōu)點；缺點為施工費用較高，施工操作復(fù)雜?？紤]客運專線施工基本不受噪音、排泥漿限制和采用泵送混凝土施工條件難以具備等因素,在非塑性指數(shù)較高的飽和軟粘土和淤泥質(zhì)土地段可選振動沉管打樁機施工。國產(chǎn)振動沉管機多采用浙江瑞安建筑機械廠和蘭州建筑通用機械總廠生產(chǎn)的設(shè)備，其產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示。長螺旋鉆孔鉆機的結(jié)構(gòu)形式與工作原理如圖1所示。表1 浙江瑞安建筑機械廠DZKS、DZL系列振動錘主要技術(shù)參數(shù)項 目DZ45KSDZ60KSDZJ37DZJ60電動機功率/KW20027002780500偏心軸轉(zhuǎn)速/（r/min）11001100920900激振力/KN27136002520453允許拔樁力/KN130200120200允許加壓力/KN10012090100重量/kg3684451236605100外形尺寸/mm190012401745205412501850146611491936150012502100圖1長螺旋鉆孔鉆機的結(jié)構(gòu)形式與工作原理圖單機作業(yè)單元機具配備如表2所示。表2 單機作業(yè)單元機具設(shè)備配備表序號機具設(shè)備名稱單位數(shù)量備注1振動沉管（或長螺旋鉆孔）樁機臺12滾筒式混凝土攪拌機臺13機動翻斗車輛24鏟車輛15電焊機臺12. 適用范圍及條件振動沉管水泥粉煤灰碎石樁施工工藝屬于非排水成樁工藝，主要適用于松散的砂土、粉土、素填土和雜填土等多種軟土地基提高承載力加固處理，尤其適用于松散的粉土、粉細(xì)砂的加固。它具有施工操作簡便、施工費用較低、對樁間土的擠密效應(yīng)顯著等優(yōu)點。目前主要應(yīng)用于擠密效果好的土和可液化土的地基加固工程，空曠地區(qū)或施工場地周圍沒有管線以及不存在擾民的地基處理工程。長螺旋鉆孔灌注成樁適用于地下水位上的黏性土、粉土、素填土、中等密實以上砂土，屬非擠土成樁工藝，該工藝具有穿透能力強、無振動、低噪音、無泥漿污染等特點，但要求樁長范圍內(nèi)無地下水，以保證成孔時不塌孔。3. 工藝原理圖2 CFG樁加固軟土路基結(jié)構(gòu)示意圖CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，其結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強度樁，樁身強度等級多在C15C20之間，可全樁長發(fā)揮側(cè)向摩阻力，樁端落在好的土層時可很好地發(fā)揮端部阻力，與樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。在復(fù)合地基增強體(樁體)系列中，它的置換作用最強。 CFG樁、樁間土、褥墊層。三者一起形成復(fù)合地基。當(dāng)基礎(chǔ)承受垂直荷載時，樁和樁間土都要發(fā)生變形。樁的模量遠(yuǎn)比土的模量大，樁比土的變形小，由于基礎(chǔ)下面設(shè)置了一定厚度的褥墊層，樁可以向上刺入，伴隨這一過程墊層材料不斷補充到樁間土上。以保證在任意荷載作用下樁和樁間土始終共同參與受力,減小基礎(chǔ)底面積的應(yīng)力集中，調(diào)整樁、土的應(yīng)力比，隨著褥墊層厚度的增大，復(fù)合地基樁、土應(yīng)力比變小，直至接近于1。當(dāng)褥墊層厚度達(dá)到一定程圖3 CFG樁復(fù)合地基與普通樁基對照圖度時,地基反力即為天然良好地基反力。CFG樁復(fù)合地基于普通樁基的比較如圖3所示。4. 施工方法4.1 施工準(zhǔn)備1. 核查地質(zhì)資料，結(jié)合設(shè)計參數(shù)，選擇合適的施工機械和施工方法。2. 施工場地準(zhǔn)備。要求三通一平，即施工便道通、水通、電通及施工場地平整；挖掘機、推土機和自卸汽車配合挖除地表0.3m厚的種植土，清除樹根、草根及蘆葦根，如果挖除0.3m后仍不能完全清除雜物，則應(yīng)繼續(xù)挖除，直至清除干凈為止；在路堤兩側(cè)坡腳1m以外挖兩條縱向排水溝降低地表水。3. 按路基中線控制，進(jìn)行樁孔施工放樣測量?，F(xiàn)場測量復(fù)核施工加固范圍，對設(shè)計與現(xiàn)場實際情況不符的(所加固范圍地質(zhì)及地基基本承載力、設(shè)計施工數(shù)量等)，應(yīng)提出修正意見，并報監(jiān)理及設(shè)計部門。4. 振動沉管打樁機施工CFG樁盡可能利用工業(yè)廢料作為摻和料。其骨干材料為碎石即粗骨料；石屑為中等粒徑骨料，當(dāng)樁體強度小于5MPa時，摻入石屑可使樁體級配良好；粉煤灰既是細(xì)骨料又是低標(biāo)號水泥，可使樁具有明顯的后期強度。5. CFG樁原材料包括砂、碎石、水泥、粉煤灰和外加劑，在進(jìn)場前需確定原材料的種類、品質(zhì)，并將原材料送至實驗室進(jìn)行檢驗，并根據(jù)設(shè)計對混合料強度C20的要求設(shè)計幾個配合比，從中選擇一個最佳的配合比，選料時多用袋裝P32.5普通硅酸鹽水泥；碎石或卵石粒徑采用825mm；砂的含泥量小于5；粉煤灰采用袋裝I級或級。6. 施工技術(shù)交底，包括設(shè)計樁長、樁位布置、施工配合比、樁位高程等。對施工場地進(jìn)行規(guī)劃，合理布置機具、材料擺放位置，盡量減少不必要的工序。7. 按設(shè)計圖進(jìn)行施工放樣，并用竹、木樁或石灰做出明顯的標(biāo)記。施工順序應(yīng)由外圍或兩側(cè)向中間進(jìn)行。4.2 振動沉管灌注法施工1. 機械按設(shè)計樁位就位，安裝樁機時需保證其垂直度偏差不大于1，并準(zhǔn)確對位。根據(jù)設(shè)計樁頂標(biāo)高與地面高程的關(guān)系，在套管上畫線標(biāo)明樁頂和樁底的位置，以保證其深度。2. 根據(jù)設(shè)計配合比用滾筒式攪拌機拌合CFG樁混合料，計量必須準(zhǔn)確，上料順序為：先裝碎石或卵石，再加水泥、粉煤灰和外加劑，最后加砂和水，使粉煤灰和外加劑夾在砂、碎石之間，不易飛揚粘附在筒壁上，也易于攬拌均勻。拌合完畢后采用翻斗車運送。3. 振動沉管至設(shè)計深度。開動樁機，沉管過程中做好記錄。每沉1m應(yīng)記錄電流表上的電流一次，并對土層變化處予以說明；套管下沉到設(shè)計高程后，通過套管上的加料孔，用料斗向樁管內(nèi)投入拌合料。圖 3 振動沉管打樁機施工工藝流程圖4. 用攪拌機拌合水泥、粉煤灰、碎石混合料，應(yīng)檢查其坍落度。坍落度、拌合時間應(yīng)按工藝性試驗確定的參數(shù)進(jìn)行控制，且每盤料攪拌時間不應(yīng)小于60s，坍落度控制在1620 cm。向管內(nèi)一次投放混合料，投放數(shù)量按試樁時確定的數(shù)量進(jìn)行，投料后留振510s。5. 拔管時應(yīng)先啟動電動機，進(jìn)行留振，然后拔管。拔管速率宜按試樁確定的參數(shù)進(jìn)行控制，一般控制在1.21.5m/min較合適。拔管過快易造成局部縮頸或斷樁；拔管太慢，振動時間過長，會使樁頂浮漿增厚，易使混合料離析。如遇到淤泥或淤泥質(zhì)土，把管速率應(yīng)放慢；拔管過程中不允許反插，如上料不足，須在拔管過程中空中投料，不允許停拔后投料，拔管至樁頂，以保證成樁后樁頂標(biāo)高達(dá)到設(shè)計高程?？紤]保護(hù)樁長，施工樁頂標(biāo)高宜高于設(shè)計標(biāo)高50cm，浮漿厚度不超過20cm。6. 對已經(jīng)完成的樁體，樁頂采用濕黏土封頂保護(hù)；成樁區(qū)保護(hù)，應(yīng)禁止一切機械在成樁區(qū)或附近行走，擾動樁體，以防止損壞樁頭。7. 當(dāng)CFG樁混凝土達(dá)到設(shè)計強度時，可將樁頂設(shè)計標(biāo)高以上樁頭截斷。剔除樁頭采用人工施工，測出樁頭頂面設(shè)計標(biāo)高，在同一水平面上采用三根鋼釬呈120度角同時水平鑿進(jìn)，樁頂用小鋼釬修平。嚴(yán)禁出現(xiàn)斜面、裂紋。8. CFG樁復(fù)合地基經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗合格后方可進(jìn)行褥墊層的施工。褥墊層宜采用靜壓法施工，即根據(jù)設(shè)計要求鋪設(shè)墊層厚度并分層壓實。為確保工程質(zhì)量采用集中拌和，使用的混合料的材質(zhì)、規(guī)格必須有出廠合格證，材質(zhì)檢驗和混合料施工配合比應(yīng)報監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后方能使用。4.3 長螺旋管內(nèi)泵壓混合料灌注法施工1. 鉆孔開始時，關(guān)閉鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面時，起動電動機鉆進(jìn)，一般應(yīng)先慢后快，這樣既能減少鉆桿搖晃，又容易檢查鉆孔的偏差，以便及時糾正。在成孔過程中，如發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時，應(yīng)放慢進(jìn)尺，否則較易導(dǎo)致樁孔偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞。鉆進(jìn)的深度取決于設(shè)計樁長，當(dāng)鉆頭到達(dá)設(shè)計樁長預(yù)定標(biāo)高時，于動力頭底面停留位置相應(yīng)的鉆機塔身處作醒目標(biāo)記，作為施工時控制樁長的依據(jù)。正式施工時，當(dāng)動力頭底面到達(dá)標(biāo)記處樁長既滿足設(shè)計要求。施工時還須考慮施工工作面的標(biāo)高差異，作相應(yīng)增減。2. 在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)遇到圓礫層或卵石層時，會發(fā)現(xiàn)進(jìn)尺明顯變慢、機架出現(xiàn)輕微晃動?？筛鶕?jù)這些特征來判斷鉆桿進(jìn)入圓礫層或卵石層的深度。3. 水泥粉煤灰碎石樁成孔到設(shè)計標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)，開始泵送混和料，當(dāng)鉆桿芯桿充滿混合料后開始拔管，嚴(yán)禁先提管后泵料。成樁的提拔速度以控制在23m/min，成樁過程宜連續(xù)進(jìn)行，應(yīng)避免因后臺供料慢而導(dǎo)致停機待料。若施工中因其他原因不能連續(xù)灌注，須根據(jù)勘察報告和已掌握的施工場地的土質(zhì)情況，避開飽和砂土、粉土層，不得在這些土層內(nèi)停機。灌注成樁完成后，用水泥袋蓋好樁頭，進(jìn)行保護(hù)。施工中每根樁的投料量不得少于設(shè)計灌注量。4. 當(dāng)一根樁施工完畢后，鉆機移位，進(jìn)行下一根樁的施工。施工時由于水泥粉煤灰碎石樁排出的土較多，經(jīng)常將臨近的樁位覆蓋，有時還會因鉆機支撐時支撐腳壓在樁位旁，使原標(biāo)定的樁位發(fā)生移動，因此，下一根樁施工時，還應(yīng)根據(jù)軸線或周圍的位置對施工的樁位進(jìn)行復(fù)核，保證樁位準(zhǔn)確。4.3 常見問題及解決方法1. 施工擾動土的強度降低，振動沉管成樁工藝與土的性質(zhì)具有密切關(guān)系。就擠密性而言，可將地基土分為三大類：其一為擠密性好的土，土松散的填土、粉土、砂土等；其二為可擠密性土，如塑性指數(shù)不大的松散的粉質(zhì)粘土和非飽和黏性土；其三為不可擠密土，如塑性指數(shù)高的飽和軟粘土和淤泥質(zhì)土。針對飽和軟土，特別是塑性指數(shù)高的淤泥質(zhì)土，振動將引起土體孔隙水壓力的上升，土的強度降低。振動的時間越長，對土和已打樁的不利影響越嚴(yán)重。對此種情況可采用靜壓振拔方法，就是沉管時不起動發(fā)動機，借助樁機自身的重量，將沉管沉至設(shè)計標(biāo)高。填滿料后再啟動電動機振動拔管。2. 在飽和軟土中成樁，樁機的振動力較小，當(dāng)采用連打作業(yè)時，新打樁對已打樁的作用主要表現(xiàn)為擠壓，即使得已打樁被擠成橢圓形或不規(guī)則形狀，嚴(yán)重的產(chǎn)生縮徑和斷樁。在上部有較硬的土層或中間夾有硬土層的土中成樁，樁機的振動力較大，對已打樁的影響主要為振動破壞。針對打樁施工對相鄰樁的影響，可選擇合理的樁間距和鉆孔順序減輕影響。樁間距較大時，采用隔樁跳打法；在飽和的松散粉土中施工，如果樁間距較小，不宜采用隔樁跳打法。因為松散粉土振密效果好，先打樁施工完后，土體密度會有明顯整加。而且打得樁越多，土的密度越大，樁越難打。 對于樁頂上升量較大的樁可采用逐樁快速靜壓，以消除可能出現(xiàn)的斷樁多復(fù)合地基承載力造成的不良影響。靜壓樁基就是用打樁的沉管機，在沉管機樁架上配適量壓重，配重的大小按照施加于樁的壓力不小于1.2倍樁的設(shè)計荷載為準(zhǔn)，一般時間為3min。3、樁機卷揚系統(tǒng)提升沉管線速度太快時，為控制平均速度，一般采用提升一段距離，停下來留振一段時間，否則，速度太快可能導(dǎo)致縮徑斷樁。拔管太慢或留振時間過長，都會使得樁的端部樁體水泥含量較少，樁頂浮漿過多，而且混合料也容易產(chǎn)生離析，造成樁身強度不均勻。針對拔管速度控制，可先通過試驗，檢驗拔管速度在1.21.5m/min范圍內(nèi)是否合適，再通過沉管變數(shù)器系統(tǒng)控制拔管速度。5. 勞力組織CFG單樁作業(yè)單元應(yīng)配備施工人員如下： 1. 現(xiàn)場指揮1人，負(fù)責(zé)樁機就位、開機、填料、拔管、混凝土攪拌、運送等工序的施工安排及安全、質(zhì)量管理。2. 振動沉管打樁機操作班4人，司機1人。3. 混凝土攪拌班司機1人，裝卸工6人負(fù)責(zé)骨料裝、運、卸及上料?；炷凉嘧?人。4. 鏟車司機1人，翻斗車司機2人。5. 現(xiàn)場記錄1人，負(fù)責(zé)記錄施工過程中各工序的起、止時間、拌合料填入數(shù)量與鉆孔、拔管高度、振動時間等數(shù)據(jù)。6. 機械維修工2人，負(fù)責(zé)機械修理，保證機械正常運轉(zhuǎn)。 6. 質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn) 1. CFG樁數(shù)量、布置形式及間距符合設(shè)計要求。2. 樁長、樁頂標(biāo)高及直徑符合設(shè)計要求。3. 褥墊層厚度和密實度應(yīng)符合設(shè)計要求。4. CFG樁施工中，每臺班均需制作檢查試件，進(jìn)行28d強度檢驗。成樁28d后應(yīng)及時進(jìn)行單樁承載力或復(fù)合地基承載力試驗，其承載力、變形模量應(yīng)符合設(shè)計要求。5. CFG樁施工允許偏差表3所示。表3 CFG樁施工允許偏差序號檢查項目允許偏差檢查方法和頻率1樁位（縱橫向）50mm尺量，抽查102樁徑（mm）不小于設(shè)計抽查103樁長（m）不小于設(shè)計查施工記錄，實測4豎直度1%查施工記錄，實測7. 檢驗及試驗方法1. 樁的強度檢驗：CFG樁灌注期間，施工單位每臺班做一組（3塊）試塊，作好養(yǎng)護(hù)，試件標(biāo)養(yǎng)28d送試驗室作抗壓強度檢驗。2. 成樁15d后作豎向靜載試驗。3. 樁長、樁的均勻性、完整性的定性檢查，樁總根數(shù)的5采用低應(yīng)變進(jìn)行動測試驗。小應(yīng)變檢測采用中國成都生產(chǎn)的ZK-5機械阻抗法檢測儀進(jìn)行單樁機械阻抗法低應(yīng)變檢測。該方法適用于樁身的完整性檢測，推定缺陷類型及其在樁身中的位置。本方法的有效測試范圍為樁長與樁徑之比值小于30；對于摩擦端承樁或端承樁其比值可以小于50。現(xiàn)場檢測：（1）樁的振動響應(yīng)測試點應(yīng)按照下列原則布置；樁徑小于60cm時，可布置一個測點；樁徑為0.6-1.5m時，應(yīng)布置2-3個測點；樁徑大于1.5m時，應(yīng)在互相垂直的兩個徑向布置4個測點。（2）現(xiàn)場測試應(yīng)按照下列步驟進(jìn)行：安裝全部測試設(shè)備，并應(yīng)確認(rèn)各項儀器裝置處于正常工作狀態(tài)。在測試前應(yīng)正確選擇儀器系統(tǒng)的各項工作參數(shù)，使儀器在設(shè)定的狀態(tài)下進(jìn)行試驗。在瞬時激振試驗中，重復(fù)測試的次數(shù)應(yīng)大于4次。在測試過程中應(yīng)觀察各設(shè)備的工作狀態(tài)，當(dāng)全部設(shè)備均處于正常狀態(tài)，則該次測試為有效。在同一工地如當(dāng)某樁實測的機械導(dǎo)納曲線幅度明顯過大時，應(yīng)增大掃頻上限，并判斷樁的缺陷位置。（3）檢測數(shù)據(jù)的處理與推定：樁身的完整性應(yīng)按照下列步驟綜合判定：根據(jù)測試的導(dǎo)納曲線，初步確定各單樁中的完整樁，并計算波速和各完整樁的波速平均值；計算各單樁的測量樁長、導(dǎo)納幾何平均值、導(dǎo)納理論值、導(dǎo)納最大峰幅值、動剛度、嵌固系數(shù)、土的阻尼系數(shù)以及同一工地所測個樁的動剛度平均值和導(dǎo)納幾何實測平均值的平均值；根據(jù)所計算的參數(shù)及導(dǎo)納曲線形狀，按照規(guī)定推定樁身的完整性、確定缺陷類型，計算缺陷在樁身中出現(xiàn)的位置。在收集本地區(qū)同類地質(zhì)條件下樁的靜載試驗資料，并應(yīng)確定載單樁外部尺寸相似情況下的容許沉降值，采用在容許荷載作用下的容許沉降值計算單樁豎向承載力的推算值。4. 復(fù)合地基承載力試驗方法：采用