洛阳铲CFG桩技术在复合地基中的应用

　　
　　
　　摘要：CFG桩的成桩工艺，目前一般采用长螺旋或振动沉管成孔，根据连霍高速加宽项目场地受限的实况，项目采取洛阳铲成桩，实践中在质量、成本等方面取得了比较理想的效果，本文主要叙述洛阳铲施工CFG桩的施工工艺及经济效益等。
　　
　　关键词：洛阳铲；CFG桩；经济效益
　　1、引言
　　CFG桩是在碎石桩的基础上掺加适量的石屑、粉煤灰和水泥加水拌和，制成一种粘结强度较高的半刚性桩体，又称之为水泥粉煤灰碎石桩。CFG桩可在桩长范围内发挥其摩擦力和端阻力，桩体强度具有可调性，可避免散体材料桩（碎石桩、砂桩）及低强度桩（石灰桩、灰土桩）荷载传递深度有限的缺陷，可大幅度提高地基的承载力。CFG桩属于高粘结强度桩，和褥垫层、桩间土一起组成复合地基，共同承受荷载，通过调整桩长、桩距和褥垫层厚度，较好地满足承载力要求和减小自然地基与复合地基之间的差异沉降。
　　目前，CFG桩在高速铁路、高速公路的软基处理中得到广泛的应用，常采用长螺旋钻孔灌注成孔或振动沉管灌注成桩，但实际施工中都存在一些无法克服的弊端：均属于大型机械，进场和桩机移位较为麻烦且增加费用；另外，对施工场地要求严格，易受场地限制，需用较大的电容量。考虑连霍高速为加宽项目，受场地限制，大型机械进入现场后工作面狭小，移机困难，移机成本高的特点，选用当地改进的洛阳铲作为成桩设备，取得了质量好、成本低、形象进度快的效果，受到施工、监理、设计单位的认同。
　　2、工程概况
　　连霍高速郑洛段改建工程14合同段位于河南省洛阳市，路线长7.1公里，含路基、路面及桥涵结构物工程，其中设计CFG桩直径为50㎝，桩间距1.4米，结构物基底桩型按正三角形布设，总长196000延米；正常路基段桩型按梅花形布设,未设置桩帽，使用C10混凝土浇注。
　　3、施工方案
　　3.1施工前准备工作
　　3.1.1技术交底工作
　　施工前熟悉施工设计文件，理解设计意图，做好技术交底。
　　3.1.2测量工作
　　组织精测人员对设计控制桩进行复测定位，绘制出每个CFG桩桩位图，并现场放出桩位，后将测量成果向驻地监理测量工程师报验。经监理工程师复测确认后，开始施工。
　　3.2施工准备
　　3.2.1测量准备:施工前测量要根据技术交底的桩位平面图精确的放出施工桩位，桩位中心点用钎子插入地下，并在周围用白灰明示。
　　3.2.2技术准备：根据设计文件要求绘制桩位平面布置图。
　　3.2.3机械准备：每台洛阳铲配备手推车1辆，另配电源和混凝土运输车。
　　3.2.4人员准备：每台洛阳铲配备机械手1名，手推车手1名。
　　3.2.5材料准备：
　　①水泥：一般用32.5级普通硅酸盐水泥，水泥无受潮结块；
　　②碎石：粒径20-40㎜，最大粒径不超过40㎜，含泥量不大于2%（为使混合料级配良好，可掺入石屑填充碎石的空隙）；
　　③砂：中粗砂或石屑，不得含有草根、垃圾等，含泥量不大于3%；
　　④粉煤灰：可用Ⅱ、Ⅲ级粉煤灰；要求:烧失量宜不大于12%,国内粉煤灰一般为4-11%；0.0074㎜颗粒含量不大于45%。
　　⑤可根据施工需要使用早强剂或泵送剂。
　　3.3CFG桩施工方法及施工工艺
　　3.3.1洛阳铲施工
　　见洛阳铲施工CFG桩施工工艺流程图
　　CFG桩施工方法：采用跳桩法施工，避免造成相临桩断桩，同时避免串孔现象出现。
　　①CFG桩钻机就位后，应用洛阳铲机具架身的前后中垂线检查塔身导杆，校正位置，使铲头垂直对准桩位的中心，确保CFG桩垂直度偏差不大于1%。
　　②成孔
　　钻机开始时，先慢后快，这样既能减少洛阳铲头摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时纠正。在成孔过程中，如发现钢丝绳摇晃过大或难钻时，应放慢进尺，否则较容易导致桩孔偏斜、位移，当钻头
　　洛阳铲施工CFG桩施工工艺流程图
　　                                    
　　
　　达到设计桩长预定标高时，铲头底面停留在孔底，在孔口位置所对应的钢丝绳处作醒目标记，作为其它桩基施工时控制孔深的依据，深度接近时，以测绳量测为准。当铲头底面达到标记处桩长即满足设计要求。施工时还需要考虑施工工作面的标高差异，作相应增减。
　　③移机
　　当上一根桩钻孔完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。施工时由于CFG桩的土较多，经常将临时的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。因此，下一根桩施工时，根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。
　　④弃土处理：CFG桩施工时，必须进行清表，表土直接运往弃土场。桩体施工完成2-3小时后，挖除打桩弃土，弃土运往弃土场弃置。
　　⑤混合料搅拌及运输
　　混凝土采用拌合站集中拌制，混凝土运输罐车运输，混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确。混合料坍落度控制在140-160mm。在灌注前混凝土料斗应备足料，以保证混凝土灌注的连续性。
　　⑥灌注
　　CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，将钻机移至下一孔位，进行验孔，报经监理工程师认可后，开始灌注混合料。灌注过程中，需要在浇筑桩位周围铺设一层钢板，以防止混凝土污染。孔内每浇筑50cm左右要用振捣棒进行振捣一次，振捣密实后，进行下一层浇筑，直至完成。灌注成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致灌注中断。若施工中因其它原因不能连续灌注，根据勘察报告和已掌握的施工场地的土质情况，避开饱和砂土、粉土层，不得在这些土层内停灌。灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。
　　3.3.2清土及截桩
　　①桩施工完毕后应立即将多余的混凝土清除，桩头剔除应在桩身强度达到一定强度（7天左右）后进行，避免因桩身强度较大时剔除困难。
　　②清土采用人工开挖、小型机械运输，避免断桩及对地基的扰动。
　　③清土后人工截桩，采用3根钢钎间隔120°，沿径向楔入桩体，直至上部桩体断开，桩顶采用小钎修平，如截桩造成桩顶开裂、断裂，按桩基混凝土截桩规定，断面凿毛，刷素水泥浆后用高一级混凝土填补并振捣密实。
　　3.4施工中的数据统计
　　3.4.1洛阳铲成孔时间：每米成孔时间需要5分钟。
　　3.4.2灌注时间：每米灌注时间需要20秒。
　　3.5质量控制
　　3.5.1深入了解地质情况，采用合理的施工工艺。在施工过程中，成桩的施工工艺对CFG桩复合地基的质量至关重要，不合理的施工工艺将造成重大的质量问题和质量事故。要选择确定合理的施工工艺必须深入了解地质情况。在深入了解地质情况的基础上，才能确定合理的施工工艺，并在施工过程中加强监测，控制施工工艺，及时发现情况及时处理。
　　3.5.2控制好混凝土的坍落度。混凝土坍落度过大，会形成桩顶附浆过多，桩身强度降低。坍落度控制在140-160mm。
　　3.5.3设置保护桩长：根据实际情况，可以考虑设置保护桩长，桩在加料时，比设计桩长超灌50CM，提高桩顶混合料密实度。
　　3.5.4灌注混凝土时速度不能过快，速率控制在1.2m/min～1.5m/min为宜。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，速度太快可能导致缩颈断桩。
　　3.5.5加强过程监测。施工中加强监测，及时发现问题，以便针对性的采取有效措施，控制成桩质量。
　　4、施工中注意的问题
　　4.1洛阳铲挖孔施工适用于粘性土、亚粘性土、亚砂性土及有一定密度且含水量较小的粉砂土地质；当遇到含有大粒径砾石或其它特殊土质地基成孔较困难时，可改变施工方法，调整成孔方式。
　　4.2洛阳铲挖孔是靠洛阳铲自重下落时的重力使铲体入土，提升铲体收缩抓土的，铲体下落距离越大则冲击力越大，铲体入土越深，抓土量也越大。但由于铲体下落时易受到钢丝绳抖动时张拉的影响，铲体产生抖动，容易造成成孔直径不均匀，上部易扩孔，下部易缩孔，施工时必须注意保持钢丝绳的松紧一致，使铲体能够自由下落。
　　4.3地下水位对洛阳铲成孔影响较大，土的自然含水量较大时洛阳铲与土体之间摩擦力变小，铲内土易滑落而无法取出，会造成地下水位较高的路段无法按设计桩长成孔。
　　4.4成孔速度同比螺旋钻机成孔慢很多，可以通过增加设备台数加快进度。
　　5、经济效益分析
　　实际施工中，同比情况下，洛阳铲成孔灌注混凝土（不含混凝土材料及运输费用）市场单价每米14-16元左右，长螺旋钻成孔灌注混凝土市场单价每米19-21元左右；每米平均节省5元，该项目CFG桩共19.6万延米，降低费用支出98万元，取得了较好的经济效益。