振动沉管和长螺旋施工工艺的优缺点和实用性论证

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1、振动沉管灌注CFG桩施工工艺及长螺旋CFG桩施工工艺对照适用工程地质 条件1、适用的工程地质条件：振动沉管属于非排土成桩工艺，主要适用于粘性土、粉土，淤泥质土、人工填土及松散砂土，尤 其适用松散的粉土、细砂。但本场地局部含有碎块石、甚至有大块状、打粒径的孤石，这就给成 孔带来一定的困难，局部甚至可能无法成孔。（1）主要体现在对软土的处理效果较好，尤其是砂土，淤泥质土、粉土等，对这些土，它的挤密效果好，同时优点可消除其液化效果，达到增加侧摩阻力，复合地基的综合承载力。（2）工程成本相对较为便宜。振动（1）施工时不易控制质量，把握不好的话可能出现缩颈断桩、夹泥等现象，根据相关资料统计，此工艺施打的

2、沉管灌注桩事故率高达25%。灌注（2）难以穿透硬的土层，如砂层。卵石层，碎石层、包括较硬的粘土层等。若不能穿透，就得采用其它工艺引CFG 桩孔，或者采用其它工艺，这就给施工带来麻烦，同时增加一些附加费用，进度也就受到影响。施工（3）振动噪音污染严重，这点对本场地到没有过大的影响。工艺（4）对已有建筑物，或现在正在施工的建筑、基础振动可能会带来不良影响。比如现在的人工挖孔桩基础等。缺点（5）施工时，混合料从搅拌机到桩机进料口的水平运输一般为翻斗车和人工运输，效率相对较低，材料有一定浪费。对于长桩，尚需空投料，操作不方便，本场地最长的桩根据工程地质资料显示，可能有的桩要到20m左右，所以难免要产生

3、空投。（6）它属于非排土成桩工艺，在饱和的粘性土中成桩，会造成地面隆起挤断已打桩，尤其是高灵敏土中可能会导致桩间土的强度降低。（7）施工效率低，据调查每天每台设备估计就是300m左右，这样的话，在预计的工期内就得增加投入更多的设备，用电量就高，估计要750个千瓦，但目前场地还不能提供这样的电。长 螺 旋 CFG 桩 施 工 工 艺适用工程地质 条件适用于粘性土、粉土、和填土等地基。优点（1）噪音低，无泥浆等环境污染。（2）成孔制桩不产生振动，避免了新打桩对已打桩的不良影响。（3）成孔穿透能力强，可以穿透硬土层，如碎石层，硬塑的粘土层、砂层等。（4）施工效率高，调查估计每台一天可到1000m左右

4、，这样投入的设备就少些，和前次试桩的机械用电量差 不多。（5）成桩质量好，容易控制，对桩间土的强度破坏不大。缺点（1）对混合料的可泵性和和易性要求高，同时对砼的配合比要求就严格。（2）对地下水位以下的桩可能会有一定的影响。（3）工程造价成本相对较高。备注：实际上鉴于振动沉管缺点的这些因数，所以1997年内中国建筑科学院等单位才申请了 “九五”公关项 目长螺旋钻管内泵压水泥粉煤灰碎石桩施工工艺，三年时间才研发出来，最终得以完善，实际上该工艺也就 是振动沉管的一个升级。建议：通过以上两种施工工艺优缺点的对照，结合场地地形地貌、工程地质条件以及它的成因及组成结构（卡 斯特地貌岩溶地区，普遍有硬塑状粘

5、土层和局部夹有碎、块石和极少量孤石）为保证成孔质量、桩身质量以及处 理后复合地基的质量，故建议采用长螺旋成孔工艺。CFG桩施工技术简介CFG分别代表水泥、粉煤灰和碎石。由于利用工业废料粉煤灰代替部分水泥，大大地降低了工程造价，又增加了桩身后期强度。通过柔性褥垫层的设置， 使CFG桩复合地基得到均匀沉降和较高的承载力。是目前多层房屋建筑加固软土 地基最经济、适用、快速、可靠的一种新型灌注桩。1 CFG桩的特点（1）CFG桩不需要排泥浆，不污染周围环境，施工工艺简单，成桩速度快。多层房屋建筑，建筑面积4500m2,采用CFG桩复合地基施工，只用了 10d。(2) CFG桩的混合料，具有一定的粘结强

6、度和良好的和易性,使其在振动沉管中软 滑不易离析、泌水，容易保证桩身质量。(3) CFG桩复合地基承载力提高幅度大，沉降量小，加固软土地基效果显著，具有 较广泛的适应性。(4) 由于粉煤灰不断发生水化反应,使桩身混合料的后期强度增长较大，这对CFG 桩承受上部荷载有了可靠的保证。(5) CFG桩体内不设钢筋笼，可节约大量钢材。桩身混合料，可就地取材，从而大 大降低了工程造价。CFG桩和粉喷桩相比，可降低工程造价近1/2，和预制钢筋混 凝土方桩相比，可降低工程造价1/3 ,和混凝土灌注桩相比，可降低工程造价1/4。2 技术要求2.1桩身混合料的原材料(1) 粉煤灰CFG桩一般使用II、III级粉

7、煤灰。(2) 碎石粒径2040mm,最大粒径不超过40mm,含泥量不大于2%。(3) 砂(石屑)中粗砂，不得含有草根垃圾等有机杂物,含泥量不超过3%。石屑，粒 径2.510mm,干净坚实,含泥量不大于3%。(4) 水泥ISO42.5普通水泥,无受潮结块。(5) 水 干净饮用水。2. 2钢筋混凝土预制桩尖(1) 钢筋混凝土桩尖的配筋，按设计图施工。混凝土强度等级不得低于C30,制作 时，应使用钢模或其它刚性大的工具模。可现场加工制作也可在预制厂预制。钢 筋混凝土预制桩尖出厂，必须具有产品合格证和质量检验报告。(2) 钢筋混凝土桩尖的制作质量验收标准(如表1所示)。表1钢筋混凝土桩尖的验收标准类别

8、项次项目允许偏差和要求外形尺寸1桩尖总高度20mm2桩尖最大外径+ 100mm3桩尖偏心10mm4顶部圆台(柱)的高度10mm5顶部圆台(柱)的直径10mm6圆台(柱)中心线的偏心10mm7桩肩部台阶平面对纵轴线的倾斜2 3mm混凝土质量8桩肩部台阶混凝土应平整，不得有碎石露头9露筋不允许10蜂窝不允许11麻面应少于015%总表面积12裂缝掉角不允许3 施工工艺(1) CFG桩一般采用振动沉管灌注桩或长螺旋施工工艺。按照桩基平面图，若 振动沉管灌注桩施工工艺，将预制钢筋混凝土桩尖，准确埋入地表30cm以下就位, 桩管应垂直套入桩尖，桩管和桩尖的轴线应重合，桩管内壁应保持干净。(2) 施工中按具

9、有相应资质的试验室确定的混合料的配合比进行配料，严格计量 投料加水搅拌均匀，搅拌时间不得少于1.0min。(3) 将桩管沉至设计标高，桩尖进入持力层11.5m后，应尽快投料。将桩管内灌 满混合料后,先振动510s ,再开始拔管，边振动边拔管，每拔0.51.0m，应 停止振动510s。(4) 拔管速度按均匀线速率控制，一般土层中，以1.21.5m/min为宜，软弱土层 中，应控制在0.60.8m/min。(5) 为了防止出现缩颈和断桩,应严格控制拔管速度和高度，必要时可采用短拔 (0.30.5m)，长振(1520s)。当桩管底端接近地面标高23m时，拔管尤应谨 慎。(6) 沉管拔出地面，确认成桩

10、符合设计要求后，可用湿粘土封顶，然后移动桩机， 继续进行下根桩的施工。(7) 如发现施工中桩身混合料和桩间土有上涌现象，应采用隔排、隔根跳打。4 柔性褥垫层柔性褥垫层的作用如下：柔性褥垫层人为地使桩顶向上刺入，为桩间土参加工 作提供条件,从而使桩间土一开始就分担较大份额的上部荷载，较好地发挥了桩 间土的承载力；依靠褥垫层材料和基础底面的摩擦，使CFG桩复合地基具有一 定抵抗水平荷载的能力；柔性褥垫层对地基的不均匀沉降，也有一定的补偿作 用。柔性褥垫层位于桩顶和桩间土的上部;可用粒径520mm的级配碎石或者级配 砂石;根据地基承载力和桩的刚度等因素确定,其厚度一般取100300mm。可采用碾压、

11、夯实、振实等方法压实。每层材料应摊铺均匀，一般碾压不得少于3遍，压 至密实不松动为止。5 现场检验(1) 材质检验 混合料的原材料必须具有产品合格证和材质检验报告；水 泥、粉煤灰进场后,随机抽样送检，检验合格后，才能使用于桩基施工中。(2) 试件制作在灌注混合料的施工中，应在搅拌地点随机取样，由现场监理人 员旁站制作试件,其数量每班不得少于1组(3块)。(3) “跑桩”自检 桩基施工结束后，由桩基施工单位通过“跑桩”进行桩的质量 自检。清理桩头，将各桩顶实际标高测出，以桩的设计承载力的0.81.5倍(视桩 的养护龄期而定)的荷载，逐根静压3min , “跑桩”完毕，再将桩顶标高测1次， 计算每

12、根桩的沉降量，写出“跑桩”质量自检报告。(4) 桩位复查基坑开挖后，应及时检查桩数、桩位和桩顶外观质量。如发现有 漏桩、桩位偏差过大等质量问题，由设计单位及时提出补救措施，现场监理人员监 督施工。(5) 静载试验 桩基施工时，应先打试桩。检验单桩和复合地基的承载力,试验数 量不少于总桩数的1%，且不少于3根，以便核对勘探地质资料，检验桩基设备和施 工工艺,审定选用技术参数。(6) 低应变动测检验桩身的完整性。除两桩承台的桩应全部检测外，其它桩的 检验数量不少于桩数的20%,且不少于10根。(7) 对有疑问桩的检测可采取挖开检查(浅部检查)和抽芯检验，抽芯应在成 桩28d后进彳丁。长螺旋内泵压C

13、 FG 桩施工技术简介(一)施工设备及施工程序简介1、施工设备长螺旋钻管内泵压水泥粉煤灰碎石桩施工工艺由长螺旋钻机、混凝土泵和强 制式混凝土搅拌机组成的完整的施工体系，其中长螺旋钻机是该工艺的核心部 分。目前长螺旋钻机根据其成孔深度分别为12m、16m、18m、24m和30m等机型。 施工前根据设计桩长来确定选取设备。2、施工程序设备进场、安装清出、E当设备、材料和人员进场后，按下图1的程序进行准备工作，在这些准备工作完 成后进入进入施工阶段。长螺旋钻管内泵压CFG桩复合地基施工流程见下图2进场i JF水泥粉煤灰碎石桩施工开始程序图1材料进场人员进场、安装教育清除桩间土、凿桩头(二) 施工准备

14、1、材料 水泥粉煤灰碎石桩原材料包括砂、石、水泥、粉煤灰和外加剂， 在进场前需确定原材料的种类、品质，并将原材料送至实验室进行化验和作混合 料配合比试验。水泥：施工中多用袋装425号普通硅酸盐水泥；卵石或碎石：粒径多采用825mm；砂：含泥量小于3%；粉煤灰：多用袋装II级、III级粉煤灰；泵送剂。2、施工现场施工前场地的降水、开挖、水、电等需满足水泥粉煤灰碎石桩施工要求。(1) 降水 水泥粉煤灰碎石桩施工要求地下水位降至基底标高下0.51.0m，确定降水深度时还应考虑电梯井、集水坑等的深度。(2) 基坑开挖 当水泥粉煤灰碎石桩在基坑内施工时，基坑开挖需满 足下列要求： 开挖深度：开挖深度应根

15、据基底设计标高和保护土层厚度确 定。当保护土层厚度为50cm、褥垫层厚度为15cm时，开挖标 高为素混凝土垫层底标高以上35cm；依此类推。开挖时，要 求工作面平整，严禁超挖。 开挖范围：开挖范围需考虑水泥粉煤灰碎石桩边桩和角桩施工 时的工作面。工作面的确定取决于机身尺寸和工作特性，根据 日前国产的长螺旋钻机情况，考虑施工时的工作面，基底开挖 的平面尺寸以建筑物的底板边缘为基准向四周均扩出1.0m。 另外，还需根据场地料场和搅拌机的布置情况，在基坑内预留 出混凝土泵的位置。 坡道：为方便施工机械进出坑底作业面，需在基坑适当位置开挖一坡道。坡道宽度、弯度和坡度需保证施工机械顺利进出基 坑，坡道表

16、面需作适当硬化处理。（3）施工道路及料场 通往坡道、料场的道路及料场的表面需作适当 硬化，保证施工时道路平整、通畅。（4）施工用水、电 施工时需保证混合料搅拌的用水量，要求所用的 水对水泥粉煤灰碎石桩混合料没有腐蚀性。（5）施放桩位 在水泥粉煤灰碎石桩施工前就根据设计图样，确定建 筑物的控制轴线，并将水泥粉煤灰碎石桩的准确位置施放到水泥 粉煤灰碎石桩作业面上。施放在桩位应明显、易找、不易被破坏， 如有些工地采用有一定直径和深度的白灰来表示桩位。3、施工资料施工前应准备下列资料：（1）工程地质勘察报告。（2）建筑场地邻近的高压电缆、地下管线、地下障碍物及构筑物等调查 资料。（3）地基处理方案。（

17、4）施工组织方案。（5）水泥粉煤灰碎石桩复合地基施工图。（6）施工中各种记录、报审、报验表格。（三）水泥粉煤灰碎石桩施工1、钻机就位2、混合料搅拌3、钻井成孔4、灌注及拔管5、移机（四）水泥粉煤灰碎石桩施工中常见的问题及质量控制措施1、堵管堵管是长螺旋钻管内泵压水泥粉煤灰碎石桩成桩工艺常遇到的主要问题之 一。它直接影响水泥粉煤灰碎石桩的施工效率，增加工人劳动强度，还会造成材料浪费。特别是故障排除不畅时，使已搅拌的水泥粉煤灰碎石桩混合料失水结硬，增加了再次堵管的几率，给施工带来很多困难。产生堵管有如下几种原因：（1）混合料配合比不合理（2）混合料搅拌质量有缺陷（3）设备缺陷（4）施工操作不当2、

18、窜孔在饱和粉土、粉细砂层中施工常遇到这种情况，打完1号桩后，接着打相邻 的2号时，随着钻杆的钻进，发现已打完尚未结硬的1号桩桩突然下落，在时 甚至达2m以上，当2号桩泵入混合料时，能使1号桩下降的桩顶开始回升，泵 入2号桩的混合料足够多时，1号桩桩顶恢复到原标高。工程中称这种现象叫窜 孔。（1）被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂。（2）钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动。（3）土体受剪切扰动能量的积累，足以使土体发生液化。鉴于此，工程中常用如下的方法防止窜孔：（1 ）对于窜孔可能的被加固地基尽量采取大桩距的设计方案。增大桩距目的在 于减少新打桩对已打桩的剪切扰动，避免不影响。（2 ）改进

19、钻头，提高钻进速度。（3 ）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 开己打桩，减少对已打桩扰动能量的积累。（4 ）必要时采用隔桩、隔排跳打方案，但跳打要求及时清除成桩时排出的弃土， 否则会影响施工进度。发生窜孔后一般采取如下方法处理：当提钻灌注混合料到发生窜孔土层时，停止提钻，连接泵送混合料直到窜孔 桩混合料液面上升至原位为止。对采用上述方法处理的窜孔桩，需通过低应变检测或静载试验进一步确定其桩身完整性和承载力是否受到影响，就某两个工程50余根桩的试验研究，低应 变检测结果表明桩身完好，单桩静载试验检测承载力和其他桩相同，满足设计要 求。3、钻头阀门打不开施工过程中，

20、发现有时钻孔以预定标高后，泵送混合料提钻时钻头阀门打不 开，无法灌注成桩。对这一问题，可采用改进阀门的结构形式或调整桩长令桩端穿过砂土，进入 粘土性土层的措施，来避免这一情况发生。4、桩体上部空气截桩头时，发现个别桩桩顶部分存在空间不大的空心。主要是施工过程中， 排气阀不能正常工作所致。为杜绝桩体存气，必须保证排气阀正常工作。施工时经常检查排气阀是否堵 塞，若发生堵塞必须采取措施加以清洗。5、先提钻后泵料（五）、现场纪录要求及注意事项（1）现场记录人员应严格遵守项目部组织纪律和劳动纪律，上班时间必须坚守 工作岗位，严禁脱岗。（2）现场记录人员应认真填写CFG桩施工原始记录表，并在施工现场真实

21、填写表中的各项施工内容（记录表格式附后）。（3）施工范围应写明线路的具体里程和区域（区域是指由技术部门提前编制的）; 施工单位应写明X X作业队X号钻机、钻机型号，并标明该区域的设计标高。（4）桩号按工程部门编排的桩号填写。成孔时间和成桩时间按现场实际施工时 间记录到秒。（5）电流应记录钻头到持力层时瞬间的电流数据。（6）CFG桩现场记录实行“双检制”。即项目部指派专人会同协作单位现场记录 人员共同记录，实行每班核对，确认当班桩长，共同签认施工原始记录表， 作为原始施工记录和劳务队伍验工计价的依据。（7）当日记录的施工原始记录表应当天完善复核人、质检人、分项工程技 术负责人的签字。(8) 各项

22、记录必须真实、清晰、不得涂改表中记录的内容。(六) 、环、水保措施(1) 在机械施工过程中，要尽量减少噪音、废气、废水及尘埃等污染。以保障 当地居民和施工人员的健康。(2) 对清理场地的表层腐植土，砍伐的荆棘等废料，要及时运到指定的地点进 行废弃。在弃土场不具备条件时，可临时堆放在施工场地。(3) 清理输送管、输送泵和其他机械设备的废水、废油等有害物质以及生活污 水，不得直接排放到河流、池塘或其他水域中，也不得倾卸在饮用水源附近的土 地上，防止污染水源和土壤。(4) 施工前做好场地临时排水系统，确保排水通畅并保证遇雨水时不浸漫农田。(七) 、安全保证措施(1) 作好现场调查，开工前对地下管线详

23、细调查。(2) 对人员进行安全教育，进入工地时，必须佩戴安全防护用品，所有施工人 员必须听从指挥。(3) 施工现场设安全员，施工作业区设安全标志，防止无关人员进入施工现场。(4) 施工现场平整密实，确保施工顺利安全进行。(5) 严禁非作业人员进入施工场地。在吊车、桩机大臂半径范围以内，机械正 在作业时，施工人员应远离。吊车要按其性能要求工作，不得超负荷工作，定期 进行检查、维修和保养。驾驶室的挡风玻璃及回转大齿轮前应增设防护网(罩)， 施工中应经常对钻孔装置、吊车臂杆及索具进行检查，以便及时发现问题。(6) 施工用电使用380V三相五线制配电系统。电缆线路必须埋地或架空敷设， 避免机械损伤和介质腐蚀。(7) 每台电力设备必须确保“一机一箱一漏一闸”。电箱、开关箱内的电箱内的 电器设备必须完好，停用设备拉闸断电，锁好开关箱。(8) 泵压混合料时应有专人指挥泵压操作，防止因排气不畅和操作失误造成爆管 形成伤害。