长螺旋钻孔泵压CFG桩施工工法

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1、长螺旋钻孔泵压CFG桩施工工法 1.前言软土地基处理技术的优劣直接关系到软土路基的稳定和安全，关系到工程造价的高低、对周围环境的影响等诸多因素。长螺旋钻孔灌注成桩作为一种软土地基处理技术, 在国外，称之为CFA工法桩(Continuous Flight Auger Pile)，可译为钻孔泵压桩，在法、英、意、德、美等国家比较流行；在国内是广泛应用于水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基和混凝土灌注桩的一种施工新技术。它是由长螺旋钻机、混凝土输送泵和强制式混凝土搅拌机（或搅拌站）组成的完整的施工体系。成桩时由带有自控装置的长螺旋钻机，特制的螺纹钻杆钻进，钻到设计深度，在土体中形成桩孔，提钻过程中长

2、螺旋桩机自动控制系统严格控制螺纹钻杆提升速度和旋转速度，与此同时制备好的混凝土开始由高压混凝土泵输送，通过空心螺纹钻杆由钻头泵出，钻头泵出的高压细石混凝土迅速填充由于螺纹钻杆旋转提升所产生的空间，形成桩体。在合适的地层和深度，施工效率一般为8001000米/天，通常钻孔直径为300800mm，施工深度在30m以内。由中铁七局郑州公司施工的天兴洲大桥谌家矶车站联络线路基工程软基处理中采用长螺旋钻孔取土、管内泵送压注低标号混凝土，取得了良好的经济效益和社会效益，特别是在施工安全、工程质量、经济效益等方面赢得了建设相关各方的赞许，现将该施工技术总结整理形成本工法。2.工法特点与传统的成桩工艺相比，长

3、螺旋泵压混凝土成桩具有如下特点：2.0.1施工速度更快，能以每分钟24米恒定速度钻进粘土、砂层，施工效率一般为6001000米/天，施工深度在30米以内。2.0.2桩身质量容易控制，采用泵送压注混凝土，桩身强度和连续性好，克服了传统成桩中易断桩等质量通病。2.0.3施工时低噪声、无振动、施工人员作业环境好，无泥浆排放，符合环保要求。适合在城区和人口密集区施工，对周边环境影响小，具有一定的社会效益。2.0.4对地基土扰动小，更适合在营业线旁施工。打入桩施工易打破既有软土路基的土体平衡，严重影响了既有营业线的正常运营。而长螺旋钻机施工时对土体扰动较小，不会对营业线路基造成造成影响。2.0.5经济效

4、益显著，由于采用复合地基，桩身强度不高即可满足承载力要求（本工程为C10混凝土），即在同样承载力要求下，采用低标号混凝土可比普通标号节约材料费用20%以上。 3.适用范围3.0.1适用于工业与民用建筑物、高层建筑、公路铁路、桥梁、码头等桩基。如18层以下高楼、大型厂房、公路、铁路营业线增建线地基处理等。 3.0.2适用于填土层、粘性土层、淤泥土层、粉土层、砂土层等，采用特殊钻头可钻进强风化岩层。特别适宜于钻（冲）孔桩、沉管桩和静压（或打入式）预应力管桩不适宜的坍塌、扩缩径、流砂、怕扰动的地层、湿陷性黄土地区等复杂地质条件。 4.工艺原理长螺旋压注桩是由水泥、粉煤灰、碎石和细沙加水搅拌形成的低标

5、号混凝土桩和桩间土及褥垫层一起形成CFG复合地基，CFG桩复合地基通过褥垫层与基础相连接，无论桩端落在一般土层还是淤泥土质均可保证桩间土始终参与工作。由于桩的强度及模量比桩间土大，在荷载作用下桩顶应力比桩间土的应力大，桩可承受的荷载向深的土层传递并相应减少桩间土承载的荷载。桩体是由机械成孔后将搅拌好的混凝土利用地泵打入孔中，在拔管的过程中利用压差使混凝土产生自振捣效果，这样在成桩的过程中不仅挤密桩间土还挤密桩身，使其具有水硬性，使处理后的复合地基的强度和抗变形的能力明显提高。在复合地基中，基础和桩间土之间设置由一定厚度的散粒状砂石组成的褥垫层，是地基的核心部分，基础下是否有褥垫层对地基的承载能

6、力有很大的影响，若不设置褥垫层，复合地基和普通的桩基础相似，桩间土的承载能力难以发挥，不能称作复合地基。基础下只有设置了褥垫层，桩间土承载能力才能发挥出其潜在的作用。5.施工工艺及操作要点5.1工艺流程（见附图）测放桩位钻机就位调平钻孔至设计深度、停钻提升钻杆反向旋转、泵送砼至设计超灌标高、停泵钻机移位施打下一根桩按上述工序施打全部CFG桩后打桩结束搅拌砼清除弃土图5-1长螺旋钻孔泵压混凝土CFG桩工艺流程图5.2操作要点5.2.1施工前应按设计要求，根据图纸进行定位和桩位测放，并对测量基线、水准基点及桩位进行复核。5.2.2钻机就位必须辅垫平稳，立柱垂直稳定牢固，钻头对准桩位。5.2.3开钻

7、前必须检查钻头上的出料活门是否闭合，严禁开口钻进。5.2.4钻进过程中，未达到设计标高不得反转或提升钻杆，如因特殊情况要反转提升钻杆，应将钻杆提至地表，对钻头活门重新疏通、闭合。5.2.5钻进过程中，长螺旋钻机自控系统严格控制螺纹钻杆下降速度和旋转速度，使二者匹配，要求螺纹钻杆旋转一圈，钻杆下降一个螺距，钻至设计深度。5.2.6钻头钻到设计标高后，长螺旋钻机反向旋转提升螺纹钻杆，提钻过程中，长螺旋钻机自控系统严格控制螺纹钻杆提升速度和旋转速度，并保持同步和匹配，要求螺纹钻杆旋转一圈，钻杆上升一个螺距，与此同时制备好的混凝土开始由高压泵输送，通过空心螺纹钻杆由钻头泵出。5.2.7提钻时，钻头到达

8、不塌孔位置或地下水位以上，方可停止泵压混凝土。5.2.8混凝土应连续灌注，桩身充盈系数应为1.21.25，桩身混凝土超灌高度不宜小于0.5m，以保证凿除浮浆后，桩顶混凝土达到设计强度值。 6.材料与设备.1材料长螺旋压注桩桩体混合料由水泥、卵石(或碎石)、砂、II级或III级以上粉煤灰(必要时加适量泵送剂)，加水在搅拌机中强制搅拌而成（或搅拌站）。 所有材料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做混凝土强度配合比试验。 水泥：采用32.5级或42.5级普通硅酸盐水泥或矿渣水泥； 卵石或碎石：粒径多采用525mm； 砂：中粗砂，含泥量小于5； 粉煤灰：多用袋装II级、I

9、II级粉煤灰； 桩体强度等级C10C35；混凝土的坍落度控制在1620cm。 附本工程CFG桩混凝土配合比。.2设备长螺旋钻孔压注CFG桩所需机具设备表序号机械名称规格数量（台）说明1CFG桩机6032挖掘机日立22013混凝土搅拌站HZS-1201或商混凝土站4混凝土罐车7m368根据运距5输送泵HBT6036全站仪徕卡120117.质量控制根据试桩结果，编制详细的施工作业指导书，控制好钻机钻进和提升速度、钻机垂直度、钻进深度、泵压、混凝土坍落度和易性、成桩直径等施工参数。7.1质量要求7.1.1施工前要进行成桩工艺性试验，以复核地质以及设备、工艺、施打顺序是否适宜。7.1.2确定混凝土的配

10、合比、坍落度、搅拌时间、提升速度等各项工艺参数，报监理单位确认后，方可进行施工。7.1.3所用的水泥和粗细骨料的品种、规格及质量应符合设计要求。7.1.4CFG桩混凝土坍落度每台班要抽样检验次，每台班做混凝土试件组。7.1.5确保桩长达到设计要求，每根桩的混凝土用量不得少于设计用量。7.2长螺旋泵压桩软基处理中常见质量通病及预防措施长螺旋泵压桩施工中经常出现的问题有：斜孔、堵管、缩颈、窜桩等。7.2.1斜孔原因：是钻机不稳或钻杆垂直度不够。预防措施：每次钻孔前须将钻机调平且检查钻杆，若钻杆有问题及时更换。7.2.2堵管原因：主要是因混凝土中碎石粒径偏大。预防措施：严格控制料源，并在输送泵上口加

11、盖铁蓖，同时控制好铁蓖孔径。7.2.3缩颈原因：一是在饱和软土成桩时，已打桩强度尚未起来，新打桩对已打桩造成挤压，造成缩颈；二是提升速度与泵送不一致。预防措施：尽量扩大桩距，采取隔行跳打方式，随后再隔行补打另外部分，需要注意的是要合理安排好顺序，保证已打桩具有一定的强度后再打相邻部分。控制好钻杆提升速度与输送泵的配合。7.2.4窜桩原因：桩距太近且地基土中含有较厚的砂层。预防措施：采取隔一打一或隔二打一，把施工间距拉大，在已打桩凝固后再打相邻桩。8.安全措施8.0.1进入施工现场要戴好安全帽，防止钻机施工中携带的泥块坠落伤人。登高检查钻杆及塔架时系好安全带并穿防滑鞋。8.0.2临近既有线施工时

12、，安全防护人员要经常检查是否挂揽风绳；防护人员应备好线路防护用品，号角、红旗（夜间信号灯）、响墩、导线，出现危急线路安全时要拦停列车。8.0.3对进入场地的车辆及人员加强管理，营业线施工做到“一人一机”。8.0.4长螺旋钻机进入作业场地后，现场查看作业面是否满足作业安全要求，重点检查原地面压实情况，未经压实处理的原地面禁止进行钻孔作业。8.0.5加强机械安全检查，特别是钢丝绳、螺栓易损件的检查，防止机械带病作业。8.0.6做好CFG桩钻机的稳定性防护，防止遇恶劣天气机身发生倾覆。9.环保措施9.0.1加强施工人员对建设项目环境保护管理条例及中华人民共和国水土保持法实施条例学习，树立良好环保意识

13、，自觉遵守“环保”、“水土保持”规定。9.0.2严格遵守中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国水污染防治法、中华人民共和国环境影响评价法等国家、行业及地方相关法律法规和规定，制定环境管理目标(指标)，制定并实施环境管理措施(方案)，减少或消除施工生产对环境造成的不利影响，以实现环境管理目标(指标)。9.0.3环境保护做到“三同时”。总体原则为：采取合理措施，避免因施工方法不当而引起的环境污染和其它原因造成对公众财产和居民生活环境的破坏和损害；减少施工引起的扬尘等；工程建筑垃圾、生活垃圾按规定排放、处理；施工完毕后的弃土场及时平整，并做必要的防护，避免水土流失；施工营地、场地、便道在使用完毕后

14、立即恢复。9.0.4保护生态环境，确保不因施工扩大生态环境的恶化；保护好植被，防止因施工造成的水土流失，防止因施工造成的地表水、地下水污染。9.0.5 CFG施工的弃土全部运往弃土场堆放。对弃土场的裸露面，按国家水土保持法或设计进行整治和绿化，并作好排水设施，确保排洪畅通，为复耕或其他用途创造条件。9.0.6 作好施工场地的布置和排水系统设施，保证生产废水不污染水源；合理布置大型临时设施，不压缩、不侵占既有水利设施，保证排洪畅通。机械排放的含油污水按规定处理后排入指定区域；生产场地离池塘较近时，在生产场地与池塘间挖截水沟或筑堤坝，防止施工废水污染水源。10.效益分析10.0.1工程安全质量方面

15、在营业线旁软基地段施工，与振动沉管CFG桩相比，采用长螺旋钻孔泵压桩，尤其是采用桩体隔离技术后不会对既有构筑物造成影响。克服了振动沉管CFG桩易断桩塌孔的弊病，采用泵送混凝土对桩身有一定的挤密效果。10.0.2工期如采用振动沉管CFG桩，每台机械成桩量在300500米/天；采用长螺旋钻孔泵压CFG桩，每台机械成桩量在6001000米/天。施工速度是振动沉管机的两倍，大大节省了工期。10.0.3效益分析采用长螺旋钻孔泵压CFG桩与振动沉管CFG桩施工相比，以10000米桩长计算，长螺旋钻机比振动沉管机可提前天干完，对30人的项目部来讲，可减少人工费7500元，搅拌站和混凝土运输车减少租费5600元，挖掘机租费减少4000元，节约直接成本17100元，共计节约342000元（以项目施工的20万米桩计算）。11.应用实例由中铁七局郑州公司施工的谌家矶左右联络线地基处理为低标号长螺旋泵送CFG桩复合地基，累计8266根桩，合计191282延米，是武汉天兴洲大桥北引桥及相关配套工程的重要组成部分，是京广客运专线与既有京广铁路的联络线。武汉铁路局科研所对所施工的部分桩进行了检测，桩体质量合格。