6、CFG桩作业指导书

水泥粉煤灰碎石(CFG)桩施工作业指导书

1、目的

明确CFG桩施工作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准,指导、规范CFG桩作业施工。

2、编制依据

《高速铁路路基工程施工技术指南》铁建设【2010】241号

《高速铁路路基工程施工质量验收标准》TB10751-2010 J1147-2011 《铁路工程基桩检测技术规程》 TB10218-2008

《铁路工程施工安全技术规程》 TB10401-2003

《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》

《客运专线铁路路基工程施工技术指南》

3、适用范围

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称,一般有三种成桩施工方法:即振动沉管灌注成桩(适用于粉土、粘性土及素填土地基)、长螺旋钻孔灌注成桩(适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土)和长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩(适用于粘性土、粉土、砂土以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地)。最常用的成桩施工方法有振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩两种方法。适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂性土、杂填土及湿陷性黄土地基中以提高地基承载力和减少地基变形为主要目的的地基加固。具有沉降变形小、施工简单、造价低、承载力提高幅度大、适用范围广、社会和经济效益明显等特点。我部计划采用长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注后插筋成桩方法施工。

4、施工准备

4.1材质要求

桩体主体材料为碎石,应符合设计级配要求,含泥量不大于3%。

水泥一般采用强度等级为42.5及以上的普通硅酸盐水泥。

砂宜采用中砂或粗砂,含泥量不大于5%。

粉煤灰作为外掺料,应符合设计要求。一般采用细度不大于45%的Ⅱ级或Ⅱ级以上的粉煤灰。通过调整水泥掺量和配合比,桩体强度可满足设计要求。

混合料应提前拌制,根据不同的施工方法控制其坍落度。

4.2机具设备

长螺旋钻机或振动沉管机、强制式搅拌机、高压混凝土泵、混凝土泵管等辅助设施与机具。我标段采用长螺旋钻机成孔。

4.3作业条件

4.3.1施工场地达到“四通一平”,对软弱地面进行碾压或夯实处理。

4.3.2施工范围内的地上、地下障碍物应清理或改移完毕,对不能改移的障碍物必须进行标识,并采取保护措施。

4.4技术准备

4.4.1收集场地工程地质、水文地质资料,编制CFG桩施工方案、施工工艺设计和工序质量控制设计并经审批,对操作人员进行技术交底。

4.4.2测设水准点和路基轴线桩,测放桩位并作好标记,绘制桩位布置图。

4.4.3对材料及配合比进行复试、试配。

4.4.4试桩,以复核地质资料以及设备、工艺是否适宜。

5、施工工艺流程及技术要求

5.1施工准备

⑴核查地质资料,结合设计参数,选择合适的施工机械和施工方法。

⑵平整场地,清除障碍物,标记处理场地范围内地下构造物及管线。

⑶测量放线,定出控制轴线、打桩场地边线并标识。

⑷施工前进行成桩工艺试验,确定施工工艺和参数。

5.2施工顺序

CFG桩施工一般优先采用间隔跳打法,也可采用连打法。具体的施工方法由现场试验来确定。

连打法易造成邻桩被挤碎或缩颈,在粘性土中易造成地面隆起;跳打

法不易发生上述现象,但土层较硬时,在已打桩中间补打新桩,可能造成已打桩被振裂或振断。

在软土中,桩距较大可采用隔桩跳打,但施工新桩与已打桩时间间隔不少于7d;在饱和的松散粉土中,如桩距较小,不宜采用隔桩跳打;全长布桩时,应遵循由“由一边向另一边”的原则。

5.3长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工工艺

5.3.1施工步骤

⑴钻机就位:钻机就位后,应使钻杆垂直对准桩位中心,确保CFG 桩垂直度容许偏差不大于1%。现场控制采用在钻架上挂垂球的方法测量钻杆的垂直度,也可采用钻机自带垂直度调整器控制钻杆垂直度。

⑵混合料搅拌

混合料搅拌要求按配合比进行配料,计量要求准确。混合料搅拌必须进行集中拌和,每盘料搅拌时间按照普通混凝土的搅拌时间进行控制。一般控制在90~120秒,具体搅拌时间根据实验确定,电脑控制和记录。混合料出厂时坍落度可控制在180mm~200mm。

⑶钻进成孔

钻孔开始时,关闭钻头阀门,向下移动钻杆至钻头触及地面时,启动马达钻进。一般应先慢后快,这样既能减少钻杆摇晃,又容易检查钻孔的偏差,以便及时纠正。在成孔过程中,如发现钻杆摇晃或难钻时,应放慢进尺,否则较易导致桩孔偏斜、位移,甚至使钻杆、钻具损坏。当钻头到达设计桩长预定标高时,在动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记,作为施工时控制孔深的依据。当动力头底面达到标记处桩长即满足设计要求。施工时还需考虑施工工作面的标高差异,作相应增减。

⑷灌注及拔管

CFG桩成孔到设计标高后,停止钻进,开始泵送混合料,当钻杆芯充满混合料后开始拔管,严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在2~

3m/min,成桩过程宜连续进行,应避免因后台供料慢而导致停机待料。若施工中因其它原因不能连续灌注,须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机。灌注成桩完成后,用湿粘土盖好桩头,进行保护。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。

⑸移机

当上一根桩施工完毕后,钻机移位,进行下一根桩的施工。施工时由于CFG桩的弃土较多,经常将临近的桩位覆盖,有时还会因钻机支撑时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,还应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。

⑹钢筋笼制作与安装

钢筋笼在钢筋加工场集中制作,用炮车或装载机运至施工现场。钢筋笼长3.5m,直径36cm,主筋为6根Ф16螺纹,直线间距为18cm,弧线间距为18.9cm;箍筋为ф6圆钢,间距20cm,加强筋为Ф12螺纹,第一道加强筋距离钢筋笼顶0.5m,第二道加强筋距离第一道2m,为防止钢筋笼插入CFG桩体时变形,在距钢筋笼底10cm处加设一道加强筋。插入钢筋笼时,先由人工将钢筋笼竖直搬至已完成的CFG桩上方,利用护桩对准桩中心轻轻插入20~30cm,派专人用线锤控制其垂直度,利用钢筋笼自身重力和人工插入,待无法插入时,在钢筋笼顶安放一块50×50cm木板,用小型挖掘机顶住木板轻轻往下压,直至钢筋笼全部没入桩身混凝土,保证钢筋笼顶高出设计桩顶标高不大于0.5m,以满足钢筋笼插入深度不小于3m。在钢筋笼安装过程中时刻注意保持其垂直度,避免用力过猛,防止钢筋笼变形。钢筋笼安装完成后,桩顶采用湿黏土封顶,进行保护。黏土厚度应能满足防冻和养护的要求,一般不小于100cm。成桩后,桩顶上盖土封顶予以保护。混合料灌注量的控制通过记录混凝土泵的泵送次数来计算。

5.3.2工艺流程图

6、CFG桩作业指导书

长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺流程图

5.5注意事项

⑴测量桩位前应对施工现场原始地面标高进行抄平测量,并用平地机平整碾压后放出各桩的准确位置,将线路纵坡、横坡考虑在内后,原地面标高控制在正负5公分以内。施工桩顶高程控制在高于设计垫层底标高30cm处(见桩顶标高控制图)。将施工区域进行划分,并将各桩进行编号,定机定人进行管理。

6、CFG桩作业指导书

桩顶标高控制图

施工过程中应做好地面标高的观测,防止因断桩引起地面隆起,对桩

顶上升最大的桩或怀疑发生质量事故的桩要开挖查看。

(2)布桩时,CFG桩的数量、布置形式及间距必须严格按设计要求。并遵循从中心向外推进施工,或从一边向另一边推进施工的原则。不宜从四周转向内推进施工。具体的施工方法和顺序由工程技术部确定。

(3)对进场施工的所有长螺旋钻机在开钻前应由施工技术人员对标尺、刻画进行复核,消除标识误差。尤其是钻机初始标识要指定专人进行复查,防止操作人员弄虚作假、骗取米数。使用反差大的反光贴条每0.5米进行标识,粘贴在钻机导向架上,利于夜间记录人员识别读数。

(4)施工完成28天后,应进行桩、土、以及复合地基检测。桩间土采用现场静力触探和标准贯入试验,与地基处理前进行比较,分析处理效果。桩的自身质量采用单桩静载试验测定桩的承载力,判断成桩质量和是否发生断桩等缺陷。复合地基检测采用单桩复合地基试验和多桩复合地基试验。

6、常见质量通病及控制措施

(1)堵管。堵管是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺常遇到的主要问题之一。它直接影响CFG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CFG桩混合料失水或结硬,增加了再次堵管的几率,给施工带来很多困难。

产生堵管的原因有以下几点:

①混合料配合比不合理。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时,混合料和易性不好,常发生堵管。因此,要注意混合料的配合比,坍落度应控制在180mm~200mm之间。

②混合料搅拌质量有缺陷。在CFG桩施工中,混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头最后到达钻杆芯管内。混合料在管线内借助水

和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线。坍落度太大的混合料,易产生泌水、离析,泵压作用下,骨料与砂浆分离,摩擦力加剧,导致堵管。坍落度太小,混合料在输送管路内流动性差,也容易造成堵管。

③施工操作不当。钻孔进入土层预定标高后,开始泵送混合料,管内空气从排气阀排出,待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。若提钻时间较晚,在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出,容易造成管路堵塞。

④冬期施工措施不当。冬期施工时,混合料输送管及弯头均需做防冻保护,防冻措施不力,常常造成输送管或弯头处混合料的冻结,造成堵管。冬季施工时,有时会采用加热水的办法提高混合料的出口温度,但要控制好水的温度,水温最好不要超过60℃,否则会造成混合料的早凝,产生堵管,影响混合料的强度。

⑤设备缺陷。弯头曲率半径不合理也能造成堵管。弯头与钻杆不能垂直连接,否则也会造成堵管。混合料输送管要定期清洗,否则管路内有混合料的结硬块,还会造成管路的堵塞。

(2)窜孔。在饱和粉土、粉细砂层中成桩经常会遇到这种情况,打完X号桩后,在施工相邻的Y桩时,发现未结硬的X号桩的桩顶突然下落,当Y号桩泵入混合料时,X号桩的桩顶开始回升,此种现象称为窜孔。

发现窜孔的条件主要有如下三点:

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。由于窜孔对成桩质量的影响,施工中采取的预控措施:

a.采取隔桩、隔排跳打方法;

b.设计人员根据工程实际情况,采用桩距较大的设计方案,避免打桩的剪切扰动;

c.减少在窜孔区域的打桩推进排数,减少对已打桩扰动能量的积累;

d.合理提高钻头钻进速度。

(3)桩头空芯。主要是施工过程中,排气阀不能正常工作所致。钻机钻孔时,管内充满空气,泵送混合料时,排气阀将空气排出,若排气阀堵塞不能正常将管内空气排出,就会导致桩体存气,形成空芯。为避免桩头空芯,施工中应经常检查排气阀的工作状态,发现堵塞及时清洗。

(4)桩端不饱满。这主要是因为施工中为了方便阀门的打开,先提钻后泵料所致。这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水浸入桩孔,影响CFG桩的桩端承载力。为杜绝这种情况,施工中前、后台工人应密切配合,保证提钻和泵料的一致性。

(5)加强施工过程中的监测。在施工过程中,应加强监测,及时发现问题,以便针对性地采取有效措施,有效控制成桩质量,重点应做好以下几方面的监测:

①施工场地标高观测。施工前要测量场地的标高,并注意测点应有足够的数量和代表性。打桩过程中则要随时测量地面是否发生降起。因为断桩常和地表隆起相联系。

②已打桩桩顶标高的观测。施工过程中注意已打桩桩顶标高的变化,尤其要注意观测桩距最小部位的桩。因为在打新桩时,量测已打桩桩顶的上升量,可估算桩径缩小的数值,以判断是否产生缩径和窜孔。

③对有怀疑桩的处理。对桩顶上升量较大或怀疑发生质量问题的桩应开挖查看,并做出必要的处理。

7、质量控制及检验

7.1质量控制

⑴为检验CFG桩施工工艺、机械性能及质量控制,核对地质资料,在工程桩施工前,应先做不少于2根试验桩,并在竖向全长钻取芯样,检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度,根据发现的问题修订施工工艺。

⑵CFG桩的数量、布置形式及间距符合设计要求。

⑶桩长、桩顶标高及直径应符合设计要求。

⑷CFG桩施工中,每台班均须制作检查试件,进行28d强度检验,成桩28d后应及时进行单桩承载力或复合地基承载力试验,其承载力、变形模量应符合设计要求。

⑸通常桩顶混凝土密实度差,强度低,对此采取桩顶以下2.5m内进行振动捣固的措施。

⑹为保证施工中混合料的顺利输送,施工中采取强制式搅拌机。

⑺桩身每方混合料掺加粉煤灰量70~90kg,坍落度控制在16~20cm。

⑻清土和截桩时,不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

⑼冬期施工时混合料入孔温度不得低于5℃,对桩头和桩间土应采取保温措施。

⑽跳打施工时应及时清除成桩时排出的弃土,否则会影响施工进度。

⑾整个施工过程中,安排质检人员旁站监督,并作好施工原始记录,记录钻压电流值、孔深、单孔混合料灌入量、堵管及处理措施等。

⑿CFG桩施工属隐蔽工程,施工完毕报监理签认后方可进行下一道工序施工。

7.2检验

⑴所用的水泥和粗细骨料品种、规格及质量应符合设计要求;

检验数量:同一产地、品种、规格、批号的水泥,每200t为一批,不足200t时也按一批计。同一产地、品种、规格且连续进场的粗、细骨

料,分别每400m3为一批,当不足400 m3时也按一批计。各种原材料每批抽样检验1组。

检验方法:检查产品质量证明文件。在水泥库抽样检验水泥强度、安定性、凝结时间,在料场抽样检验粗细骨料含泥量、筛分试验颗粒级配。

⑵CFG桩混合料坍落度应按工艺性试验确定并经监理工程师批准的参数进行控制;

检验数量:每台班抽样检验3次。

检验方法:现场坍落度试验。

⑶CFG桩混合料强度应符合设计要求;

检验数量:每台班做一组(3块)试块。

检验方法:制作混合料试块,进行28天标准养护试件抗压强度检验。

⑷CFG桩的数量、布桩形式应符合设计;

检验数量:全部检查。

检验方法:计数。

⑸每根桩的投料量不得少于设计灌注量;

检验数量:每根桩检验。

检验方法:料斗现场计量或混凝土泵自动记录。

⑹CFG桩的有效长度应满足设计;

检验数量:每根桩检验。

检验方法:施工前测量钻杆长度,并在施工中检查是否达到设计深度标志,施工后检查浮浆厚度并进行清理,计算出桩的有效长度。

⑺CFG桩的桩身质量、完整性应满足设计要求;

检验数量:全部检验或按有关要求。

检验方法:低应变检测。

⑻CFG桩按复合地基设计时,处理后的复合地基承载力、变形模量应满足设计要求;按柱桩设计时,处理后的单桩承载力应满足设计要求。

检验数量:总桩数的2‰,且每检验批不少于3根。

检验方法:平板载荷试验。

⑼CFG桩的桩位、垂直度、有效直径的允许偏差应符合下表的规定。

CFG桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法

6、CFG桩作业指导书

8、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。

9、安全保证措施

(1)作好现场调查,开工前对地下管线详细调查。

(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。

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