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浅谈高寒地区CFG桩施工工艺(一)
浅谈高寒地区CFG桩施工工艺
哈齐客专项目部 马爽
摘要:哈齐铁路客运专线作为国内第一条在严寒地区修建的高速铁路有许多新课题需要研讨，如严寒地区客专路基的防冻胀问题、严寒地区无砟轨道板的铺设等，本文着重介绍了哈齐客运专线在CFG桩施工方面的施工工艺，为今后严寒地区的客运专线建设提供了理论依据与施工指导。
关键词：路基 防冻胀 CFG桩施工 客运专线
一、术语
1、CFG桩：又称水泥粉煤灰碎石桩。
2、CFG桩：由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高黏结合度桩，并由桩、桩间土和垫层一起组成复合地基的地基处理方法。
二、基本规定1、CFG桩应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层。
2、CFG桩复合地基设计时应进行地基变形验算。
3、技术人员应掌握所承担工程地基处理目的、加固原理、技术要求和质量标准等。施工中应有专人负责质量控制和监测，并做好施工记录。当出现异常情况时，必须及时会同有关部门妥善解决。
4、施工过程中应有专人或专门机构负责质量监理。施工结束后应按国家有关规定进行工程质量检验和验收。
三、施工准备1、施工前应具备下列资料和条件
（1）建筑物场地工程地质勘察报告和必要的水文资料；
（2）CFG桩布桩图，并应注明桩位编号，以及设计说明和施工说明；
（3）建筑物场地邻近的高压电缆、电话线、地下管线、地下构筑物及障碍物等调查资料；
（4）具备“三通一平”条件。
2、施工技术措施
（1）确定施工机具和配套设施；
（2）编制材料供应计划，标明所用材料的规格、质量要求和数量；
（3）试成孔不小于2个，以复核地质资料以及设备、工艺是否适宜，核定选用的技术参数；
（4）按施工平面图放好桩位；
（5）确定施打顺序及桩机行走路线；
（6）施工前，放好桩位、CFG桩的轴线定位及测量基线，并由监理、业主复核；
（7）在施工机具上做好进尺标志。
3、CFG桩选用的水泥﹑粉煤灰﹑碎石﹑石屑（砂）﹑水等原材料应符合设计要求，并按相关规定进行检验。
（1）本段CFG桩水泥采用P.042.5水泥。
（2）粉煤灰采用Ⅱ级或Ⅲ级粉煤灰。
（3）粗骨料粒径采用5～50mm,砂的含泥量应小于3%。
(4)长螺旋钻孔内泵压混凝土灌注施工，坍落度控制在16～21cm。
四、施工工艺
图1 CFG桩施工工艺流程图
1、桩机就位
桩机就位后，调整钻杆与地面垂直，并使钻杆对准桩位中心，现场技术人员检查调整桩位偏差及垂直度。CFG桩垂直度允许偏差不大于1.0%，桩位偏差（纵横向）不大于50mm。
2、钻进成孔
A 钻孔开始时，关闭钻头阀门，操纵下移钻杆，钻头触及地面时，启动马达钻机。钻进应先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。
B 桩机操作手和现场读尺人员要密切配合，钻机每钻进1m, 读尺人员要及时通知桩机操作手记录电流数据，操作手在电流表电流发生明显变化时，要通知现场读尺人员做好钻机进尺及土层变化的记录。当电流显示已进入硬土层时，要控制进尺，确保嵌入深度满足设计要求。
C 桩身进入持力层的深度要求：一般对于第四系地层应嵌入砂类土或硬塑黏土深度不小于2m,对于下伏基岩地段应嵌入全风化层不小于1m。
D 钻孔至设计高程后，要对地质情况进行详细的记录。
E 发现地质情况与设计不符，要及时通知设计单位。
F 在成孔过程中，发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移及钻杆、钻具损害。当钻至设计标高后，一般采用静止提拔，但对易卡钻的区域，在圆砾层内允许采用边转边提，离开圆砾层后采用静止提拔。
3、混凝土搅拌：混凝土搅拌严格按配合比进行配料。
4、现场试验人员主要工作
A 每台班抽验现场检验混凝土坍落度3次。
B 每台班在现场作一组（3块）混凝土试件，进行28标准养护试件抗压强度检验。现场试验人员要记录取样试件与当日对应灌注的CFG桩的编号。
5、灌注及拔管：钻孔至设计高程后或嵌入硬层深度满足设计要求后，停止钻进，开始泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后开始拔管，严禁先提管后泵料。钻杆应采用静止提管，施工中严格控制钻杆提拔速度和混凝土泵的泵送量，混凝土泵送量应于与提拔速度相配合，保证连续提拔，保证桩体连续、均匀、密实。现场技术人员应记录混凝土灌注的起止时间，推算单桩混凝土灌注量。
6、施工桩顶高程宜高出设计高程不少于50cm，灌注成桩完成后，桩顶盖土封顶予以保护。
7、移机
上一根桩施工完毕，钻机移位，进行下一根桩的施工。当桩机移至下一根桩位施工时，应根据轴线或周围桩的位置对须施工的桩位进行复核。
五、CFG桩施工质量控制措施
1、所用的水泥和粗细骨料品种、规格、质量应符合设计要求。
2、桩体连续密实，不得有断桩、缩径等缺陷。
3、允许偏差
A 桩长：不小于设计深度
B 钻孔垂直度≤1.0%
C 桩径：不小于设计值
D 桩位：50mm
4、成品保护
A 成桩后严防重型机械行走或扰动，防止使桩头压松造成桩顶混凝土不成型、段桩。
B 清土采用小型机械设备及人工开挖、运输，清土预留至少20cm人工清除找平；避免断桩及对地基土的扰动。
5、质量检验
A 低应变检测
CFG桩施工完毕后，按成桩总数的10%进行检测，且每检验批不少于5根。桩体质量检验在成桩28天后进行，采用低应变动力检测CFG桩桩身完整性。
B 复合地基承载力检测
采用载荷试验进行复合地基承载力检测，待设计明确后施工。
六、常见问题及处理措施
1 堵管的预防措施
（1）混合料配合比应合理。混合料的配合比：粉煤灰掺量宜控制在70kg/m～90kg/m的范围内，条件允许时，宜采用Ⅰ级粉煤灰，碎石宜采用5-25mm的连续级配碎石，防止粒径过大穿越弯管时堵塞弯头或造成混合料和易性差。
（2）严格控制混合料坍落度。施工时坍落度宜控制在16～20cm。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）严格按工艺操作，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、硬管内混合料充满连续时方才提钻。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）防止设备缺陷造成堵管。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进行清洗，否则管路内有混合料的结硬块，还会造成管路的堵塞。
（5）钻杆达到设计高程后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，钻杆芯管及输送管充满混合料，应及时提钻，若不及时提钻，在泵送压力下会使钻头处的水泥浆液挤出，使钻头阀门处产生无水泥浆的干硬少浆的混合料塞体，堵塞管道。
2 窜孔的预防措施
在饱和粉土、粉细砂层中成桩经常会遇到下面情况，打完1号桩后，在施工相邻的2桩时，发现未结硬的1号桩的桩顶突然下落，当2号桩泵入混合料时，1号桩的桩顶开始回升，此种现象称为窜孔。由于窜孔对成桩质量的影响，施工中应采取的预防措施：
（1）采取隔桩、隔排跳打方法；
（2）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；
（3）改进钻头，合理提高钻头钻进速度；
3 桩头空芯的预防措施
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 桩端不饱满的预防措施：
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 缩径、断桩的预防措施
（1）严格控制拔管速度，尤其是饱和黏土、地下水丰富的孔位，应严格将拔管速度控制在2.0～2.5m/min，且送料、拔管应连续均匀。实践证明，将钻头保持在埋深0.5m左右，基本可消除饱和黏土中CFG断桩率。
（2）备足混合料，随钻随浇注，防止停工待料。
（3）经常检查螺旋直径，防止螺旋磨耗造成桩径不足。
（4）严格控制清表后的地基压实质量，提高原地面地基承载力同时，在长螺旋支腿处外加设枕木，减少地基接触应力，防止长螺旋机走行挤压造成桩基断桩、变形。
6 钻头阀门打不开的预防措施
采用下开式钻头或其他先进工艺的钻头，防止泥浆回灌或砂粒，小卵石等卡住。
调整桩长，令桩端穿过透水性好、高水头的砂土或卵石层进入粘土层。
结束语:
高寒地区的路基施工有其特殊性，在今后的施工中还应认真总结。
施工及验收依据:
[1]《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》 铁建设〔2005〕160号；
[2]《铁路工程基桩检测技术规程》TB10218-2008；
[3]《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002；
[4]《哈齐铁路客运专线基桩检测工作手册》；
[5]《哈齐客运专线混凝土工程质量控制手册》；
[6] 哈齐客专设计文件。
可参考的规范及标准
[1]《长螺旋钻孔泵压混凝土桩复合地基技术规程》DB13(J)31-2001；
[2]《哈大客运专线路基工程质量控制手册》2007年10月。
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