CFG桩施工质量通病及预防技术研究

2022-09-11

1 工程概况

CFG桩是水泥、粉煤灰、碎石桩的简称。它由水泥、粉煤灰、碎石、再加适量石屑 (或砂) 和水搅拌灌注而成。CFG桩具有工艺性好、施工速度快、造价低、承载力提高幅度大, 变形小等技术优势。CFG施工方法一般分为振动沉管灌注法和长螺旋钻管内泵压混合料灌注法两种。为了满足工程需要, 以长螺旋钻管内泵压混合料灌注成桩工艺为例, 系统研究了CFG桩各种施工质量病害原因及控制措施。

2 质量通病成因分析

2.1 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。它不仅影响施工进度, 还会影响CFG桩的质量, 甚至损坏钻机。堵管后, 已经灌注了的混凝土凝固, 安装好输送泵管道后, 再继续灌注, 有可能造成断桩。发生堵管质量病害的主要原因: (1) 设备缺陷。 (2) 混凝土输送管清洗不彻底。 (3) 钻头设计不合理。 (4) 混合料搅拌质量缺陷。 (5) 混合料不合格。 (6) 施工操作不当。 (7) 冬期施工措施不当。

2.2 窜孔

在饱和粉土、粉细砂层中成桩, 经常会遇到这种情况。发生窜孔质量病害的主要原因: (1) 地层条件。被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂。 (2) 成桩时一次移机施打周围的桩数过多。 (3) 土体受剪切扰动能量的积累, 足以使土体发生液化。 (4) 钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动。

2.3 混凝土超用量

CFG桩大都是处理软弱土层, 在钻孔过程中钻杆的离心力作用、灌注时混凝土自重作用、输送泵泵压作用下CFG桩都要扩孔, 使得混凝土用量增加。一般而言, CFG桩灌注完后, 桩体并不是圆柱体, 而呈现中间大两头小的形状。

2.4 抱钻

抱钻是指在长螺旋钻管内泵压灌注CFG桩, 钻孔灌注过程中, 钻杆被土层紧紧粘住, 无法转动也无法拔出, 需要使用其他设备才能拔出, 甚至钻杆永远无法拔出, 造成较大经济损失。产生抱钻病害的主要原因: (1) 钻孔区域有很厚的处于流塑状态的饱和土, 土体液性指数和黏聚力都很大。 (2) 或者是钻孔过程中由于机械故障或电力供应中断, 使钻机停转时间较长, 钻杆无法转动。 (3) 每次及时清理钻杆, 防止黏土糊钻, 钻孔应连续不间断进行, 尽量减少停机时间。

2.5 桩头空芯

在挖凿桩头时, 发现个别桩桩顶部存在不大的空心。主要原因是在施工中排气阀不能正常工作造成。钻杆成孔的过程中管内充满空气, 钻到设计标高开始泵送混合料, 排气阀必须正常工作将管内的空气排出, 若排气阀被混合料浆液堵塞, 不能正常工作, 管内的空气无法排出, 导致桩体内存气并形成空洞。

2.6 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。

2.7 断桩

断桩是CFG桩最严重的质量事故。断桩的主要原因包括以下几点。

(1) 施工保护不够, 有大型工程机械在强度未达标准的区域运行, 使桩被压断或桩头被压碎。 (2) 长螺旋钻机的排气阀设置不当。钻孔时排气阀关闭, 在泵送混凝土时排气阀打开, 使钻杆内空气排出, 泵送混凝土充满钻杆时, 混凝土流出, 并关闭排气阀, 形成连续的CFG桩。 (3) 灌注混凝土时混凝土灌注供应不及时, 已经灌注了一部分的CFG桩, 防止发生抱钻现象, 钻机有时要转动钻杆, 就在钻头与混凝土的接触面上发生断桩。 (4) 如果施工的地质有上下两层土的液性指数相差太大, 也就是两层土软硬相差太大, 甚至是饱和粉土和砂卵石交互层, 周围再有较大运行的振动物, 产生应力波, 因两层土质的应力波传播速度不同, 应力波能量的衰减也不同, 作用在终凝的但混凝土强度还很低的CFG桩上, 就有可能造成断桩。

3 CFG桩施工质量通病预防措施

3.1 窜孔病害防控措施

(1) 减少在窜孔区域内打桩的推进排数, 如一次打4排桩改为打2排或者打1排。尽快离开已打的桩, 减少对已打桩扰动能量的积累。 (2) 采用隔桩隔排的跳打方案, 跳打时及时清理成桩时排出的弃土, 否则一方面会影响桩的施工, 另一方面有窜孔现象不能及时发现。 (3) 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。 (4) 合理提高钻头钻进速度。

3.2 混凝土超用量防控措施

(1) 在CF G混凝土超用大的地段, 首推使用缩小钻头和端部钻杆直径的方法, 用氧气和乙炔把钻头直径切割小, 把钻杆切割成下小上大的倒圆台状。 (2) 将长螺旋钻管内泵压灌注CFG桩钻机的主塔电动机的钻速调到18转以下。调低转速可以减小钻杆的离心力, 使钻杆钻至深层时作圆锥摆运动的摆幅减小, 使“腹部”直径减小。 (3) 调节输送泵的阀门板, 使管内泵压减小。

3.3 断桩病害防控措施

(1) 对于施工保护不足造成断桩, 最有效的方法是加强已经灌注CFG桩区域的保护, 用钢管或其他较结实的材料将场区围护起来, 严禁一切大型机械进入。 (2) 对于排气阀设置不当造成断桩的解决办法, 一般钻机在出厂时排气阀位置已经设置得很好, 不需要作改进, 只有极少数的钻机才出现这种问题, 在笔者所施工的12台钻机只有一台出现过。 (3) 加强混凝土调度, 及时供应CFG桩混凝土, 保证混凝土连续供应, 就可以防止因混凝土供应不及时造成断桩。 (4) 对于地质原因造成的断桩, 施工过程中是无能为力的, 情况太严重, CFG处理该地段的软基就失去意义, 应建议设计单位变更设计。

3.4 加强监测工作

施工过程中应加强监测, 以便及时发现问题, 有针对性地采取有效措施, 有效控制成桩质量。主要内容包括: (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。 (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。 (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。