工艺原理
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称(即cement flying-ash gravel pile).用CFG桩处理深层软土地的原理是:由水泥,粉煤灰,碎石,石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,并与桩顶上铺设一定厚度的褥垫层(碎石,砂和双向土工格栅)形成"桩—网"结构,使上部荷载均匀地传递到下卧层形成复合地基,以满足地基承载力要求,有效控制工后沉降."桩—网"结构如图4所示.
图4 CFG桩"桩—网"结构原理示意图
1 CFG桩 2 褥垫层 3 土工格栅 4 碎石垫层
5 中粗砂垫层 6 土工格栅 7 中粗砂垫层 8 碎石垫层
5 施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
CFG桩"桩—网"结构加固软土地基施工工艺流程见图5.1.
图5.1 CFG桩"桩—网"结构加固软土地基施工工艺流程图
5.2 操作要点
5.2.1 施工准备
1 作业条件
1)施工场地达到"三通一平",在路基打桩区域及两侧3米范围内铺设0.6～1.0m厚粒径不大于30cm的碎石工作垫层.
2)打桩作业场地周围应设置排水沟.施工范围内的地上,地下障碍物,管线等应清理或改移完毕.
2 技术准备
1)根据设计桩长,确定桩机的机架高度和沉管的有效长度,桩机的机架高度和沉管的有效长度在配置时应比设计桩长高出6～8米.
2)在试桩前应对已配重桩机沉管处的抬架支撑反力进行计算和标定,要求不小于单桩设计承载力的2倍.
3)在桩机机架上画出以米为单位的长度标记,用于沉管时观察,记录入土深度.
4)编制CFG桩施工方案(包括区域划分,对每一根桩进行编号,确定桩顶标高和打桩顺序),经审批后对操作人员进行技术交底.
5)通过试桩确定桩机配重,提管速度,保护桩长,混合料坍落度等施工参数和终孔条件.试桩不少于3根.
6)测放桩位并做好标识.
7)对CFG桩的材料进行复试,试配.
5.2.2 CFG桩施工
1 桩机组装:根据设计桩长,沉管入土深度确定机架高度,沉管长度,根据试桩确定的配重进行设备组装.
2 桩尖的预制与埋设:由于桩尖外形特殊,一般采用钢模结合地模进行预制.桩尖的锥体部分采用地模,柱体部分外露采用钢模,以便桩尖脱膜时地模免受破坏.为提高桩尖预制进度,一般要在桩尖混凝土内掺入早强剂.当桩尖达到设计强度后,方可采取小型挖掘机配合人工按技术放样位置进行埋设.桩尖应埋入地表下300mm左右,平面位置偏差控制在50mm之内.
3 桩机就位:桩机就位必须平整,稳固.待桩机就位后,调整沉管与地面垂直,确保垂直度偏差不大于1%.
4 沉管:桩机就位后,扣准埋设好的预制桩尖开始沉管,沉管过程中注意调整桩机的稳定,严禁倾斜和错位.待沉管至设计标高并抬架时应开动马达,原地留振不小于10s,以确保桩尖进入持力层不小于桩径的1.5倍.沉管过程中做好记录.
5 混合料搅拌:为控制成桩后桩顶浮浆厚度不超过200mm,混合料的坍落度应控制在30～50mm之内.混合料应严格计量,强制搅拌,每盘混合料的搅拌时间不得小于1分钟.在混合料中掺入早强剂使混合料达到设计强度的时间小于7天.
6 投料:终孔后须尽快用料斗进行连续投料,直到管内混合料面与钢管料口平齐,如上料量不够,须在拔管过程中尽早补充投料,以保证成桩桩顶标高满足设计要求.
7 拔管:第一次投料完后即可进行拔管,拔管时速度一般控制在0.8～1.0 m/min,边振动边拔管,拔管速度保持均匀一致,在拔管过程中不允许反插.
8 封顶:当桩管拔出地面,确认该CFG桩符合设计要求后,其上部可用粒状材料或粘土进行封顶并做好标记.此时应注意,封顶的顶面标高应加上30～50cm保护桩长的高度.
5.2.3 CFG桩工后处理
1 砍桩头:桩身达到龄期后,在确定桩顶标高施工扩大桩头前,应先凿除桩体保护桩长至扩大桩头底部标高.砍桩头前桩周工作垫层碎石土为避免机械扰动造成断桩宜采用人工进行开挖.砍桩头可采用风镐自上而下凿除混凝土至指定标高,也可用錾子对称截桩至指定标高.
2 接桩:当CFG桩在凿除浮浆后或由于1.5m以内的浅部断桩造成桩体顶面标高低于设计桩头底面标高时,应采用强度高出桩身一级的混合料进行接桩.接桩部分的桩径应比设计桩径大20cm,与既有桩体的咬结长度不小于20cm,如图5.2.3.
3 桩顶标高即CFG桩扩大桩头顶面标高应在一个区段或若干个区段的CFG桩全部施工完毕后,根据现有工作垫层的平均标高,桥涵等构筑物重新分批确定,同一批CFG桩的桩顶标高应一致,不宜形成横坡或纵坡.
图5.2.3 CFG桩接长示意图
1 接桩混凝土 2 CFG桩身 3 设计桩顶标高
5.2.4 褥垫层施工
1 褥垫层施工工艺流程:铺设碎石—铺设中粗砂—铺设双向土工格栅—铺设中粗砂—铺设碎石—夯实.
2 铺设褥垫层应在桩帽混凝土强度达到设计强度,经检验符合设计要求后进行,褥垫层厚度应符合设计要求,采用的级配碎石,粒径不得大于规范要求,填土前碾压采用小型打夯机进行压实,褥垫层的摊铺厚度应确保压实厚度不小于设计厚度.
3 土工格栅采用16#小铁丝绑扎搭接,横幅之间搭接宽度0.2m,纵向搭接宽度2.0m.
4 铺土工格栅前先人工整平,铺设时理顺,拉直,绷紧,不得有褶皱和破损.
6 材料与设备
6.1 材料要求
本工法所需材料如表6.1所示:
表6.1 材料表
序号
名称
规格
技术指标
1
普通硅酸盐水泥
2
粉煤灰
Ⅱ级或Ⅱ级以上
3
碎石
20～40mm级配
含泥量不大于3%
4
石屑
粒径2.5～20mm
含泥量不大于5%
5
褥垫层碎石
粒径不大于3cm
6
土工格栅
抗击拉大于80KN/m;延伸率不大于15%
6.2 设备要求
表6.2-1 机具设备表
序号
设备名称
设备型号
单位
数量
用途
1
静压夯扩桩机
DZK-50Y
台
1
CFG桩施工