CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称,由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和而形成的高粘结强度桩,它和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。由于其技术具有施工速度快,工期短,质量容易控制,工程造价低廉的特点,目前已成为我国北方地区在高层建筑地基处理上应用最普遍的技术之一。长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机组成的完整的施工体系,是目前普遍应用的CFG成桩工艺。

下面就该工艺在施工过程中常见的问题及质量控制措施作简要分析、论述。

1、堵管

堵管是长螺旋钻管内泵压CFG桩成桩工艺中常遇到的主要问题之一,产生堵管的原因有以下几种。

1.1混合料配合比不合理

CFG桩桩体混合料由水泥、卵石(或碎石)、砂、粉煤灰加水在搅拌机中强制搅拌而成,当混合料中的水泥和粉煤灰用量较少时,混合料和易性不好,容易发生堵管。因此混合料配合比要注意这两种材料的掺入量,特别要注意粉煤灰掺量宜控制在60kg/m3～80kg/m3。实际施工中用于高层的CFG桩强度等级一般为C15～C20,其水泥标号一般选用425号普通硅酸盐水泥,这样既不影响和易性和密实度,又在粉煤灰的掺入下加大了流动性,满足了泵送的要求,而且也不影响混合料其它技术性能,重要的是不易发生堵管现象。

1.2混合料搅拌质量有缺陷

在CFG桩施工过程中,混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头到达钻杆芯管内。混合料在管线内是以圆柱体形状,借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线的。因此所设计和搅拌的混合料必须确保混合料圆柱体能顺利通过刚性管、高强柔性管、弯管和变径管而到达钻杆芯管内。

工程实践证明,坍落度太大的混合料,易产生离析,在管线内水浮到上面,在泵压的作用下,水先流动,骨料与砂浆分离,摩擦力剧增,从而导致堵管。坍落度太小,混合料在输送管内流动性差,也容易造成堵管。

因此,坍落度既要满足试块强度要求,又要满足可泵性的要求,综合各种因素,施工时坍落度宜控制在16cm～20cm,且尽量取最低值,若混合料可泵性差,可适量掺入泵送剂。

1.3设备缺陷

弯头是连接钻杆与高强柔性管的重要部件,当泵送混合料时,弯头曲率半径以及弯头与钻杆的连接形式,对混合料的正常输送起着至关重要的作用。若弯头的曲率半径不合理,会发生堵管;弯头与钻杆垂直连接,也将发生堵管。因此,应当注意弯头的合理曲率半径和与钻杆的连接方式。

混合料输送管无论是刚性管还是高强柔性管,若施工结束后清洗不彻底,管内会产生混合料结硬块体,会妨碍润滑砂浆流动,以致造成堵管。

1.4冬季施工措施不当

冬季施工时,混合料输送管及弯头均需做防冻保护,一旦保温效果不好,常在输送管和弯头处会出现混合料结冻,造成堵管。

冬季施工时经常采用加热水的办法来提高混合料的出口温度。通常是直接用火加热储水箱,水温不能很好控制,一旦水温过高,如超过60℃以上,搅拌混合料时,会使混合料早凝,而产生堵管。

1.5施工操作不当

钻杆进入土层预定标高后停止钻进,开始泵送混合料,管内空气从排气阀排出,待钻杆芯管及输送管充满混合料、介质等连续体后,应及时提钻,保证混合料在一定压力下灌注成桩。若注满混合料后不及时提钻,混凝土泵一直泵送,在泵送压力下会使钻头处的水泥浆液挤出,同样可使钻头阀门处产生无水泥浆的干硬性砂浆的混合料塞体,使管线堵塞,混合料不能下落。

2、窜孔

在饱和粉土、粉细砂层中施工常遇到这种情况,打完一根桩后,接着打相邻的桩时,随着钻杆的钻进,发现已打完尚未结硬的桩的桩顶突然下落,当相邻的桩泵入混合料时,能使先打桩下降的桩顶开始回升,泵入的混合料足够多时,原桩桩顶恢复到原标高。工程中称这种现象叫窜孔,发生的条件一般为:被加固土层中有松散的饱和粉土、粉细砂;钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动;土体受剪切扰动能量的积累,足以使土体发生液化。

大量工程实例证实,在桩距较小,桩的长度大,成桩时间长,成桩时一次移机施打周围桩数量过多时才发生窜孔。鉴于此,常用如下的方法防止窜孔:

1)采取大桩距的设计方案,增大桩距的目的在于减少新打桩机器的剪切扰动,

避免不良影响。

2)改进钻头,提高钻进速度。

3)减少打桩推进排数,如将一次打好几排改为2排或1排,尽快离开已打成的桩,减少对已打桩扰动能量的积累。

4)必要时采用隔桩、隔排跳打方案,但跳打要求及时清除成桩时排出的弃土,

否则会影响施工进度。

3、钻头阀门打不开

施工过程中,发现有时钻孔到预定标高后,泵送混合料提钻时钻头阀门打不开,无法灌注成桩。主要有以下两个原因:

1)钻头构造有缺陷;2)当桩端落在透水性好、水头高的砂土或卵石层中时,阀门外侧除了承受土的侧向压力外,还要承受水的侧压力,阀门内侧的混合料侧压力小于阀门外侧压力,导致阀门打不开。这种情况是实际施工时经常遇到的,为尽量避免这一问题,可采用改进阀门的结构或适当调整桩长使桩端穿过砂土层而进入粘性土层来防控。

4、桩体存气、空心

截桩头时发现个别桩顶部存有空间不大的空心。这一现象主要是打桩过程中排气阀门不能正常工作所导致的,是排气阀被混合料浆液堵塞而不能正常工作,使钻杆内的空气无法及时排出而在桩体存气并形成空洞的,是打桩过程中经常遇到的质量问题,为保证桩体的强度及施工质量,应在施工时经常检查排气阀的工作状态,若发生堵塞必须立即采取相应措施加以清洗。

5、CFG桩桩端承载力不足

实际施工过程中,一些施工单位为便于打开阀门而采取在泵送混合料时提前将钻杆提高,这样就会出现有可能使钻头上的土掉进桩孔或地下水迅速填充该空间,

当泵送混合料时,混合物料不足以将水立即排走,使桩端可能存在浆液与骨料分离现象,从而影响CFG桩桩端承载力的发挥。

实践证明,长螺旋钻管内泵压CFG桩是一种低噪音、无泥浆污染、成孔穿透能力强、施工效率高的施工工艺,目前已成为居民区复合地基施工的首选工艺,被广泛应用于高层结构或超高层结构中。所以重视和研究其质量防控措施就显得尤为重要。