CFG樁長螺旋鉆機(jī)壓灌混凝土入巖質(zhì)量控制要點(diǎn)

王銀娥

(太原市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西太原 030009)

CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁，是由碎石、石屑、粉煤灰摻適量水泥加水拌和制成的高粘結(jié)強(qiáng)度的樁型，其與樁間土一起通過褥墊層形成CFG樁復(fù)合地基。

1 CFG樁長螺旋鉆機(jī)成孔壓灌混凝土成樁工藝的優(yōu)點(diǎn)對比

CFG樁常用的施工方法較多，有長螺旋鉆孔灌注成樁、泥漿護(hù)壁鉆孔灌注成樁、振動沉管成樁、長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土成樁等。

現(xiàn)將幾種成樁工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對比如下:

1)長螺旋鉆孔灌注成樁適用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密實(shí)以上的砂土場地，且對周圍環(huán)境噪聲、泥漿污染要求比較嚴(yán)格的場地;

2)泥漿護(hù)壁鉆孔灌注成樁適用于粘性土、粉土、砂土、碎石及礫石類土和風(fēng)化巖層分布的地基以及對振動噪聲要求嚴(yán)格的場地，鉆孔速度較快，但是泥漿對場地有污染，影響后續(xù)孔的施工，且往往孔底沉渣較大，也會影響成樁質(zhì)量;

3)振動沉管法可用于粘性土、粉土、淤泥質(zhì)土、人工填土及無密實(shí)厚砂層的地質(zhì)條件，是非排土成樁，對地基有一定的擠密作用，且無需清除余土，但是在遇到較堅(jiān)硬土層時成孔困難，且施工噪聲較大;

4)長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料成樁法適用于粘性土、粉土、砂土分布的地質(zhì)條件，能鉆透較硬土層，不受地下水位的影響，但施工時需清除余土且此方法無擠密效果。

由此可見，長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土成樁工藝適用于多種地層，具有較大的發(fā)展前景。但是到目前為止，CFG樁長螺旋鉆機(jī)壓灌混凝土入巖施工工藝在技術(shù)上仍然存在著很多難題。本文就此提出一整套的解決方案，現(xiàn)論述如下。

2 CFG樁長螺旋鉆機(jī)入巖成孔問題

在較堅(jiān)硬的土層和巖層中成孔，是制約CFG樁長螺旋鉆機(jī)壓灌混凝土成樁工藝中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。為解決此問題本文從兩個方面著手:改進(jìn)鉆機(jī)和改進(jìn)施工工藝。

2.1 鉆頭的改進(jìn)

普通鉆頭是針對土層設(shè)計(jì)的，鉆頭底部設(shè)有兩個平面的爪牙，中心設(shè)有閥門，待鉆頭進(jìn)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后提起30 cm～50 cm，反鉆打開閥門以便灌入混凝土，成孔后孔底是一個平面。但是針對巖層而言，普通鉆頭很難鉆進(jìn)，而且對鉆頭的磨損也很嚴(yán)重，為此改用圓錐型鉆頭(見圖1)，上面沿螺旋面按照傅立葉函數(shù)圖形嵌有十幾顆烏鈷合金的牙齒(依據(jù)鉆頭的直徑大小而定)，為均勻受力，主傾角為60°，副傾角為30°，牙齒的軸心間距為15 cm。最底面設(shè)有三個相對的牙齒，其中兩個牙齒中間設(shè)有一個排氣孔，用于鉆進(jìn)過程中進(jìn)風(fēng)冷卻鉆頭。

2.2 鉆桿的改進(jìn)

由于鉆進(jìn)全風(fēng)化巖和強(qiáng)風(fēng)化巖時，鉆桿的扭矩加大，因此需要將鉆桿的管壁加厚，增大鉆桿的扭轉(zhuǎn)剛度。兩個鉆桿的連接處從原先的兩個抗剪滑塊增加到四個，并且加大尺寸;由原先的六個螺栓增加到八個。同時在鉆桿內(nèi)加上一根直徑30 mm的鋼管，一頭和鉆頭的排氣孔相連，另一頭和空壓機(jī)相連，用于空壓機(jī)進(jìn)風(fēng)通道，旨在冷卻鉆頭。

2.3 鉆機(jī)底座的改進(jìn)

普通長螺旋鉆機(jī)是靠四個液壓支腿和下面的船型大腳來行進(jìn)的，行進(jìn)速度慢，對場地的平整度和承載力要求較高，因此施工過程中會遇到很多場地條件的限制影響進(jìn)度，甚至難以進(jìn)行施工。為此，將鉆機(jī)的船型大腳改為履帶(見圖2)，并將機(jī)械傳動改為液壓制動。這樣不僅加快了行進(jìn)的速度，還改進(jìn)了鉆機(jī)的靈敏度和安全性，對平整度差和承載力較小的場地都可以正常施工，并且可以快速準(zhǔn)確的對準(zhǔn)樁位。

圖1 鉆頭

圖2 鉆機(jī)履帶底座

2.4 鉆機(jī)機(jī)架的改進(jìn)

傳統(tǒng)長螺旋鉆機(jī)調(diào)平是靠調(diào)整四個液壓支腿，垂直度調(diào)整精度不高，而且需要反復(fù)調(diào)整，費(fèi)時費(fèi)力。改進(jìn)后的鉆機(jī)在兩個斜撐底部加上兩個電機(jī)(見圖3)，專門用于調(diào)平機(jī)身和垂直度。

圖3 鉆機(jī)機(jī)架

2.5 施工工藝的改進(jìn)

目前較為普及的CFG樁施工工藝為長螺旋成孔管內(nèi)壓灌混凝土，此方法克服了高水位對成樁的影響，但是對于較為堅(jiān)硬的土層和巖層仍然難以成樁。為此在改進(jìn)長螺旋鉆機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)施工工藝，見圖4。

圖4 CFG樁入巖施工工藝流程圖

3 CFG樁長螺旋成孔壓灌混凝土成樁質(zhì)量問題和控制

3.1 堵管的原因

1)混凝土配合比不合理。當(dāng)混凝土中砂率較小或粉煤灰用量較少時，混凝土的和易性不好。坍落度太大，混凝土容易發(fā)生泌水、離析，在泵壓作用下骨料和砂漿分離，摩擦加劇，導(dǎo)致堵管;坍落度太小，混凝土的流動性差，也容易造成堵管。為此，坍落度一般控制在180 mm～220 mm，粉煤灰在70 kg/m3～90 kg/m3。

2)施工操作不當(dāng)。長時間停工不輸送混凝土前，應(yīng)用清水將管道清洗干凈，防止管道內(nèi)殘留的混凝土硬結(jié)，堵塞管道;開工后管道應(yīng)用水泥砂漿濕潤，防止混凝土進(jìn)入干燥的管道后水分流失，坍落度損失較大導(dǎo)致堵管。鉆孔進(jìn)入土層預(yù)定標(biāo)高后，鉆頭提起30 cm～50 cm，待鉆頭上的閥門打開后開始泵送混凝土，管內(nèi)空氣從排氣閥排出，待鉆桿內(nèi)管及輸送軟、硬管內(nèi)混凝土連續(xù)時提鉆。若提鉆時間較晚，在泵送壓力下鉆頭處的水泥漿被擠出，容易造成堵管。

3)設(shè)備缺陷。混凝土輸送管道彎頭曲率半徑不合理也會導(dǎo)致堵管。彎頭與鉆桿不能垂直連接，否則也會造成堵管。為此管道彎曲處多用軟管代替彎頭。

4)冬季施工措施不當(dāng)。冬季施工時混凝土可能會凍結(jié)堵管，因此混凝土需添加防凍劑，其輸送管道也要做好防凍保護(hù)。

3.2 竄孔

竄孔發(fā)生的原因?yàn)?鉆桿在鉆進(jìn)過程中對被加固土層中的松散飽和粉土、粉細(xì)砂產(chǎn)生擾動，使土體發(fā)生液化導(dǎo)致竄孔。

預(yù)防竄孔的措施有:

1)合理調(diào)整鉆頭鉆進(jìn)速度。

2)隔樁、隔排跳打。

3)減少在竄孔區(qū)域打樁推進(jìn)排數(shù)，減少對已打樁的擾動。

3.3 樁頭空芯和樁端不飽滿

混凝土坍落度較小時容易出現(xiàn)該問題，為此，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土坍落度，保證在180 mm～220 mm之內(nèi)，壓灌完混凝土后應(yīng)用振搗棒振搗密實(shí)。

3.4 縮頸、夾泥、斷樁

混凝土和易性較差，提鉆速度與混凝土輸送泵的功率不匹配，都可能會產(chǎn)生縮頸、夾泥和斷樁等問題。因此嚴(yán)格控制混凝土配合比，提鉆速度要和混凝土輸送泵的功率相匹配，保證壓灌時鉆頭始終被包裹在混凝土里面，以便連續(xù)壓灌成樁。

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