CFG樁長螺旋鉆機壓灌混凝土入巖施工工藝和質量控制重點

王宇紅

【摘要】隨著CFG樁施工工藝的發展，長螺旋鉆機成孔壓灌混凝土成樁以其適應性強、成樁速度快、樁身質量高等優點，應用實例越來越多，但是要求也越來越高。本文就CFG樁長螺旋鉆機成孔壓灌混凝土成樁，穿透較堅硬土層和巖層問題提出一系列的解決措施。

【關鍵詞】CFG樁；長螺旋；入巖

0引言

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，制成的高粘結強度的樁型，其與樁間土一起通過褥墊層形成CFG樁復合地基。

1 CFG樁長螺旋鉆機成孔壓灌混凝土成樁工藝的優點對比

CFG樁常用的施工方法較多，有長螺旋鉆孔灌注成樁、泥漿護壁鉆孔灌注成樁、振動沉管成樁、長螺旋鉆孔管內泵壓混凝土成樁等。現將幾種成樁工藝的優缺點對比如下：

1.1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、中等密實以上的砂土場地，且對周圍環境要求噪音、泥漿污染比較嚴格的場地；

1.2泥漿護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化巖層分布的地基以及對振動噪音要求嚴格的場地，鉆孔速度較快，但是泥漿對場地有污染，影響后續孔的施工，且往往孔底沉渣較大，也會影響成樁質量；

1.3振動沉管法可用于粘性土、粉土、淤泥質土、人工填土及無密實厚砂層的地質條件，是非排土成樁，對地基有一定的擠密作用，且無需清除余土，但是在遇到較堅硬土層時成孔困難，且施工噪音較大；

1.4長螺旋鉆孔管內泵壓混合料成樁法適用于粘性土、粉土、砂土分布的地質條件，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泵壓混凝土成樁工藝適用于多種地層，具有較大的發展前景。但是到目前為止，CFG樁長螺旋鉆機壓灌混凝土入巖施工工藝在技術上仍然存在著很多難題。本文就此提出一整套的解決方案，現論述如下：

2 CFG樁長螺旋鉆機入巖成孔問題

在較堅硬的土層和巖層中成孔，是制約CFG樁長螺旋鉆機壓灌混凝土成樁工藝中至關重要的一個環節。為解決此問題本文從兩個方面著手：改進鉆機和改進施工工藝。

圖1鉆頭

2.1鉆頭的改進

普通鉆頭是針對土層設計的，鉆頭底部設有兩個平面的爪牙，中心設有閥門，待鉆頭進到設計標高后提起30～50cm，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，而且對鉆頭的磨損也很嚴重，為此改用圓錐型鉆頭（如圖1），上面沿螺旋面按照傅立葉函數圖形嵌有十幾顆烏鈷合金的牙齒（依據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15cm。最底面設有三個相對的牙齒，其中兩個牙齒中間設有一個排氣孔，用于鉆進過程中進風冷卻鉆頭。

2.2鉆桿的改進

由于鉆進全風化巖和強風化巖時，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。同時在鉆桿內加上一根直徑30mm的鋼管，一頭和鉆頭的排氣孔相連，另一頭和空壓機相連，用于空壓機進風通道，旨在冷卻鉆頭。

2.3鉆機底座的改進

普通長螺旋鉆機是靠四個液壓支腿和下面的船型大腳來行進的，行進速度慢，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度，甚至難以進行施工。為此，將鉆機的船型大腳改為履帶（如圖2），并將機械傳動改為液壓制動。這樣不僅加快了行進的速度，還改進了鉆機的靈敏度和安全性，對平整度差和承載力較小的場地都可以正常施工，并且可以快速準確的對準樁位。

圖2鉆機履帶底座

2.4鉆機機架的改進

傳統長螺旋鉆機調平是靠調整四個液壓支腿，垂直度調整精度不高，而且需要反復調整費時費力。改進后的鉆機在兩個斜撐底部加上兩個電機（如圖3），專門用于調平機身和垂直度。

圖3鉆機機架

2.5施工工藝的改進

目前較為普及的CFG樁施工工藝為長螺旋成孔管內壓灌混凝土，此方法克服了高水位對成樁的影響，但是對于較為堅硬的土層和巖層仍然難以成樁。為此在改進長螺旋鉆機的基礎上，進一步改進施工工藝，將施工流程改為：

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量問題和控制措施

3.1堵管原因

3.1.1混凝土配合比不合理

當混凝土中沙率較小或粉煤灰用量較少時，混凝土的和易性不好。塌落度太大，混凝土容易發生沁水、離析，在泵壓作用下骨料和砂漿分離，摩擦加劇，導致堵管；塌落度太小，混凝土的流動性差，也容易造成堵管。為此，塌落度一般控制在180mm～220mm，粉煤灰在70～90kg/m3。

3.1.2施工操作不當

長時間停工不輸送混凝土前，應用清水將管道清洗干凈，防止管道內殘留的混凝土硬結，堵塞管道；開工后管道應用水泥砂漿濕潤，防止混凝土進入干燥的管道后水分流失，塌落度損失較大導致堵管。鉆孔進入土層預定標高后，鉆頭提起30-50cm，待鉆頭上的閥門打開后開始泵送混凝土，管內空氣從排氣閥排出，待鉆桿內管及輸送軟、硬管內混凝土連續時提鉆。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。

3.1.3設備缺陷

混凝土輸送管道彎頭曲率半徑不合理也會導致堵管。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。

3.1.4冬季施工措施不當

冬季施工時混凝土可能會凍結堵管，因此混凝土需添加防凍劑，其輸送管道也要做好防凍保護。

3.2竄孔

竄孔發生的原因為：鉆桿在鉆進過程中對被加固土層中的松散飽和粉土、粉細沙產生擾動，使土體發生液化導致竄孔。預防竄孔的措施有：

⑴合理調整鉆頭鉆進速度；

⑵隔樁、隔排跳打；

⑶減少在竄孔區域打樁推進排數，減少對已打樁的擾動。

3.3樁頭空芯和樁端不飽滿

混凝土塌落度較小時容易出現該問題，為此，施工中應嚴格控制混凝土塌落度，保證在180mm～220mm之內，壓灌完混凝土后應用振搗棒振搗密實。

3.4縮頸、夾泥、斷樁

混凝土和易性較差，提鉆速度應與混凝土輸送泵的功率不匹配，都可能會產生縮頸、夾泥和斷樁等問題。因此嚴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，以便連續壓灌成樁。

4結語

由于 CFG 樁樁體材料可以摻入工業廢料粉煤灰、不配筋以及充分發揮樁間土的承載能力，其受力和變形類似于素混凝土樁，具有地基承載力高、變形小、穩定快、施工簡單易行、工程質量易保證等優點，工程造價一般為樁基的 1/3 ～1/2，經濟效益和社會效益非常顯著。

參考文獻：

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[2]周平，CFG樁施工技術與工程應用，公路與汽車.

[3]幸燁，長螺旋壓灌成樁工藝的CFG樁施工技術，山西水利，2005（3）.