一种CFG桩的施工方法与流程

本发明涉及cfg桩技术领域，特别涉及一种cfg桩的施工方法。

背景技术：

cfg桩即水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水搅和，用各种钻孔机械先造孔，然后灌注混凝土成桩。cfg桩桩径一般为350-600mm，桩中心间距为桩直径的3~5倍。

根据地质不同，cfg桩主要有四种施工工艺，分别是长螺旋钻孔灌注成桩，泥浆护壁钻孔灌注成桩，长螺旋钻孔、管内泵压混凝土成桩，以及沉管灌注成桩。其中长螺旋钻孔、管内泵压混凝土成桩的方法适用于粘性土、粉土、砂土等地基，该方法噪音小、不产生泥浆污染，在城市建设中是最常用的施工方法。

为保证成桩质量，建筑施工规范要求灌注桩身混凝土时，施工桩顶标高需高出设计桩顶标高不小于0.5m，形成超灌桩头，待桩体强度上升后，切除超灌桩头部分，进行下一步施工。

如图1所示，cfg桩长螺旋钻孔、管内泵压混凝土成桩施工工艺主要步骤为:基坑开挖——坑底钻孔灌桩——等待混凝土强度上升——桩基检测——褥垫层施工。

cfg桩的桩基检测一般包括单桩承载力试验、复合地基承载力试验和低应变检测。《建筑基桩检测技术规范》中规定，当采用低应变法检测时，受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15mpa；承载力试验前须有一定的休止时间供混凝土强度上升，休止时间根据土类的不同而变化，一般砂土的休止时间为7天，粉土为10天，粘性土为15~25天。

总之，用此种工艺施工，在cfg桩基混凝土灌注完成后、桩基检测前需要等待约两周时间，施工周期长。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种cfg桩的施工方法，将桩基检测前需等待的混凝土强度上升时间与基坑开挖的时间重叠，从而大幅缩短工期。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种cfg桩的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤1、平整场地：清除地表耕植土、障碍物；

步骤2、测量放线：根据坐标放出每根桩的具体位置并做好标记；

步骤3、桩机就位：使长螺旋钻机的钻杆垂直对准桩位中心；

步骤4、钻孔：启动电机钻孔，钻至设计标高后停机待料；

步骤5、泵送混凝土、拔杆：混凝土用地泵泵送至长螺旋钻机进料口，进入钻杆内。当钻杆内部充满混凝土后，开始拔杆，拔杆过程中，钻杆内要一直有一定高度的混凝土；

步骤6、停止泵料：当钻杆拔至设计桩顶标高以上0.5m后，停止混凝土泵入；

步骤7、继续拔杆：继续拔杆，使钻杆内剩余混凝土流入桩孔内，灌注完成后，钻杆拨出至孔外；

步骤8、钻机移位：钻机移至下一根桩进行施工；

步骤9、基坑开挖：基坑开挖至坑底设计标高以上0.5m处；

步骤10、清除桩间土：人工配合机械开挖桩间土，严禁超挖；

步骤11、切除桩头；

步骤12、桩基检测：混凝土强度和休止时间满足规范要求后，对cfg桩进行承载力试验和低应变检测；

步骤13、褥垫层施工：桩基检测合格后，进行褥垫层施工。

通过采用上述技术方案，将现有技术的先“基坑开挖”然后“坑底钻孔灌桩”，改为先“地面钻孔灌桩”然后“基坑开挖”，使得“等待混凝土强度上升”的时间与“基坑开挖”时间重叠，节约了原先等待混凝土强度上升所需的约两周时间，从而大幅缩短工期。

作为优选地，在钻杆的侧壁上设置可流出混凝土浆液的观察孔，通过观察孔控制停止混凝土泵入的时间，步骤如下：

步骤4钻孔前，计算h并在杆壁开孔：计算公式为：h=（s+n）*r²/r²，式中h是超灌桩头所需混凝土在钻杆内的高度，s是超灌桩头的长度，且0.5m≤s≤1.2m，n是不小于0的任意数，n的取值可满足h≥地面标高至设计桩顶标高的高差h,r是桩孔的半径，r是钻机钻杆的内径；

增设观察孔情况下，步骤6为：混凝土灌至设计桩顶标高时暂停拔杆；继续往钻杆内泵入混凝土，当观察孔流出混凝土时，停止混凝土泵入。

通过采用上述技术方案，工人可直接判断停止泵料的时间，使超灌桩头长度统一为s，不仅节约了混凝土，而且超灌桩头长度统一更方便基坑开挖，进一步提高了整体施工效率。

作为优选地，观察孔开设在两层螺旋叶片中间靠近上层螺旋叶片位置。

通过采用上述技术方案，在观察孔离地面较高的情况下，工人视线也不易被位于观察孔下面的螺旋叶片遮挡，能近距离看到观察孔，及时了解到混凝土浆液从孔口流出情况，做出停止混凝土泵入的指令。

作为优选地，前2~7根桩施工完成后即时测量桩孔内施工桩顶标高是否满足超灌桩头长度s≥0.5m。

通过采用上述技术方案，引入验证手段，排除了因地质原因，桩孔实际孔径与设计孔径偏差太大而造成超灌桩头长度无法≥0.5m，提高了施工桩长的质量控制。若超灌桩头长度s≥0.5m，则满足规范要求，若s<0.5m，需停止施工、分析原因，调大h值使超灌桩头长度满足规范要求。

作为优选地，步骤7中继续拔杆分两个阶段，第一阶段使钻杆内混凝土流入桩孔内，形成超灌的桩头，此过程中钻杆拨出速度控制在2~4m/min；第二阶段是灌注完成后，此过程钻杆按3~6m/min速度拨出。

通过采用上述技术方案，使钻杆内剩余混凝土在灌入桩孔内时，钻杆底部不会与已施工混凝土面分离，不容易出现断桩现象，提高了成桩质量。

作为优选地，在一个工地的cfg桩全部施工完成后，将观察孔用大小相适配的铁块进行堵塞，并焊接牢固。

通过采用上述技术方案，可以减小下一个工地施工时，观察孔对钻机钻杆刚度的影响，延长了钻杆的使用寿命。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、cfg桩从地面施工，将桩基检测前需等待的混凝土强度上升时间与基坑开挖的时间重叠，从而大幅缩短施工工期；

2、该方法可有效控制超灌桩头的长度，以减少混凝土的浪费和因超灌桩头长短不一对基坑开挖效率的影响；

3、cfg桩从地面施工，可以省去坑底施工cfg桩，在钻机进场前对坑底工作面的回填处理，进一步节约工期。

附图说明

图1是现在施工工艺的坑底钻孔灌桩示意图；

图2是一种cfg桩的施工方法准备工作示意图；

图3是一种cfg桩的施工方法钻孔完成状态示意图；

图4是一种cfg桩的施工方法桩内混凝土灌注至桩顶设计标高以上0.5m时的状态示意图；

图5是一种cfg桩的施工方法cfg桩全部灌注完成状态示意图；

图6是一种cfg桩的施工方法桩基试验状态示意图；

图7是一种cfg桩的施工方法褥垫层施工完成状态示意图；

图8是实施例二施工方法准备工作示意图；

图9是桩内混凝土灌注至桩顶设计标高时的状态示意图；

图10是实施例二中停止泵料时的状态示意图；

图11是实施例三中，h<h情况下，拔杆暂停时状态示意图；

图12是实施例四验证施工桩顶标高操作示意图。

图中，11、原地面标高；12、基坑底标高；13、设计桩顶标高；14、施工桩顶标高；15、设计桩底标高；16、孔口标高；2、长螺旋钻机；21、立架；22、钻杆；23、钻杆底；24、电机顶面；25、进料口；26、螺旋叶片；3、桩孔；4、基坑；5、基准标记；6、停止供料标记；7、钻孔完成标记；8、暂停拔杆标记；9、观察孔；10、褥垫层；h、地面至设计桩顶标高的高差；h、观察孔距钻杆底的高差；a、停止供料标记与基准标记的距离；b、钻孔完成标记与基准标记的距离；c、暂停拔杆标记与基准标记的距离；s、超灌桩头的长度。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例一：

一种cfg桩的施工方法，包括以下施工步骤。

步骤1、平整场地：清除地表耕植土、障碍物；

步骤2、测量放线：根据坐标放出每根桩的具体位置并做好标记；

步骤3、桩机就位：使长螺旋钻机2的钻杆22垂直对准桩位中心，钻孔控制，采用在钻架上挂垂球的方法测量该孔的垂直度，也可采用钻机自带的垂直度调整器，确保钻杆垂直度偏差符合工艺要求；

步骤4、钻孔：

如图2所示，钻孔前在立架21上做好停止泵料标记6和钻孔完成标记7，先将电机顶面24水平引至立架21上做基准标记5；在基准标记5以下a距离处做停止泵料标记6；在基准标记5以下b距离处做钻孔完成标记7；a=原地面标高11-设计桩顶标高13-0.5m，b=原地面标高11-设计桩底标高15；

如图3所示，启动电机钻入，当电机顶面24与立架21上的钻孔完成标记7位于同一水平时，代表已钻至设计标高，此时停机待料；

步骤5、泵送混凝土、拔杆：混凝土由拌和站集中加工，罐车运送至现场，然后采用地泵泵送至钻机进料口25，进入钻杆22内。当钻杆22内部充满混凝土后，开始拔杆，拔杆速度应按均匀线速度控制，如遇淤泥或淤泥质土，拔杆速度可适当放慢，整个拔杆过程中泵送应连续进行不得停泵待料，虽不要求钻杆22一直充满混凝土，但要保证钻杆22内一直有一定高度的混凝土，避免因钻杆22内空料而使钻杆底23与桩孔3内混凝土顶面分离，造成断桩现象；

步骤6、停止泵料：如图4所示，当电机顶面24与停止供料标记6位于同一水平时，即代表混凝土已灌至设计桩顶标高13以上0.5m，此时停止混凝土泵入；

步骤7、继续拔杆：继续拔杆，使钻杆22内剩余混凝土流入桩孔内，形成超灌的桩头，钻杆拨出速度控制在2~4m/min；灌注完成后，钻杆可快速拨出；

步骤8、钻机移位：钻机移至下一根桩进行施工，同时将已经施工完成的桩基上部桩孔用土填满，避免工人不慎落入，如图5所示，逐根施工至cfg桩全部完成；

步骤9、基坑开挖：用挖机铲车等开挖机械进行基坑开挖，开挖至接近施工桩顶标高14时，应注意避免损伤桩体；

步骤10、清除桩间土：人工配合机械开挖桩间土，严禁超挖，开挖过程中不得损伤桩体；

步骤11、切除桩头；

步骤12、桩基检测：如图6所示，休止时间满足规范要求且通过标养试块抗压强度试验判断cfg桩混凝土强度达到70%后，对cfg桩进行复核地基平板静载荷试验和低应变桩身完整性检测；

步骤13、褥垫层施工：如图11所示，桩基检测合格后，进行褥垫层10的施工。

实施例二：

与实施例一不同之处在于，通过在钻杆22上开设观察孔9，以控制停止泵料时间，使超灌桩头长度统一为s。观察孔9开设在两层螺旋叶片26中间靠近上层螺旋叶片位置（参考图10）。

步骤如下：

在步骤4钻孔前，计算h、杆壁开孔：如图8所示，计算超灌桩头所需混凝土在钻杆22内的高度h，并在钻杆底部23以上h位置钻杆侧壁上开设可流出混凝土浆液的观察孔9。计算公式如下：h=（s+n）*r²/r²,式中s是超灌桩头的长度，且0.5m≤s≤1.2m，s的具体数值在钻孔开始前确定；n是≥0的任意数，n的取值可满足h≥地面标高11至设计桩顶标高13的高差h；r为桩孔4的半径；r为钻机钻杆22的内径。一般情况下取n=0。

例如n=0,s=0.5m，桩孔4的半径r=0.2m，钻杆内径r=0.08m，则钻杆内混凝土高度h=0.5*0.2²/0.08²=3.125m。在钻杆22上距杆底3.125m处开设观察孔9。

又如n=0,s=1.2m，桩孔4的半径r=0.2m，钻杆内径r=0.08m，则钻杆内混凝土高度h=1.2*0.2²/0.08²=7.5m。在钻杆22上距杆底7.5m处开设观察孔9。

在步骤4钻孔前，做暂停拔杆标记：如图8所示，钻孔前在基准标记6以下c距离处做暂停拔杆标记8,c=原地面标高11-设计桩顶标高13+n。

增设观察孔（9）情况下，步骤6为：暂停拔杆：如图9所示，当电机顶面24与暂停拔杆标记8位于同一水平时，即代表混凝土已灌至设计桩顶标高13，此时暂停拔杆。

停止泵料：如图10所示，继续往钻杆22内泵入混凝土，当观察孔9流出混凝土时，代表钻杆22内混凝土高度已达h，此时停止混凝土泵入。

后续施工同实施例一中步骤7~步骤13。

实施例三：

与实施例二不同之处在于，如图11所示，如果计算出的h<h，在暂停拔杆时，观察孔9仍位于地面11以下，工人无法进行观察。此种情况下，n需取正数，为了计算方便，最好取整数，且n的取值只要能满足h>h即可，不必取太大。较佳地n可以等于1或2。现以n=1为例作说明：

假设h=8m，s=1m，孔桩4半径r为0.2m，钻杆内径r为0.08m，计算得h=（1+1）*0.2²/0.08²=12.5m，h(12.5m)>h(8m)，按h=12.5m在钻杆22上设置观察孔9，则观察孔9可漏出地面4.5m，工人可以观察到混凝土从孔中流出。

同时，因为c=原地面标高11-设计桩顶标高13+n，所以暂停拔杆标记8位置要下降n=1米。

实施例四：

与实施例一不同之处在于，当前2~7根桩施工完成后即时用探测孔内施工桩顶标高14，验证超灌桩头长度s是否≥0.5m。如图12所示，具体操作如下：

1、将准备好的探绳一端绑扎在吊锤上，将吊锤伸入桩孔3内；

2、吊锤接触孔内混凝土面时，在探绳的孔口位置做好标记；

3、拔出探绳，用尺子测量出探绳伸入孔内的长度l；

4、用孔口标高16减去探绳伸入孔内的长度l，得出施工桩顶标高14；

5、施工桩顶标高14减去设计桩顶标高，得出实际超灌桩头长度s,若s≥0.5m，则满足规范要求，若s<0.5m，需停止施工、分析原因，调大h值使超灌桩头长度满足规范要求。

实施例五：

与实施例一不同之处在于，观察孔9在一个工地的cfg桩全部施工完成后，用大小相适配的铁块进行堵塞，并焊接牢固，以减小其它工点施工时，观察孔9对钻机钻杆22刚度的影响。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。