CFG樁處理鐵路軟弱地基施工技術(shù)分析

張鐵

（中鐵十五局集團(tuán)，河南 洛陽(yáng) 471013）

1 概述

大同至西安鐵路客運(yùn)專線站前工程Ⅴ標(biāo)段位于晉中市平遙縣、介休市、靈石縣境內(nèi)，線路北起平遙東站，向南跨越在建汾平高速，設(shè)介休東站，出站后線路跨越大運(yùn)高速公路，設(shè)靈石東站，進(jìn)入清阡洼隧道群，標(biāo)段全長(zhǎng)49.582km。路基16.203Km，占線路總長(zhǎng)度的32.87%，其中區(qū)間路基11.915km、站場(chǎng)路基4.384km，最大路基填高11.5m，區(qū)間路基土石方718m3，其中挖方630萬(wàn)m3填方88萬(wàn)m3，填方為改良土、AB組填料和級(jí)配碎石。本段設(shè)計(jì)為軟土路基，長(zhǎng)度405m，采用CFG樁進(jìn)行加固，樁徑西50m，樁長(zhǎng)8.5～17.5m，樁身為C15混凝土，樁尖為C35鋼筋混凝土。

2 CFG 樁的作用機(jī)理和特點(diǎn)

CFG樁是水泥、粉煤灰、碎石樁的的簡(jiǎn)稱，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏結(jié)強(qiáng)度樁，樁和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。CFG樁復(fù)合地基通過(guò)褥墊層與基礎(chǔ)相連，無(wú)論樁端落在一般土層，還是堅(jiān)硬土層，均可保證樁間土始終參與工作。由于樁體的強(qiáng)度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應(yīng)力比樁問(wèn)土表面應(yīng)力大。樁可將承受的荷載向較深的土層傳遞并相應(yīng)減少了樁間土承擔(dān)的荷載。這樣，由于樁的作用使復(fù)合地基承載力提高，變形小。CFG樁既不配筋，又利用工業(yè)廢料——粉煤灰，與其他種類的樁比，可降低造價(jià)1/4～1/2，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

3 CFG樁施工

3.1 工作墊層

工作墊層的材料采用C組以上填料，其粒徑不大于30mm，以免在沉樁過(guò)程中發(fā)生擠壓造成偏樁或引起管樁斷裂。

3.2 分區(qū)與編號(hào)

為使軟基加固施工均衡有序進(jìn)行，首先應(yīng)對(duì)軟基加固區(qū)進(jìn)行分區(qū)。并對(duì)每一根樁進(jìn)行編號(hào)，以便于施工過(guò)程的統(tǒng)一管理。

3.3 橋涵構(gòu)筑物結(jié)合部軟基施工

為避免橋涵基礎(chǔ)施工擾動(dòng)造成橋涵兩側(cè)已施打樁體的傾斜與破壞，在施工順序上應(yīng)先安排橋涵基礎(chǔ)的施工，待其承臺(tái)竣工后方可進(jìn)行橋涵兩側(cè)加固樁的施打。同樣為避免地面隆起引起橋涵基礎(chǔ)的破壞，橋涵側(cè)的加固樁應(yīng)從橋涵由里向外推進(jìn)施工。

3.4 樁頂標(biāo)高的確定

樁頂標(biāo)高由一個(gè)區(qū)段的CFG樁全部施工完畢后根據(jù)現(xiàn)有工作墊層的平均標(biāo)高、橋涵等構(gòu)筑物重新分批確定，同一批CFG樁的樁頂標(biāo)高應(yīng)一致，不宜形成橫坡或縱坡。

3.5 振動(dòng)沉管樁機(jī)施工CFG樁

3.5.1 測(cè)量定位

由測(cè)量人員用測(cè)量?jī)x器在鋪好的工作墊層上放出CFG樁邊線、兩側(cè)路肩邊線及線路中線，用石灰打出網(wǎng)格并由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行復(fù)核。

3.5.2 樁機(jī)安裝就位

采用YZ160型靜壓振動(dòng)沉管樁機(jī)，在組裝完畢就位后，應(yīng)使樁機(jī)保持水平、穩(wěn)固，調(diào)整沉管與地面垂直，確保垂直偏差不大于1%。

3.5.3 樁尖的預(yù)制與埋設(shè)

由于樁尖外形特殊，采用鋼模結(jié)合地模進(jìn)行預(yù)制。樁尖的錐體部分埋人地模，柱體部分外露采用鋼模，避免樁尖脫膜時(shí)地模受到破壞。為提高樁尖預(yù)制進(jìn)度，一般要在樁尖混凝土內(nèi)摻人早強(qiáng)劑。當(dāng)樁尖達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可用小型挖掘機(jī)配合人工按放樣位置進(jìn)行埋設(shè)。樁尖應(yīng)埋人地表下300mm左右，平面位置偏差控制在50mm之內(nèi)。

3.5.4 成孔

①啟動(dòng)馬達(dá)靜力沉管，沉管速度先快后慢，到第一持力層當(dāng)出現(xiàn)靜力“抬架”時(shí)，開(kāi)啟振動(dòng)錘振動(dòng)沉管。持力層不到2m，很快穿透，然后關(guān)閉振動(dòng)錘。②再次靜力沉管，當(dāng)出現(xiàn)“第二次”靜力“抬架”，進(jìn)人持力層后，啟動(dòng)振動(dòng)錘振動(dòng)沉管，直至“抬架”靜止沒(méi)有下沉。③當(dāng)沉管至設(shè)計(jì)標(biāo)高并確保沉管進(jìn)人持力層不小于2m時(shí)，方可終孔，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，比設(shè)計(jì)深度深6.8m左右(設(shè)計(jì)深度11.5～12m，實(shí)際深度為18.35m)。

3.5.5 混凝土的材料、配比要求

①水泥采用32.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，水泥進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)有出廠合格證并有現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證抽驗(yàn)報(bào)告。②采用細(xì)度不大于25%的Ⅱ級(jí)或Ⅱ級(jí)以上的粉煤灰，必須有合格證并有現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證試驗(yàn)報(bào)告。粉煤灰應(yīng)具有一定的抗腐蝕能力。③碎石粒徑采用20～40mm級(jí)配，含泥量不大于3%且符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JGJ53(普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》的規(guī)定。④石屑粒徑2.5～20mm，含泥量不大于5% ，細(xì)度模數(shù)符合中砂要求。當(dāng)石屑缺少時(shí)，可采用中砂或粗砂代替。⑤為控制成樁后樁頂浮漿厚度不超過(guò)200mm，混凝土的坍落度應(yīng)控制在30～50m之內(nèi)。⑥混凝土配合比(質(zhì)量比，kg/m)為水泥：石屑：碎石：粉煤灰：水：260：540：1200：120：190。

3.5.6 投料

在沉管到持力層“抬架”靜止后，為防止回彈，盡快用料斗進(jìn)行空中投料，混凝土必須連續(xù)灌注，直到管內(nèi)混合料面與鋼管口平齊。如上料量不夠，須在拔管過(guò)程中補(bǔ)充投料，以保證成樁樁頂標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度計(jì)算出每根樁的灌注數(shù)量，保證其充盈系數(shù)為1.2。

3.5.7 拔管

樁機(jī)留振10s后邊振動(dòng)邊拔管，在拔管過(guò)程中勻速提升，提升速度控制在0.8～1.0 m/min。在拔管過(guò)程中不允許反插，補(bǔ)充混凝土通過(guò)沉管進(jìn)行灌注，以保證成樁質(zhì)量和樁長(zhǎng)，投料后留振8s。

3.5.8 成樁

沉管拔離地面50cm后(防止移動(dòng)樁機(jī)時(shí)碰斷樁)，浮漿頂面應(yīng)高出地面60mm，測(cè)量上浮漿厚度，清除上浮漿，測(cè)量樁徑。成樁后為防止斷樁，在樁頂插入10鋼筋，全部沒(méi)人樁內(nèi)，間距、數(shù)量和長(zhǎng)度按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置。

3.5.9 保護(hù)樁長(zhǎng)

保護(hù)樁長(zhǎng)是指成樁時(shí)預(yù)先設(shè)定加長(zhǎng)的一段樁(一般取50～70mm)，擴(kuò)大樁頭施工時(shí)將其剔掉，以確保頂部樁體質(zhì)量。

3.6 施工中常見(jiàn)問(wèn)題、原因及預(yù)防措施

3.6.1 工作墊層與軟土的軟硬交接處發(fā)生淺層斷樁

①原因：1)工作墊層擠土效應(yīng)；2)地面隆起；3)拔管速度過(guò)快。②預(yù)防措施：1)采取連打跳排的施打順序，施打新樁與已打且已硬結(jié)的鄰樁的間隔時(shí)間不小于7d，必要時(shí)可加人早強(qiáng)劑；2)避免施工擾動(dòng)和擠壓造成的斷樁；3)采取從中間向四周推進(jìn)的施打順序；4)拔管速度控制在0.8～1.0m/min。

3.6.2 混凝土離析

①原因：1)混合料攪拌時(shí)間不夠；2)投料不連續(xù)，間隔時(shí)間長(zhǎng)。②預(yù)防措施：1)每盤(pán)混合料的攪拌時(shí)間應(yīng)不小于1min；2)在沉管至設(shè)計(jì)標(biāo)高后應(yīng)盡快連續(xù)投料，直至滿足樁頂預(yù)定標(biāo)高。

3.6.3 樁頂下3.5m范圍產(chǎn)生樁體縮徑原因：1)混凝土自身壓力不足；2)混凝土下坐引起；3)連續(xù)施打造成的擠壓縮頸。

3.6.4 樁頭松散

①原因：投料不足。②預(yù)防措施：根據(jù)充盈系數(shù)進(jìn)行投料控制，如上料量不夠，須在拔管過(guò)程中進(jìn)行空中補(bǔ)充投料。

4 結(jié)束語(yǔ)

①通過(guò)以上的施工工藝和過(guò)程控制，經(jīng)過(guò)自檢和第三方的檢測(cè)結(jié)果顯示，CFG樁小應(yīng)變和單樁承載力均滿足設(shè)計(jì)圖紙和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要求。

②由于CFG樁樁體材料摻人工業(yè)廢料粉煤灰、不配筋以及充分發(fā)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(wěn)定快、施工簡(jiǎn)單易行、工程質(zhì)量易保證等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著，可廣泛應(yīng)用于軟基的處理。

[1]中國(guó)交通建設(shè)監(jiān)理協(xié)會(huì).交通建設(shè)監(jiān)理法律法規(guī)文件匯編[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn).JTG F80／l-2004.