分析CFG樁試樁在高鐵路基施工中的應用

王曉軍

摘 要：近年來，隨著我國經(jīng)濟和高速鐵路的發(fā)展，CFG樁以其自身變形小、造價低、施工簡單便捷、適用范圍廣等優(yōu)點被廣泛應用于高鐵路基工程建設當中。本文以合福閩贛項目高鐵工程建設為依托，對CFG樁在高鐵路基施工中的具體應用進行淺談、分析。

關鍵詞：CFG樁 試樁 高鐵 路基施工 應用

中圖分類號：U23 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0063-04

1 CFG樁概述

所謂的CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，它主要是由粉煤灰、碎石以及石屑和一定量的水泥加水拌合成混合料，然后用螺旋鉆管內(nèi)泵壓施工制成的粘結(jié)強度較高的樁基。

CFG樁借助自身粘結(jié)性、樁周摩擦力、樁端承載力、樁間土水平承載力形成復合剛性地基共同受力，具有沉降小、穩(wěn)定快等特點，適用于飽和及非飽和粘性土、松散砂土、粉土的加固，而且還能用于擠密效果較差的土體。

目前，CFG樁在我國大量高鐵工程建設施工中應用，應用實踐說明，CFG樁容易在承載力和施工工藝方面出現(xiàn)問題。因此，在施工應用方面，研究分析CFG樁試樁是十分必要的。

2 CFG樁試樁在高鐵路基施工中的應用

2.1 工程概況

合福鐵路客運專線閩贛選擇DK372 +123～DK372+238段路基中的3根CFG樁作為試樁。本地段路基CFG樁按照正方形布局，樁徑0.5 m，樁間距1.8 m，樁長2.47～16.66 m，樁身混合料強度設計等級為C20，加固深度穿透軟弱土層。

本地段CFG樁樁位分布及試樁的位置如圖1。

2.2 試樁目的

通過CFG樁試樁施工，對CFG樁樁身質(zhì)量和單樁豎向承載力進行檢測，如達到設計要求，方可進行CFG樁大面積施工。

通過CFG樁試樁施工，進行成樁工藝試驗，以復核地質(zhì)資料以及設備、工藝，施打順序是否適宜，確定混合料配合比、坍落度、攪拌時間、拔管速度、每延米混合料用量、充盈系數(shù)等各項工藝參數(shù)。

2.3 試樁內(nèi)容

（1）試樁現(xiàn)場地質(zhì)勘察。了解土層的分布情況以及各個土層的力學性能，為持力層的選擇和復合地基承載力與沉降分析提供依據(jù)。

（2）成樁工藝試驗。檢驗施工設備以及施工工藝的適用性；獲取混凝土泵送速度，鉆桿提升速度，混凝土坍落度、保水性以及不同深度、土層的施工電流等數(shù)據(jù)，為施工工藝的合理選擇提供依據(jù)；積累現(xiàn)場施工組織與管理經(jīng)驗，磨合施工隊伍與施工機械設備。

（3）樁身質(zhì)量檢測。進行樁身完整性檢測，樁身混合料強度檢測，為優(yōu)化施工參數(shù)和混凝土配合比提供依據(jù)。

（4）單樁承載力檢測。驗算樁側(cè)摩阻力、樁端阻力，了解樁的承載性能，為持力層的合理選擇提供依據(jù)。

2.4 施工方法及工藝

2.4.1 設計及現(xiàn)場勘察

（1）CFG樁采用正方形布置，加固深度穿透軟弱土層，達到無壓縮層以下0.5 m，樁徑0.5 m，樁頂鋪設兩層一次性拉伸單向聚丙烯土工格柵，其極限抗拉強度不小于260 kN/m。

（2）現(xiàn)場水文及物理地質(zhì)：地下水主要為基巖裂隙水，不發(fā)育，環(huán)境水無化學及氯鹽侵蝕性；地震動峰值加速度<0.05 g；動反應譜特征周期為0.35 s。

（3）CFG樁單樁（不含樁間土）豎向承載力特征值及樁身28 d立方體抗壓強度fcu檢測標準值，見表1。

2.4.2 施工準備

（1）測量準備：施工前測量精確，根據(jù)樁位平面圖放出樁位，樁位中心點用釬子插入地下，并用白灰明示。

（2）技術(shù)準備：根據(jù)設計文件要繪制樁位平面布置圖，制定合理的施工工藝，選定合理的施工機械，配備足夠人員如表2。

（3）選用的水泥、粉煤灰、碎石、砂、水等原材料應符合設計要求，并按相關規(guī)程進行檢驗（每立方米材料用量：水泥202 kg、粉煤灰87 kg、砂833 kg、碎石1060 kg、水165 kg、外加劑3.18 kg）。

（4）現(xiàn)場準備：CFG樁施工前，平整場地、分層回填C組細粒土至樁頂標高，再鋪設0.5 m的工作墊層，方可打樁。

2.4.3 工藝流程

長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁工藝流程如圖2。

2.4.4 施工方法

CFG樁施打方法：采用跳樁法施工，避免造成相鄰樁斷樁，同時避免串孔現(xiàn)象出現(xiàn)。

（1）布置樁點：場地清理整平，按樁點設計布置圖放樣布點。

（2）鉆機就位：移動鉆機就位，用塔機塔身的前后和左右的垂直標桿檢查塔身導桿，校正位置，使鉆桿垂直對準樁位中心。

（3）混合料攪拌：按試驗配合比進行配料并攪拌混合料。每盤料攪拌時間不小于120 s。混合料坍落度控制在160～180 mm，成樁后樁頂浮漿厚度不宜超過200 mm。

（4）鉆進成孔：關閉鉆頭閥門，移動鉆桿至鉆頭觸及地面，啟動馬達先慢后快鉆進，減少鉆桿搖晃，檢查鉆孔的偏差。在成孔過程中，發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時，可放慢進尺，避免導致樁孔偏斜、移位，甚至使鉆桿、鉆具損壞。當鉆頭到達設計樁長預定標高時，在動力頭底面停留位置相應的鉆機塔身處作醒目標記，作為施工時控制孔深的依據(jù)。當動力頭底面達到標記處樁長即滿足設計要求。施工時還需考慮施工工作面的標高差異，作相應增減。

（5）灌注及拔管：灌注前試驗人員對拌和料進行檢查，如坍落度檢測，制作150×150×150 mm規(guī)格28 d抗壓強度試塊。成孔到達設計樁底（穿透無壓縮層以下0.5 m）停止鉆進。泵送混合料，當鉆桿芯充滿混合料后開始拔管，不可先拔管后泵料?；旌狭系谋盟土颗c拔管速度相匹配，拔管速度控制在2～3 m/min。施工樁頂標高宜高于設計標高50 cm。灌注成樁后，樁頭進行保護。

（6）移機：一根樁施工完畢后，鉆機移位，進行下一根樁施工。

（7）棄土處理：CFG樁施工時，必須進行清表，表土直接運往棄土場。樁體施工完成2～3 h后，挖除打樁棄土，棄土運往棄土場棄置。

2.4.5 施工質(zhì)量控制

（1）原材料進場要驗證產(chǎn)品質(zhì)量證明文件，并進行抽樣，合格后方可使用。

（2）鉆進過程中，每鉆進1 m核對地基土層沿樁長變化情況。

（3）混合料灌注過程中應保持混合料面始終高于鉆頭面，鉆頭低于混合料面15～25 cm。

（4）混合料施工時施工樁頂標高宜高出設計標高不少于0.5 m，CFG樁達到設計強度后，樁頭0.5 m范圍應截除。

鑿樁頭方法：先采用小型機具配合人工進行清理樁間土，然后采用切割機對樁體鋼筋外層混合料進行切割，清土和截樁時不得造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁間土、不應損壞樁體，影響樁的完整性。

（5）每根樁的投料不少于設計澆筑量。

（6）CFG樁樁位、垂直度、有效直徑允許偏差要求如表3。

2.4.6 施工注意事項

（1）施工中保證排氣閥正常工作，施工中要求每工班經(jīng)常檢查排氣閥，防止排氣閥被水泥漿堵塞。

（2）樁機移機至下一樁位施工時，應根據(jù)軸線或周圍樁的位置對需施工的樁位進行復核，保證樁位準確。

（3）鉆桿應采用靜止提拔，施工中應嚴格控制鉆桿提拔速度和混凝土泵的泵送量，并保證連續(xù)提拔，施工中嚴禁出現(xiàn)超速提拔。

（4）長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料成樁施工在鉆至設計深度后，應準確掌握提拔鉆桿時間，混合料泵送量應同拔管速度相配合，以保證管內(nèi)有一定高度的混合料，遇到飽和砂土或飽和粉土層，不得停泵待料。

3 試樁檢驗

3.1 檢驗內(nèi)容

（1）進行單樁低應變動力檢測，確定樁的完整性。

（2）靜荷載試驗，確定樁的單樁承載力。

3.2 檢驗方法

（1）靜荷載試驗。

現(xiàn)場單樁載荷試驗采用慢速維持荷載法，現(xiàn)場單樁豎向承載力試驗按承載力設計值2倍加載，承壓板為1.5 m×1.5 m鋼質(zhì)方板，如圖3。采用堆載、液壓油泵加載、百分表量測。根據(jù)量測結(jié)果做Q-S曲線、s-lgt曲線、單樁承載力特征值對應沉降分布圖，判斷單樁承載力特征值及沉降是否達到設計要求。

（2）低應變反射波法檢測。

反射波法是以一維波動方程為理論基礎的樁基檢測方法，波在樁體傳播過程中遇到樁身內(nèi)存在的明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁、離析、夾泥等），或樁身截面變化（如縮頸、擴頸），將產(chǎn)生反射波，如圖4。樁頂?shù)募铀俣葌鞲衅鹘邮諄碜詷渡聿煌课坏姆瓷湫盘枺ㄟ^濾波及分析處理后，得到速度時程曲線，即可計算平均波速。根據(jù)被測波型、波速、結(jié)合工程地質(zhì)及施工記錄，就能綜合判斷樁身的完整程度。根據(jù)測試數(shù)據(jù)、圖形，判斷樁是否完整、屬于幾類樁。

4 試樁檢測分析判定

4.1 承載力分析判定

（1）根據(jù)沉降隨荷載變化的特征確定：對于陡降型Q- s曲線，取其發(fā)生明顯陡降的起始點對應的荷載值。

（2）根據(jù)沉降隨時間變化的特征確定：取s-lg t曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級荷載值。

（3）出現(xiàn)終止加載條件中第2款情況，取前一級荷載值。

（4）對于緩變型Q- s曲線可根據(jù)沉降量確定，宜取S=40 mm對應的荷載值；當樁長大于40 m時，宜考慮樁身彈性壓縮量；對直徑大于或等于800 mm的樁，可取S=0.05D（D為樁端直徑）對應的荷載值。

（5）當按上述四款判定樁的豎向抗壓承載力未達到極限時，樁的豎向抗壓極限承載力應取最大試驗荷載值。

4.2 檢測分析成果

（1）試驗數(shù)據(jù)及繪制的Q-S及S-lgt曲線（如圖5）。

（2）單樁承載力靜載試驗分析結(jié)果如表4。

5 CFG樁試樁結(jié)論及體會

合福鐵路客運專線閩贛DK372+123- DK372+238段路基中作為試樁的3根CFG樁加載均達到預期最大試驗荷載值，終止加載。試驗加載到452 kN時，沉降量分別為5.16 mm、3.29 mm、5.29 mm；試驗加載到904 kN時，總沉降量分別為19.72 mm、17.53 mm、22.88 mm，且Q～s曲線平緩，無明顯陡降段，因此作為試樁的3根基樁單樁承載力特征值均≥452 kN，均滿足設計要求。

通過CFG樁試樁在高鐵路基施工中的應用，通過CFG樁樁身質(zhì)量和單樁豎向承載力檢測，進一步說明了分析CFG樁試樁是十分必要的，復核了設計地質(zhì)資料，確定了設備、施作方法、混合料配合比、坍落度、攪拌時間、拔管速度、每延米混合料用量、充盈系數(shù)等各項工藝參數(shù)，對于類似的CFG樁施工應用具有重大的指導意義。

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