CFG樁超灌原因分析及控制措施

劉彥濤

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)部，北京 100040）

1 概述

CFG 樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合組成的高黏結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層共同形成復(fù)合地基。褥墊層越薄，樁分擔(dān)荷載越大，樁間土荷載分擔(dān)比越??；隨著褥墊層厚度的增加，樁承擔(dān)荷載增長趨勢變緩，故為充分發(fā)揮樁的承載作用，合理褥墊層的厚度為20～30 cm［1］。CFG 樁復(fù)合地基技術(shù)是軟土地基處理中一種實用、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性廣的針對大面積軟基處理的有效方法［2］。

近年來，地基處理技術(shù)發(fā)展迅速，越來越多的新地基處理技術(shù)應(yīng)用于建筑工程建設(shè)中。其中，CFG 樁作為一種常用的地基處理技術(shù)，不僅施工效率高、地基處理效果好，并且成本和技術(shù)難度也相對較低［3］。結(jié)合工程地質(zhì)條件，科學(xué)合理地選擇多樁組合型復(fù)合地基處理技術(shù)，不僅能夠滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，而且提高了實際的經(jīng)濟(jì)效益，提升了工程質(zhì)量［4］。

2 CFG樁超灌問題分析及控制措施

2.1 施工實例

北京朝陽站工程行包通道，設(shè)計標(biāo)高為±0.00（相對于絕對高程35.38 m）。CFG 樁樁長7.5 m、樁徑400 mm，樁間距1 800 mm，正方形布置，樁數(shù)707 根，混凝土設(shè)計強(qiáng)度為C20。設(shè)計樁頂標(biāo)高為-9.35 m，樁底標(biāo)高為-16.85 m，灌注標(biāo)高宜高出設(shè)計樁頂標(biāo)高不少于0.5 m。樁頂埋深7 m，開挖后發(fā)現(xiàn)大量CFG 樁超灌2 m以上。

CFG 樁超灌過高，導(dǎo)致土方開挖施工無法正常進(jìn)行，增加大量樁間土開挖施工及二次截樁工程量，并存在挖機(jī)斷樁風(fēng)險，造成經(jīng)濟(jì)損失及質(zhì)量風(fēng)險。

2.2 超灌的主要因素

（1）CFG 樁成樁后未及時清理樁間土，樁間土體過高，在混合料灌注過程中，施工人員無法準(zhǔn)確判斷混合料灌注高度，造成CFG超灌。

（2）CFG 樁灌注混合料時拔管過快。通過查看原始記錄，發(fā)現(xiàn)CFG 樁灌注混合料時，拔管速度超過1.5 m/min 時，混合料泵送量將難以掌握，造成大部分樁超灌嚴(yán)重。而拔管速度小于1.5 m/min 時，混合料泵送量相對可控，超灌量較少。同時因為提鉆太快泵送混凝土跟不上提鉆速度，鉆頭上的泥土落入樁孔內(nèi)，帶來斷樁的質(zhì)量風(fēng)險。

（3）沒有對投料量進(jìn)行精確計算?；旌狭瞎嘧⒌紺FG 樁的樁頂標(biāo)高后，沒有控制結(jié)束的有效措施，樁頂標(biāo)高主要依靠施工人員的經(jīng)驗控制，也沒有對每次泵料量實際測算，造成施工超灌情況嚴(yán)重。

（4）現(xiàn)場作業(yè)人員信息傳遞、指令傳達(dá)緩慢。由于現(xiàn)場施工時存在噪聲，控制標(biāo)高人員與泵送混合料人員之間存在距離，指令發(fā)出與接收時間有誤差。

（5）充盈系數(shù)理論值偏大。造成灌注混合料計劃量偏大。由于操作人員無法準(zhǔn)確預(yù)估CFG 樁實際灌注高度，將計劃混凝土全部灌注進(jìn)樁孔內(nèi)，造成CFG 樁體嚴(yán)重超灌［5］。

（6）鉆桿尺寸偏小。施工人員往往會根據(jù)以往項目的施工經(jīng)驗選擇鉆桿尺寸，鉆桿尺寸會略小于樁徑，但由于不同項目、不同地點，相應(yīng)的地質(zhì)條件存在差異，這種依靠經(jīng)驗的選擇往往存在偏差。實際需要灌注的混合料方量小于設(shè)計值，但現(xiàn)場未進(jìn)行實際的測量分析，仍按理論方量灌注混合料，造成樁體超灌。

（7）不良地質(zhì)條件。CFG 樁施工深度范圍內(nèi)存在砂層，會影響混凝土灌注量的判斷。

（8）操作工人技術(shù)不扎實。理論水平與綜合素質(zhì)較低，導(dǎo)致在施工過程中操作不規(guī)范。

主要針對（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）這6個方面提出相應(yīng)控制措施。

2.3 超灌控制措施

CFG樁超灌控制措施見表1。

表1 CFG樁超灌控制措施

（1）嚴(yán)格控制拔管速度，現(xiàn)場旁站人員嚴(yán)格監(jiān)督，禁止樁基操作人員隨便調(diào)整拔管速度，依據(jù)地質(zhì)資料及設(shè)計圖紙要求，限定拔管速度維持在1.5 m/min。

（2）每個樁基班組配備口哨，在灌注混合料過程中安排專人負(fù)責(zé)控制，當(dāng)灌注到設(shè)計樁頂標(biāo)高時，觀察人員使用口哨向泵機(jī)操作人員發(fā)出停泵信號。確保指令傳遞快速有效。

（3）計算地泵每次泵料方量與混合料表面上升高度之間的關(guān)系，通過現(xiàn)場小型構(gòu)件進(jìn)行地泵單次泵料方量試驗。

經(jīng)過試驗統(tǒng)計2 m3混凝土需泵送35、36、36、37、36 次（共進(jìn)行5 次試驗統(tǒng)計），取平均值36 次。q泵=2÷36=0.055 6 m3。

直徑為400 mm 的CFG 樁每米的混合料用量q 為：q=πr2×1=3.14×0.22×1=0.125 6 m3。

地泵每加壓一次，CFG 樁孔內(nèi)混合料液面上升高度h為：h=0.055 6÷0.125 6÷1.044=0.42 m。

經(jīng)過計算得出地泵每加壓一次，CFG 樁身提高0.42 m。

（4）準(zhǔn)確計算充盈系數(shù)以及充盈系數(shù)控制措施。對前期已經(jīng)施工的樁體進(jìn)行實際分析，通過土體開挖后超灌高度的實際測量，以及施工原始記錄中的灌注方量，計算實際的充盈系數(shù)。

取10 組數(shù)據(jù)，超灌高度分別為：1.8、1.9、1.9、2.0、2.0、2.0、2.1、2.1、2.1、2.2 m。取超灌高度為2.0 m，10根樁平均灌注混合料方量為1.18 m3。

充盈系數(shù)計算：1.18÷〔0.2×0.2×3.14×（7+2）〕=1.044。

①嚴(yán)格控制場地清表高程和平整度，保證清表后高程偏差在±100 mm。

②鉆機(jī)組裝完成，對鉆機(jī)進(jìn)行驗收，檢查鉆桿直度及尺寸，先進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)試驗，驗收合格、運(yùn)轉(zhuǎn)正常方可進(jìn)行正式施工。每個施工區(qū)域開始施工前，精確測量鉆桿實際長度，鉆頭鉆至設(shè)計標(biāo)高時，在動力頭底面相應(yīng)的鉆機(jī)塔身處作醒目標(biāo)記，作為控制樁長的依據(jù)。

③增大施工樁間距，采取隔樁跳打工藝，盡量避免發(fā)生串孔。每一列先施工灰色樁位、后施工紅色樁位，逐列向前推進(jìn)（見圖1）。

圖1 CFG樁位平面布置

④配備專職監(jiān)督人員嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量，對每車混合料進(jìn)行坍落度檢測，數(shù)值控制在180±20 mm，防止發(fā)生堵管等情況，保證混合料灌注一次成樁［6-7］。

⑤避免停機(jī)待料現(xiàn)象，現(xiàn)場混凝土罐車充足，儲備一定數(shù)量的混合料后方可開鉆，確保混凝土在穿過容易串孔土層時的連續(xù)性。

⑥施工過程中，每臺鉆機(jī)安排專職人員24 h 盯控，做好施工原始記錄，載明鉆進(jìn)時間、鉆機(jī)電流值、鉆進(jìn)深度、灌注時間、混合料灌入量、泵料次數(shù)、泵壓等數(shù)據(jù)，出現(xiàn)異常情況及時處理。

⑦對于樁頂標(biāo)高接近地面的CFG 樁體，每個區(qū)域開鉆前先試鉆3 根，詳細(xì)統(tǒng)計混合料使用量和充盈系數(shù)，確定該段混合料指導(dǎo)用量，在泵送混合料時通過控制泵壓和泵送次數(shù)控制混合料用量。

（5）由于地質(zhì)條件不同，成樁尺寸會存在差異。通過對CFG 樁的成樁尺寸測量，選取10 根數(shù)據(jù)如下：382、382、382、383、383、383、383、384、384、385 mm，施工所用鉆桿尺寸為370 mm。通過實測發(fā)現(xiàn)樁徑尺寸普遍偏小，存在質(zhì)量風(fēng)險，通過分析成樁尺寸與鉆桿尺寸之間的差值，得出鉆桿尺寸為385 mm 適合此地質(zhì)條件。施工鉆桿見圖2。

圖2 施工鉆桿

（6）以北京朝陽站綜合運(yùn)輸通道CFG 樁施工為例，樁頂標(biāo)高以下3.5 m處存在砂層，砂層厚度1.2 m，樁體需穿透砂層。地質(zhì)剖面見圖3。CFG 樁外圍設(shè)置有直徑800 mm 人工挖孔樁，挖樁發(fā)現(xiàn)CFG 樁在砂層發(fā)生擴(kuò)徑現(xiàn)象，如設(shè)計半徑200 mm 的CFG 樁，實際單側(cè)半徑達(dá)到1 200 mm，設(shè)計樁間距1.8 m，砂層范圍平均擴(kuò)徑可達(dá)半徑900 mm。砂層擴(kuò)孔示意見圖4。

圖3 地質(zhì)剖面

圖4 砂層擴(kuò)孔示意圖

每米樁長增加混合料用量2.414 4 m3，對混合料用量及樁頂標(biāo)高控制造成很大影響。施工過程中流砂層對混合料灌注量的影響與樁體所在區(qū)域CFG 樁施工順序、單根樁體所處位置都有關(guān)系，只能通過本區(qū)域已經(jīng)施工的CFG 樁實際用量估算，無法準(zhǔn)確計算。樁頂標(biāo)高只能通過灌注過程中加強(qiáng)盯控測量進(jìn)行控制。

2.4 施工效果

通過采取新的施工措施，發(fā)現(xiàn)CFG樁樁頂標(biāo)高控制效果良好。對本工程CFG樁樁頂標(biāo)高進(jìn)行抽查，絕大部分CFG樁樁頂標(biāo)高達(dá)到預(yù)期效果，杜絕了嚴(yán)重超灌現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

通過北京朝陽站工程CFG 樁復(fù)合地基施工情況分析，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)格控制拔管速度、采取有效的信息傳遞方式，并進(jìn)行準(zhǔn)確的理論計算，以及通過試驗樁準(zhǔn)確計算充盈系數(shù)，能很好地控制CFG 樁超灌現(xiàn)象，同時減輕斷樁風(fēng)險。在經(jīng)濟(jì)上還可以減少浪費，節(jié)約材料用量，大大減少樁間土施工工程量及施工時間，可為其他類似工程施工起到一定的借鑒作用。