鐵路路基工程中CFG 樁施工及質(zhì)量控制

任 強(qiáng)

（河南科技大學(xué)土木工程學(xué)院， 河南 洛陽 471000）

1 工程概況

玉磨鐵路里程段D1K498+583.2～D1K498+750 地質(zhì)情況第一層為粉質(zhì)黏土（軟塑），第二層為細(xì)圓礫土。表層粉質(zhì)黏土（軟塑）承載力不合格，厚度為3.0～3.8m，不滿足填筑要求，地基采用CFG 樁處理。樁徑為50cm，按照正方形布置間距為1.8m，樁長3.8～5.0m，樁頂上部按設(shè)計(jì)要求設(shè)鋼筋混凝土樁帽，上部鋪設(shè)20cm 碎石+土工格柵+20cm 碎石+土工格柵+20cm碎石。為了后期CFG 樁大面積施工，提前選擇6 根樁進(jìn)行試樁。本文旨在通過試樁施工，對(duì)施工工藝進(jìn)行總結(jié)，便于后期大面積施工；以及對(duì)全部樁體施工中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析提出解決措施。

2 CFG 樁的概念

水泥粉煤灰碎石樁主要由水泥、粉煤灰、碎石、砂、拌和用水等按照設(shè)計(jì)比和相關(guān)規(guī)范要求制成，簡稱就是CFG 樁。CFG 樁通過與樁間土及上部褥墊層組合成復(fù)合地基結(jié)構(gòu)，該技術(shù)起因于碎石樁加固技術(shù)，在其基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展形成。其充分利用粉煤灰這種工業(yè)廢料代替部分水泥材料，在降低施工成本的同時(shí)有助于樁體后期結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的增加[1]。

3 施工工藝

（1）場地平整、測量放線：先進(jìn)行場地平整，再使用全站儀測放出設(shè)計(jì)邊界、每根CFG 樁位置，用竹簽進(jìn)行標(biāo)示。

（2）鉆機(jī)就位：根據(jù)竹簽位置來給鉆機(jī)定位，達(dá)到既保證鉆機(jī)水平，又要保證鉆桿垂直，且其垂直度控制在1.0%以內(nèi)，鉆頭中心的允許偏差小于5cm。

（3）鉆進(jìn)成孔：長螺旋鉆機(jī)工作時(shí)必須保證先慢后快，根據(jù)方案速度擬定為每分鐘1～1.2m。邊施工邊記錄，成孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度或超過設(shè)計(jì)深度，保證鉆入持力層滿足要求。

（4）達(dá)到設(shè)計(jì)深度且核定無誤后，應(yīng)終止鉆進(jìn)，做灌注準(zhǔn)備，將混凝土輸送軟管兩端分別接至鉆桿頂部接口和混凝土輸送泵接口處。使用普通混凝土灌注方法時(shí)，由壓力輸送泵按要求壓力將混凝土通過輸送管、鉆桿中心管孔壓灌，避免了提桿后灌注步驟[2]。提桿速率擬定每分鐘1.5～1.8m，及時(shí)、準(zhǔn)確做好記錄。灌注高度必須過樁頂?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)高50cm 以上。灌注過程中，混凝土試塊應(yīng)抽樣制作，每臺(tái)機(jī)械每天至少做一組（3 塊），試塊的尺寸為150mm×150mm×150mm，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

（5）移機(jī)前使用全站儀再次核查下一根樁位。同時(shí)檢查鉆桿和鉆頭，有必要時(shí)在移機(jī)后進(jìn)行清洗。

（6）每根CFG 樁灌注完成后，拔出鉆桿，同時(shí)用全站儀檢查樁頂標(biāo)高是否高出50cm，滿足后用濕黏性土或者粒狀材料進(jìn)行封頂。

（7）CFG 樁在完成7 天后就可以鑿除多余樁頭，需要用全站儀確定設(shè)計(jì)的樁頂標(biāo)高，劃出設(shè)計(jì)位置。

（8）制作樁帽：待樁基檢測合格后，可繼續(xù)進(jìn)行樁帽施工，尺寸厚度35cm、長100cm、寬100cm。

（9）施工墊層：樁頂進(jìn)行樁帽施工后，樁帽頂鋪設(shè)20cm 碎石+土工格柵+20cm 碎石+土工格柵+20cm 碎石。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 復(fù)合地基承載力特征值的確定

4.1.1 分析方法應(yīng)符合的規(guī)定

p-s 曲線如果是平緩光滑的曲線，可以用相對(duì)變形值，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）以黏性土為主進(jìn)行CFG 樁加固的地基，這時(shí)候可取為0.01 時(shí)對(duì)應(yīng)的值；

（2）承壓板的大小如果大于2m，則b 按2m 計(jì)；

（3）使用相對(duì)變形值來確定的承載力特征值，不能大于最大加載壓力的50%[3]。

其中：s 為承壓板的沉降量；為承壓板寬度。

4.1.2 復(fù)合地基承載力特征值的確定

CFG 樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)PS 曲線圖見圖1。

圖1 CFG 樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)p-s 曲線圖

在p-s 圖中，沉降曲線是平緩的光滑曲線。CFG 樁處于地基主要是黏性土， =0.01，承壓板邊長 為3.6m 大于2m 按2m 計(jì)，=0.01×2000mm=20mm。2#、4#、6#樁在最大440kPa 的壓力下，總沉降量均未達(dá)到20mm，值取440kPa。又由于不能大于最大加載壓力的一半，所以2#、4#、6#樁承載力特征值可取220kPa，符合設(shè)計(jì)要求的不小于220kPa。

4.2 單樁承載力

4.2.1 分析方法應(yīng)符合的規(guī)定

（1）Q-s 曲線如果屬于陡降型，對(duì)應(yīng)的荷載值為發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)；

（2）如果超過24h 達(dá)不到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，取前一級(jí)的荷載值；

（3）針對(duì)于Q-s 曲線是緩變型的，用總沉降量（）達(dá)到40mm 所對(duì)應(yīng)的值；

（4）以上方法都不合適的，直接取最大值;

（5）單樁承載力特征值的大小應(yīng)為以上方法確定的50%[4]。

4.2.2 單樁承載力確定

CFG 樁地基單樁靜載荷試驗(yàn)p-s 曲線圖見圖2。單樁靜載試驗(yàn)p-s 圖中，最大加載800kN 后，樁頂總沉降量小于20mm。根據(jù)以上分析方法確定2#、4#、6#的值應(yīng)該是800kN，所以單樁的豎向抗壓承載力特征值取其50%應(yīng)該是400kN，符合設(shè)計(jì)不小于400kN 的要求。

圖2 CFG 樁地基單樁靜載荷試驗(yàn)p-s 曲線圖

5 工藝總結(jié)

5.1 施工工藝驗(yàn)證

（1）驗(yàn)證了選用施工設(shè)備、施工工藝的正確性、合適性。驗(yàn)證了長螺旋鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：成樁速度快、質(zhì)量比較好。

（2）驗(yàn)證了混凝土原材料和配合比的正確性、可用性。

5.2 試驗(yàn)總結(jié)

通過6 根CFG 樁的試驗(yàn)，我們總結(jié)出以下數(shù)據(jù)：

（1）長螺旋鉆機(jī)成孔速率保持在每分鐘1～1.2m；灌注和拔管合適速率為每分鐘1.5～1.8m，同時(shí)要保證連續(xù)均勻；

（2）本次施工的配合比為：砂∶碎石∶水泥∶外加劑∶粉煤灰=984∶984∶210∶2.9∶80；

（3）出廠坍落度控制在160～200mm 之間；

（4）當(dāng)鉆機(jī)鉆桿出現(xiàn)抖動(dòng)和鉆機(jī)電流表讀數(shù)從110A 左右增至180A左右時(shí)判定鉆進(jìn)至持力層。

本次施工試驗(yàn)證明了：施工準(zhǔn)備、施工工藝以及施工組織具有可靠性、可行性、合理性，而且為后期大面積施工提供了非常有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)參數(shù)。

6 CFG樁常見問題研究及解決方法

6.1 導(dǎo)管堵塞

產(chǎn)生原因：（1）混合料配合比沒有選擇好、不合適；（2）混合料攪拌不夠好；（3）設(shè)備存在缺陷。

解決方法：（1）原材料、混凝土的配合比、坍落度都要符合要求；（2）灌注管道要避免過大彎折、過大變徑，每次拆卸導(dǎo)管后及時(shí)清洗干凈；（3）加緊現(xiàn)場要協(xié)調(diào)、管控，保證前后工作配合緊密。

6.2 偏樁

產(chǎn)生原因：場地不平、樁機(jī)對(duì)位不認(rèn)真、地質(zhì)情況使鉆桿跑偏。

解決方法：（1）施工前整平場地，平整壓實(shí)；（2）鉆機(jī)下桿時(shí)，認(rèn)真仔細(xì)核查垂直、水平，嚴(yán)格控制誤差。

6.3 斷樁、夾層

產(chǎn)生原因：①提鉆太快會(huì)導(dǎo)致鉆頭上的泥塊會(huì)大量落入孔內(nèi)，或是使用大型機(jī)械施工造成淺層斷樁；②斷樁如果發(fā)生在設(shè)計(jì)標(biāo)高以下，必須補(bǔ)救；③距樁頭較近處如果有斷裂面，可接樁并達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高；④若是斷樁位置很深，只在旁邊補(bǔ)加一根。

解決方法：（1）保持混凝土連續(xù)灌注；（2）灌注過程中嚴(yán)格控制提速，如因意外原因造成停滯時(shí)間大于初凝時(shí)間時(shí)，應(yīng)重新成孔灌樁；（3）用小挖機(jī)配合人工清理樁間土，禁止用大型機(jī)械。

6.4 樁身砼收縮

產(chǎn)生原因：樁身回縮是通病，可通過外加劑和超灌進(jìn)行解決。

解決方法：（1）灌入時(shí)保證樁頂超設(shè)計(jì)50cm 以上，孔口要時(shí)刻注意防止混入土渣；（2）減水劑選用效果好的。

6.5 樁頭質(zhì)量問題

產(chǎn)生原因：（1）為了使閥門打開方便，先提鉆后泵料致樁端不夠飽滿；（2）排氣閥不正常工作致樁頭空芯。

解決方法：（1）先泵料后提鉆，防止樁口處有土渣掉入混凝土；（2）鉆桿頂端氣閥保證開啟自如；（3）應(yīng)超灌排除浮漿后再成樁。

6.6 單樁承載力低

產(chǎn)生原因：與樁底地質(zhì)情況有關(guān)，樁底不是持力層、承載力不足，沒有鉆到到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。

解決方法：（1）注意測量樁長，保證鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高及以下；（2）灌注混凝土?xí)r，先泵送混凝土滿后提鉆，才能保證樁底有好的嵌固；（3）黏土層中加快速度鉆孔，可有效避免。

6.7 串孔

產(chǎn)生原因：（1）土層中含有大量的松散飽和粉土、粉細(xì)砂；（2）鉆進(jìn)過程中葉片具有剪切作用，土體受剪切擾動(dòng)，積累大量能量，促使使土體發(fā)生液化。

解決方法：（1）采取跳打、隔排跳打的方法，無法進(jìn)行跳打時(shí)，采取前一根樁灌注混凝土產(chǎn)生一定強(qiáng)度時(shí)，再進(jìn)行附近樁施工[5]；（2）上報(bào)設(shè)計(jì)院，增大樁距，有效減輕打樁的剪切擾動(dòng)；（3）在串孔區(qū)域要減少打樁推進(jìn)的排數(shù)，可減少對(duì)擾動(dòng)能量的積累；（4）合理提高鉆進(jìn)速度也起到作用。

7 結(jié)束語

CFG 樁對(duì)軟基加固處理效果明顯，滿足了路基對(duì)地基穩(wěn)定的要求。但施工工藝也是比較繁雜，施工中容易出現(xiàn)很多質(zhì)量問題。在施工中必須加強(qiáng)施工管理，提前采取防控措施保證CFG 樁的質(zhì)量，從而保證鐵路路基的安全。本文也為相似工程CFG 樁的施工提供了借鑒。