論CFG 樁加固高速路橋軟弱地基的技術(shù)

高 毅

[中路黃河（山西）交通科技集團(tuán)有限公司,山西 太原 030000]

0 引言

我國(guó)部分地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，存在軟弱地基、地下水位高、地震活動(dòng)頻繁等不利因素，給高速公路橋梁的建設(shè)、維護(hù)帶來巨大挑戰(zhàn)。需采用有效加固技術(shù)提高地基的承載力，保證高速公路橋梁結(jié)構(gòu)安全[1]。CFG樁是一種新型地基加固技術(shù)，由水泥、粉煤灰和水按一定比例混合而成的樁基機(jī)構(gòu)，通過專用打樁機(jī)械打入地基中形成樁體，與周圍土體形成有效的復(fù)合地基，具有成本低、施工快等優(yōu)點(diǎn)，已在我國(guó)高速公路橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用[2]。該文旨在探討CFG 樁加固高速公路橋梁軟弱地基的技術(shù)，為今后類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

1 CFG 樁加固地基的機(jī)理

1.1 CFG 樁的加固和作用機(jī)理

（1）置換作用：CFG 樁在地基中形成的樁體，可以置換掉部分軟弱土層，減少地基的總體變形量，提高地基的整體剛度。

（2）褥墊層作用：CFG 樁的頂部鋪設(shè)一層褥墊層，可以將上部結(jié)構(gòu)的荷載均勻地傳遞給樁體和樁間土，避免局部荷載集中，降低樁頂?shù)膽?yīng)力水平[3]。

（3）擠壓密實(shí)作用：CFG 樁在地基中的沉管和拔管過程，可以對(duì)周圍的砂土和粉土產(chǎn)生擠壓作用，使其密實(shí)度增加，承載力提高，沉降減小。

1.2 CFG 樁的樁體、樁間土和褥墊層的具體作用

（1）錨固作用：通過樁體與地基土的摩擦力、黏結(jié)力抵抗上部結(jié)構(gòu)的水平力，提高橋梁穩(wěn)定性。

（2）隔水作用：通過樁體的密實(shí)性，阻止地下水的上升，降低地基的含水率，減少地基軟化。

（3）樁間土作用：樁間土與樁體相互作用形成整體，共同承受上部結(jié)構(gòu)的荷載，提高地基整體承載力。

（4）緩沖作用：樁間土的變形可緩解樁體的應(yīng)力集中，減少樁體破壞。

（5）褥墊層作用：CFG 樁的褥墊層是指樁頂部鋪設(shè)的一層厚度一般為0.5 m 左右的碎石或碎磚等材料，可以起到調(diào)整均化作用，即通過褥墊層的厚度、密實(shí)度的調(diào)整，使上部結(jié)構(gòu)荷載分布更加均勻，避免局部荷載集中。褥墊層的硬度、韌性可保護(hù)樁頂不受上部結(jié)構(gòu)沖擊[4]，延長(zhǎng)樁頂使用壽命。褥墊層的土工格柵或鋼筋網(wǎng)等材料可用于連接樁體和上部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)樁體、上部結(jié)構(gòu)的整體性。

2 CFG 樁施工流程和施工技術(shù)

2.1 施工流程

CFG 樁施工主要流程：①場(chǎng)地平整：清理平整施工場(chǎng)，為后續(xù)施工提供良好的條件；②放樣定位：施工前根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙定位CFG 樁的樁位、樁號(hào)；③埋樁頭：施工前將鋼管一端埋入地面，作為CFG 樁樁頭[5]；④鉆機(jī)就位：將鉆機(jī)移動(dòng)到指定樁位，與鋼管連接；⑤振動(dòng)沉管：使用鉆機(jī)振動(dòng)功能將鋼管沉入地下形成樁孔；⑥投料拔管：用泵送機(jī)械將混合料從鋼管的上端輸送到鋼管下端，同時(shí)用鉆機(jī)將鋼管從樁孔中提出，形成CFG 樁；⑦移機(jī)：將鉆機(jī)從一個(gè)樁位移動(dòng)到另一個(gè)樁位，進(jìn)行下一根CFG樁的成孔和成樁；⑧砍樁頭：使用切割機(jī)切除樁頭部分，使樁頂與地面平齊；⑨接擴(kuò)頭樁：成樁過程中用鋼筋、混凝土連接樁頂與擴(kuò)頭樁樁底，形成CFG 樁復(fù)合基礎(chǔ)；⑩鋪設(shè)褥墊層：成樁過程中，用砂石或碎石鋪設(shè)一層褥墊層[6]。CFG 樁施工工藝流程見圖1。

圖1 CFG 樁施工工藝流程

2.2 施工技術(shù)

CFG 樁的成孔技術(shù)：①需使用成孔設(shè)備，如鉆機(jī)等進(jìn)行成孔作業(yè)，成孔后灌注混合料形成樁體；②為保證樁體的質(zhì)量，需使用全站儀等儀器測(cè)定樁體位置，采用間斷跳打方法，避免樁體縮徑或擠壓[7]；③CFG 樁加固范圍需包括所有的軟弱地基，以提高地基承載力及抗變形能力。CFG 樁的成孔施工工藝流程見圖2。

CFG 樁的成樁技術(shù)：①使用輸送泵、混凝土攪拌機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行成樁施工；②清理樁底雜物的同時(shí)配制混合料，按照規(guī)定的壓力、速度將混合料灌入樁孔中形成樁體；③嚴(yán)格控制配料及灌注過程，保證成樁質(zhì)量[8]。CFG 樁的成樁施工工藝流程見圖3。

圖3 CFG 樁的成樁施工工藝流程

3 CFG 樁質(zhì)量控制要點(diǎn)

CFG 樁的質(zhì)量控制要點(diǎn)主要包括CFG 樁的質(zhì)量要求及施工階段的質(zhì)量控制。

3.1 CFG 樁的質(zhì)量要求

CFG 樁的主要質(zhì)量要求如下：

（1）按照設(shè)計(jì)要求控制樁距誤差≤100 mm，以保證樁體、樁間土的有效配合。

（2）垂直度偏差≤1%，保證樁體受力均勻穩(wěn)定。（3）樁徑根據(jù)土層情況、荷載要求確定，誤差≤5%。

（4）CFG 樁長(zhǎng)根據(jù)地基層的深度、承載力確定，誤差≤10%，樁身強(qiáng)度≥20 MPa，樁頂高需超出設(shè)計(jì)標(biāo)高50 cm，保證樁體穿透能力及錨固效果[9]。

3.2 CFG 樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

CFG 樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)如下：

（1）施工前，進(jìn)行成樁工藝性試驗(yàn)，確定技術(shù)參數(shù)和工藝方法。試驗(yàn)中要記錄電流、壓力、速度等數(shù)據(jù)，作為后續(xù)施工的依據(jù)和參考。

（2）施工時(shí)，根據(jù)土層性質(zhì)和樁距選擇合理的樁位施工順序。對(duì)于軟弱地基，采用隔樁跳打方式，避免樁間相互影響；對(duì)于滿堂布樁，需按照一定規(guī)律進(jìn)行對(duì)稱施工，保證樁基均勻穩(wěn)定。

（3）施工后，做好沉管記錄，反映土層變化和樁體質(zhì)量。每沉管1 m 記錄一次電流數(shù)據(jù)，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，檢查樁體的密實(shí)度、完整度，驗(yàn)證工程地質(zhì)勘察資料的準(zhǔn)確性。

（4）基于沉管記錄調(diào)整樁長(zhǎng)及樁機(jī)抬架位置，保證樁長(zhǎng)準(zhǔn)確、樁機(jī)適應(yīng)。根據(jù)沉管深度、設(shè)計(jì)深度的差值調(diào)整樁長(zhǎng)；根據(jù)沉管阻力、樁機(jī)性能的匹配調(diào)整樁機(jī)抬架位置。

（5）控制拔管速度，保證混合料充分灌注。拔管速度一般控制在0.6～0.8 m/min，避免混合料的分離、凝結(jié)，造成樁體空洞、裂縫，同時(shí)防止混合料溢出，造成樁體過度灌注，樁頂超高。

（6）檢測(cè)混合料用量保證混合料的強(qiáng)度及穩(wěn)定性。按照樁孔的容積、混合料密度計(jì)算用量，進(jìn)行試塊試驗(yàn)，避免影響樁體質(zhì)量[10]。

（7）測(cè)定樁頂標(biāo)高，樁頂標(biāo)高一般比設(shè)計(jì)標(biāo)高高0.5 m 左右，避免樁頂暴露或破壞，避免樁頂被埋沒或污染。

（8）鑿除樁頭，保證樁頂?shù)钠秸鍧崱Ｓ缅N子、鋼筋剪等工具沿樁頂?shù)耐馊?，自上而下，自外而?nèi)，逐層逐圈鑿除，直到樁頂與設(shè)計(jì)標(biāo)高相符或略低于設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（9）鋪設(shè)褥墊層，保證褥墊層的厚度、密實(shí)度符合要求。用鏟車或人工，將碎石或碎磚等材料分層鋪筑在樁頂上，每層厚度約0.1 m，用碾壓機(jī)進(jìn)行碾壓，鋪設(shè)褥墊層的上下層應(yīng)用土工格柵進(jìn)行搭接，保證褥墊層的連接及整體性。

（10）控制CFG 樁垂直度，保證CFG 樁的受力均勻穩(wěn)定。用垂球或水準(zhǔn)儀等儀器進(jìn)行檢測(cè)，保證CFG樁的垂直度誤差不超過1%，避免CFG 樁的偏斜。控制CFG 樁的垂直度的時(shí)機(jī)是在成孔、成樁階段，成孔、成樁過程中需及時(shí)檢測(cè)調(diào)整CFG 樁的垂直度。

4 CFG 樁常見問題出現(xiàn)的原因及解決措施

4.1 樁體斷樁的原因和預(yù)防措施

CFG 樁斷樁會(huì)影響樁基的承載力，其主要原因包括：①配合比不佳，樁體強(qiáng)度減弱；②攪拌不充分，樁體內(nèi)部應(yīng)力增大；③保溫不到位，影響混合料的流動(dòng)性、穩(wěn)定性，樁體的收縮、開裂增多；④拔管速度過快，樁體的空洞裂縫增加，易斷樁。

斷樁的預(yù)防措施包括：①控制好配合比，按照設(shè)計(jì)要求和施工條件制成均勻的混合料，進(jìn)行試塊試驗(yàn)，保證混合料的質(zhì)量和數(shù)量；②加強(qiáng)攪拌，使用專用的攪拌機(jī)，將水泥、粉煤灰和水充分?jǐn)嚢璩删鶆虻幕旌狭?，避免分離和凝結(jié)；③做好保溫，使用保溫罐或保溫車，將混合料從攪拌站輸送到打樁機(jī)，保持溫度在15 ℃以上；④控制好拔管速度，使用專用打樁機(jī)，按照規(guī)定的速度，將鋼管從樁孔中提出，保證灌注和充填度，避免裂縫。

4.2 混凝土泵送管堵管的原因和預(yù)防措施

造成混凝土泵送管堵管的原因包括：①氣候環(huán)境驟變，影響混合料的溫度及流動(dòng)性，導(dǎo)致混合料的凝結(jié)硬化；②工序銜接不合理，混合料坍落度變化，導(dǎo)致堵管；③混合料運(yùn)送不及時(shí)，泵送不連續(xù)，導(dǎo)致堵管；④泵送機(jī)械檢修不及時(shí)，影響泵送機(jī)械作業(yè)時(shí)突發(fā)故障，導(dǎo)致堵管。

堵管的解決措施主要包括：①降低泵管溫度，采用灑水降溫措施，保持混合料的溫度穩(wěn)定；②坍落度變化明顯的混合料需重新運(yùn)送到攪拌站進(jìn)行重新攪拌，恢復(fù)混合料的流動(dòng)性、穩(wěn)定性；③加快混合料運(yùn)送速度，使用專用保溫運(yùn)輸設(shè)備，加快混合料運(yùn)送，減少混合料停留時(shí)間，保持混合料的溫度及流動(dòng)性；④及時(shí)檢修泵送機(jī)械，定期或不定期進(jìn)行清洗、潤(rùn)滑、維護(hù)等工作，保證泵送機(jī)械的性能正常；⑤固定人員，有效通信，確定好各工序的負(fù)責(zé)人、操作人員，使用通信工具及時(shí)溝通協(xié)調(diào)，保證工序銜接順暢。

4.3 CFG 樁樁體承載力不足的原因和預(yù)防措施

樁體承載力不足會(huì)影響CFG 樁的安全性，甚至導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)失效。

樁體承載力不足的原因：①樁體未穿透地基或置于夾層上，導(dǎo)致樁體承載力不足；②樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)不合理，未根據(jù)地基層的深度、承載力及上部結(jié)構(gòu)荷載要求合理確定樁長(zhǎng)，導(dǎo)致樁體承載力不足。

樁體承載力不足的解決措施如下：①施工前仔細(xì)核查地質(zhì)情況，確保施工時(shí)樁體能夠深入地層；②如發(fā)現(xiàn)樁體、樁長(zhǎng)等設(shè)計(jì)不合理，施工方需及時(shí)向設(shè)計(jì)方反應(yīng)，提出變更要求，設(shè)計(jì)方需結(jié)合實(shí)況及變更要求及時(shí)變更設(shè)計(jì)；③必要時(shí)可重新沉管或增加樁長(zhǎng)，保證樁體的穿透能力、錨固效果，提高樁體承載力，或增加樁徑、樁密度，保證樁體剛度，提高樁體承載力。

5 CFG 樁加固處理建議

為保證CFG 樁加固處理的質(zhì)量和效果可采取以下措施：

（1）做好土質(zhì)勘察，獲取地基的實(shí)際情況和土質(zhì)特性，確定CFG 樁的設(shè)計(jì)參數(shù)，以及選擇合適的成孔及成樁技術(shù)。

（2）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，調(diào)整優(yōu)化CFG 樁的設(shè)計(jì)方案，適應(yīng)地基的變化和需求，提高CFG 樁承載力、穩(wěn)定性，降低CFG 樁的成本和時(shí)間。

（3）嚴(yán)格遵守規(guī)范，采用合理的施工方法和操作技巧，進(jìn)行CFG 樁的成孔、成樁、質(zhì)量控制等工序，保證CFG 樁的施工質(zhì)量及效率，保證CFG 樁安全可靠，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題。

（4）加強(qiáng)監(jiān)督管理，CFG 樁加固處理中加強(qiáng)對(duì)CFG 樁施工過程、施工結(jié)果的有效監(jiān)管。采用合適的檢測(cè)方法，儀器檢測(cè)評(píng)價(jià)CFG 樁的承載力、完整性和強(qiáng)度等指標(biāo)，保證CFG 樁的檢測(cè)質(zhì)量及施工精度，提供CFG樁的施工記錄日志，保證CFG 樁質(zhì)量符合要求。

6 結(jié)論

綜上所述，CFG 樁復(fù)合基礎(chǔ)的應(yīng)用對(duì)于保證高速路橋工程質(zhì)量及施工安全意義重大。CFG 樁施工時(shí)，需按照設(shè)計(jì)要求、施工條件進(jìn)行成樁工藝性試驗(yàn)，驗(yàn)證CFG樁的施工可行性，確定CFG 樁施工參數(shù)，為后續(xù)施工提供依據(jù)；做好沉管記錄、拔管速度、混合料量、樁頂標(biāo)高、樁頭鑿除、褥墊層鋪設(shè)、CFG 樁垂直度等方面的質(zhì)量控制，保證混合料充分灌注及樁孔充填度，避免樁體出現(xiàn)空洞、裂縫，防治斷樁變形，從而保證CFG 樁施工質(zhì)量。