CFG樁在軟土地基深層處治中的應(yīng)用研究

摘要 針對(duì)軟土地基穩(wěn)定性差、承載力低等問題，可用CFG樁凝聚樁間土，分化地基荷載。但是為保障CFG樁應(yīng)用效能，需結(jié)合軟土分布情況，明確CFG施工要點(diǎn)，有效治理軟土地基，使其承載力符合公路建設(shè)要求。因此，文章基于某高速公路項(xiàng)目，分析CFG樁在軟土地基深層處治中的應(yīng)用情況，明確CFG樁加固原理、施工要點(diǎn)，借此提升高速公路工程建設(shè)質(zhì)量，促進(jìn)城市交通體系的完善。

關(guān)鍵詞 CFG樁；軟土地基；深層處理；軟基治理

中圖分類號(hào) U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）02-0120-03

0 引言

軟土地基在公路建設(shè)中較為多見，影響著公路樁基結(jié)構(gòu)的承載能力、公路營運(yùn)安全。因此，須深層處治軟土地基，提升其穩(wěn)定性、承載力等。CFG樁為低強(qiáng)度混凝土樁，可利用樁間土承載力將公路荷載傳遞到深層地基內(nèi)，起到治理、加固軟土地基的作用。CFG樁技術(shù)具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢，可滿足各類公路的樁基建設(shè)要求。但在應(yīng)用CFG樁時(shí)，應(yīng)基于地基承載力設(shè)計(jì)，管控CFG樁技術(shù)指標(biāo)，保障軟土地基深層處治效果。

1 項(xiàng)目概況

某高速公路項(xiàng)目，主線路為雙向四車道，設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬25.5 m，主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。該項(xiàng)目線路較長，穿越了巖溶化山地地貌、構(gòu)造溶蝕地貌、侵蝕構(gòu)造單面山地貌區(qū)等三種地貌單元區(qū)，且受區(qū)域構(gòu)造影響較大。地質(zhì)調(diào)查表明：擬建路線存在不良地質(zhì)作用，主要表現(xiàn)為崩塌、不穩(wěn)定斜坡、巖溶、泥石流等。特殊性巖土主要有高液限土、軟土。因此，擬采用CFG樁深層治理路段內(nèi)軟土地基，確保軟基路段基礎(chǔ)承載力符合建設(shè)要求。

2 CFG樁技術(shù)的應(yīng)用情況

CFG樁由樁基、樁周土和樁體組成，C、F、G分別代表水泥、粉煤灰與碎石，多用于公路、建筑地基加固。CFG樁黏結(jié)強(qiáng)度高，樁身強(qiáng)度等級(jí)為C15～C20，全樁可產(chǎn)生側(cè)向摩擦力，增加土層內(nèi)樁端阻力，能夠與墊層、樁間土層形成復(fù)合地基，增強(qiáng)地基穩(wěn)定性。

公路運(yùn)營后，車輛荷載作用會(huì)使CFG樁產(chǎn)生沉陷，需依據(jù)公路荷載力大小，合理設(shè)計(jì)CFG樁樁長、樁徑、樁底墊層。上述項(xiàng)目中，K5+030.00～K5+260.00、K5+480.00～K5+780.00、K5+920.00～K6+160.00路段均采用CFG樁工藝，樁長、樁徑是以項(xiàng)目地質(zhì)勘察資料為基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)算，具體數(shù)據(jù)如表2所示。其中K5+030～K5+260路段為構(gòu)造溶蝕中山地貌，包含淺層軟弱土層、有機(jī)質(zhì)土層，施工前應(yīng)先換填處理地基，設(shè)置排水通道。其他路段以填方路基形式通過軟弱土、有機(jī)質(zhì)土分布區(qū)域，以及軟土層厚度較大地段，全部采用CFG樁，樁長設(shè)計(jì)為12～15 m。

3 CFG樁在軟土地基深層處治中的施工要點(diǎn)

3.1 測量放樣

測量放樣的目的是計(jì)算CFG樁施工前工程量，明確路基點(diǎn)位、高程、軸線，確認(rèn)高速公路軟基開挖時(shí)的縱橫斷面。①施工人員需建立“導(dǎo)線網(wǎng)”，依據(jù)CFG樁技術(shù)要求，現(xiàn)場布置CFG控制網(wǎng)點(diǎn)，網(wǎng)點(diǎn)避開沉降變形高危區(qū)，且通視條件良好[1]?？刂凭W(wǎng)點(diǎn)可設(shè)置在基坑外，以減少對(duì)施工作業(yè)的影響，但平面區(qū)域內(nèi)控制點(diǎn)不得少于3個(gè)。②基于控制網(wǎng)點(diǎn)開始放樣測量，加強(qiáng)CFG樁軟土處理時(shí)的平面控制。測量方法是以《工程測量規(guī)范》（GB50026—2007）與《地形圖圖式》為核心，應(yīng)用RTK采集剖面測量、鉆孔孔位測量數(shù)據(jù)，配合地面調(diào)查、勘探等工作獲取地質(zhì)信息，整合數(shù)據(jù)資源后借助南方CASS6.1測量軟件成圖，為CFG樁施工提供數(shù)據(jù)支持。

3.2 施工前準(zhǔn)備

基面清理。施工前在代表性地段試樁，試樁數(shù)量不少于2根，確認(rèn)成樁方案可行性后，設(shè)計(jì)CFG樁工藝參數(shù)，確定CFG樁混合料配合比、材料要求、技術(shù)規(guī)范、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，明確CFG樁施打順序、材料坍落度和攪拌時(shí)間[2]。

鉆機(jī)就位。清理軟基區(qū)域建筑垃圾，挖除表面雜填土，CFG樁?；颐鏋榈孛媲灞砭€下30 cm。平整場地后，鉆機(jī)就位，檢查鉆頭、樁位中心點(diǎn)是否處于同一直線上，調(diào)整鉆機(jī)使其達(dá)到水平狀態(tài)。固定鉆機(jī)，設(shè)置鉆機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，可利用鉛錘調(diào)整鉆機(jī)垂直度，使其垂直度偏差小于1%，避免在鉆孔時(shí)出現(xiàn)移位情況，確保鉆孔施工質(zhì)量。

材料制備。按照CFG樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)，控制水泥、水、碎石等材料配比。例如，上述項(xiàng)目中CFG樁材料配比為水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶水=6%∶13%∶26%∶55%∶8.7%。水泥選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5的新鮮硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，水為飲用水。碎石材料干燥、潔凈，強(qiáng)度、耐磨性均符合要求，顆粒形狀有棱有角，粒徑約為30～50 mm，含泥量不超過10%。砂石潔凈度符合要求，含泥量小于5%。CFG樁樁頭為混凝土預(yù)制，樁頭體積約為0.081 m3?；旌狭嫌蓪Ｓ霉捃囘\(yùn)至現(xiàn)場，進(jìn)場后檢查材料坍落度，材料坍落度控制在160～200 mm[3]。

3.3 鉆孔進(jìn)孔

鉆進(jìn)時(shí)關(guān)閉鉆機(jī)鉆頭閥門，將移動(dòng)鉆桿向下，鉆頭緊貼地面。鉆孔作業(yè)堅(jiān)持“先慢后快”原則，鉆入后避免鉆桿搖晃，減少鉆孔偏差，出現(xiàn)鉆桿搖晃、進(jìn)尺困難現(xiàn)象時(shí)，放緩鉆進(jìn)速度，預(yù)防樁孔偏斜、鉆桿損壞。鉆入深度符合設(shè)計(jì)標(biāo)高后停止鉆孔，鉆機(jī)上需記錄標(biāo)高、標(biāo)記位置。施工人員可依據(jù)不同軟基作業(yè)面標(biāo)高差異增減鉆入深度，使孔深符合CFG樁設(shè)計(jì)要求，保障成樁質(zhì)量[4]。

3.4 壓灌成樁

（1）鉆孔深度符合設(shè)計(jì)值后，用混凝土泵車泵送混合料，灌入鉆孔后緩慢提升鉆桿。壓灌成樁時(shí)需一邊泵送混凝土混合料，一邊拔管?，F(xiàn)場安排專業(yè)人士指揮，協(xié)調(diào)泵送、鉆機(jī)操作人員，使泵送、鉆桿提升作業(yè)同時(shí)進(jìn)行、相互配合。

（2）嚴(yán)格控制鉆桿提升速度，每分鐘小于3 m。含水砂層需放慢鉆桿提升速度，預(yù)防塌孔或斷樁風(fēng)險(xiǎn)。提升鉆桿時(shí)，混合料表面應(yīng)持續(xù)高于鉆桿底的出料口，直到樁頂、作業(yè)面平齊。灌注結(jié)束后用黏土封頂，以保護(hù)CFG樁樁頂，黏土厚度為50 cm左右，可同時(shí)起到防損、防凍作用。

（3）檢查CFG樁成樁質(zhì)量，測算樁位誤差?？v向、橫向允許偏差為5 cm，樁體的垂直度允許偏差為1%。成樁后，及時(shí)清理樁頂浮土，再回填30 cm級(jí)配碎石，碾壓密實(shí)后作為樁基基礎(chǔ)墊層，最后用吊線測算樁體垂直度、鉆桿傾斜度、樁位誤差，確保CFG樁符合要求。

3.5 成樁后處理

單樁施工結(jié)束后移動(dòng)鉆機(jī)到下一樁位。由于鉆孔期間會(huì)產(chǎn)生灰塵，相鄰樁位會(huì)被覆蓋，所以鉆機(jī)移位時(shí)應(yīng)確認(rèn)好樁位，就位后再次固定鉆機(jī)使其平穩(wěn)，隨后依據(jù)鉆孔深度標(biāo)記信息進(jìn)行鉆孔[5]。單樁施工結(jié)束后，及時(shí)清理CFG樁樁間土、破樁頭，加強(qiáng)地基檢測。樁間土清理采用人工+小型機(jī)械方式，注意不得影響成樁質(zhì)量，樁周圍可預(yù)留20 cm保護(hù)層。切割樁頂時(shí)，切入深度應(yīng)小于50 cm，可配合楔子截除樁頭。完工后實(shí)施樁基檢測，確認(rèn)CFG樁身完整性和承載力、樁體強(qiáng)度。鑿除CFG樁頂后，若樁體頂面標(biāo)高低于樁頭地面標(biāo)高，需用強(qiáng)度高一級(jí)的混凝土接樁，接樁區(qū)域樁徑大于設(shè)計(jì)樁徑約20 cm，與既有樁體咬合長度大于20 cm。

成樁15 d后實(shí)施“豎向靜載試驗(yàn)”，檢查樁身荷載能力，或通過低應(yīng)變檢測試驗(yàn)逐一檢查樁長、樁身均勻性和完整性，同時(shí)進(jìn)行定性檢查。低應(yīng)變檢測試驗(yàn)方法是應(yīng)用ZK-5機(jī)械阻抗法檢測儀單樁檢測，評(píng)定樁體缺陷、樁身結(jié)構(gòu)。有效測試范圍為樁長、樁徑比值小于30，摩擦端承樁、端承樁比值可小于50。

3.6 注意事項(xiàng)

3.6.1 預(yù)防竄孔

CFG樁為低強(qiáng)度混凝土樁，可加固處理軟土地基、增強(qiáng)公路樁基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使其承載力符合要求。但軟土層中包含粉細(xì)砂、飽和粉土?xí)r鉆孔作業(yè)會(huì)擾動(dòng)軟土土體，引起土體液化情況，繼而造成竄孔現(xiàn)象，影響成樁質(zhì)量。為預(yù)防該問題，需在CFG樁施工期間加強(qiáng)竄孔防治。①對(duì)于包含粉細(xì)砂、飽和粉土的軟基區(qū)域，適當(dāng)增加CFG成樁間距，避免鉆孔作業(yè)影響其他樁體，降低竄孔發(fā)生率。②結(jié)合土層結(jié)構(gòu)，科學(xué)選用鉆機(jī)，鉆孔時(shí)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度。易竄孔區(qū)域內(nèi)可適當(dāng)減少打樁數(shù)量，或?qū)嵤└襞盘虻姆椒ㄍ瓿墒┕ぷ鳂I(yè)。鉆孔后及時(shí)清理孔內(nèi)棄土。③竄孔問題發(fā)生后及時(shí)處理。如在提升鉆桿期間竄孔，應(yīng)立即停止提升鉆桿，連續(xù)泵送混合料，直到竄孔樁的液面回升到原本位置。

3.6.2 避免堵管

CFG樁施工中，堵管現(xiàn)象較為多見，表現(xiàn)為鉆桿內(nèi)管路堵塞、混合料無法進(jìn)入鉆孔，長時(shí)間堵管后混合料會(huì)硬結(jié)、失水，影響成樁進(jìn)度。造成堵管的原因較多，混凝土混合料配置不到位、拌和時(shí)間過短過長、粉煤灰摻入量少都會(huì)改變混合料和易性，引起管路堵塞現(xiàn)象。

為預(yù)防堵管，應(yīng)優(yōu)化混合料配比設(shè)計(jì)，合理選用材料，精準(zhǔn)控制、計(jì)算粉煤灰摻入量，比如，粉煤灰摻入量應(yīng)控制在60～80 kg/m3左右。此外，因?yàn)镃FG樁樁身為圓柱體，混合料在水泥砂漿層潤滑后會(huì)與鉆桿的管壁分離并進(jìn)入鉆桿管路，灌入樁孔?；旌狭习韬瓦^程中坍落度過大、泵送壓力過大會(huì)使混合料泌水，材料離析后會(huì)增加摩擦力造成堵管。所以配置混合料時(shí)，應(yīng)確保塌落度在160～200 mm左右，拌和時(shí)可摻入適量泵送劑預(yù)防堵管。

鉆機(jī)缺陷會(huì)導(dǎo)致堵管。比如，鉆頭密封性不足時(shí)，承壓水及其內(nèi)部的細(xì)砂會(huì)從縫隙進(jìn)入鉆桿芯管內(nèi)部導(dǎo)致砂塞，混合料泵送時(shí)砂塞會(huì)堵住鉆頭閥門。因此，施工前后還應(yīng)檢查鉆頭密封性，施工結(jié)束后立即清洗輸送管。最后，鉆頭彎頭曲率半徑過大、過小會(huì)造成堵管，需基于CFG樁的施工參數(shù)，科學(xué)選用彎頭，降低堵管概率。

3.6.3 樁頭空芯

樁頭空芯由排氣閥故障引起，鉆孔時(shí)，排氣閥故障后管內(nèi)空氣量增加，管內(nèi)空氣無法及時(shí)排出后，樁體結(jié)構(gòu)存氣，容易形成“空芯”。為預(yù)防空芯，應(yīng)注意觀察排氣閥狀態(tài)，堵塞后立即清洗、疏通。為減少排氣閥故障，施工前后應(yīng)保證泵送混合料、提升鉆桿操作的一致性，避免鉆頭土掉入樁孔后堵塞閥門。

3.6.4 縮經(jīng)、斷樁

針對(duì)CFG樁縮經(jīng)、斷樁問題，還應(yīng)嚴(yán)格控制拔管速度。在地下水豐富的鉆孔位置，拔管速度應(yīng)調(diào)整為2～2.5 m/min，鉆頭埋深控制在0.5 m左右。另外，施工期間需備足混合料，隨鉆隨灌注，避免停工待料。

4 深層處治軟土地基CFG樁的質(zhì)量管理

根據(jù)CFG樁施工設(shè)計(jì)對(duì)樁體材料進(jìn)行質(zhì)量管理，確保樁材符合實(shí)際需要。成樁前，依據(jù)CFG樁施工設(shè)計(jì)，抽樣制作混凝土試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后測定其抗壓強(qiáng)度。拌和CFG樁混合料時(shí)，混凝土上料順序應(yīng)為“先碎石（卵石）后水泥、粉煤灰”，后加入泵送劑、砂，粉煤灰、水泥、泵送劑應(yīng)在砂、石摻入流程之間，每盤拌和時(shí)間大于1 min。

鉆機(jī)就位后，鉆桿應(yīng)垂直于樁位中心，容許偏差50 mm?？捎勉@架+垂球方式找正樁身垂直度，使CFG樁垂直度偏差小于1%。隔排鉆孔時(shí)應(yīng)遵守施工順序，預(yù)防竄孔。最后，CFG樁成孔符合設(shè)計(jì)標(biāo)高后停止鉆進(jìn)，鉆桿芯管內(nèi)混合料充滿后拔管，禁止先提管后泵料。鉆桿提升時(shí)應(yīng)在泵送停止后提拔，不得連續(xù)、超速提拔，成樁后提拔速度約為2～3.5 m/min。

應(yīng)用樁機(jī)卷揚(yáng)設(shè)備提升沉管線時(shí)，需控制好提升速度，可在提升一段距離后停止提升，留振后再次提升。留振時(shí)間、拔管快慢為質(zhì)量控制要點(diǎn)，控制不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致樁端樁體水泥量過少，樁頂浮漿多，混合料離析后樁身強(qiáng)度不均，繼而產(chǎn)生“縮徑斷樁”風(fēng)險(xiǎn)。控制拔管速度時(shí)，可通過試驗(yàn)獲取最佳速度值，平均拔管速度應(yīng)控制在1.2～1.5 m/min左右。

填筑CFG樁時(shí)，其填筑量應(yīng)符合成樁體積，避免灌注成樁期間出現(xiàn)樁身斷裂情況。此外，還需要按照原材料配比，控制樁體底部混凝土墊層厚度，基本厚度小于10 cm。成樁后還應(yīng)結(jié)合道路條件，定期檢查CFG樁承載力、強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)異常后立即干預(yù)。

5 結(jié)語

綜上所述，在軟土地基深層處治中應(yīng)用CFG樁時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)軟地基路段地質(zhì)勘測，匯總軟土地基地質(zhì)信息，依據(jù)公路項(xiàng)目的建設(shè)需求、線路分布情況，制定軟土地基CFG樁施工方案。為最大限度地發(fā)揮CFG樁應(yīng)用效果，應(yīng)規(guī)范CFG樁施工操作，嚴(yán)格管理放樣測量、鉆孔、混合料配置等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，施工前落實(shí)技術(shù)交底、技能培訓(xùn)工作，使一線工人掌握CFG樁工藝要點(diǎn)，以保障CFG樁施工質(zhì)量，提升公路建設(shè)水平。

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收稿日期：2023-11-13

作者簡介：孫晨（1988—），男，本科，工程師，從事路基設(shè)計(jì)工作。