楊維威

(中鐵十九局集團(tuán)有限公司,遼寧遼陽 111000)

1 工程概況

新建石家莊至武漢鐵路客運(yùn)專線(河南段)SWZQ-2標(biāo)段DK590+281.78～DK593+259.55、DK597+844.26～DK600+908.4路基工程地基處理采用CFG樁加固。CFG樁共138萬m,設(shè)計(jì)直徑為50cm,單樁設(shè)計(jì)承載力不小于500～650kN。樁頂設(shè)置50～80cm厚級配碎石褥墊層。設(shè)計(jì)樁長12～20m,過渡段,應(yīng)力擴(kuò)散角以內(nèi)正方形布置,間距1.5m,應(yīng)力擴(kuò)散角以外長方形布置,縱向間距1.5m,橫向間距1.6～1.8m;非橋頭過渡段,應(yīng)力擴(kuò)散角以內(nèi)正方形布置,間距1.5(1.6)m,以外長方形布置,縱向間距1.5(1.6)m,橫向間距1.8 m;車站站臺(tái)區(qū)縱向樁間距1.5m,橫向分為兩部分,站臺(tái)內(nèi)邊緣斜向下按1∶1應(yīng)力擴(kuò)散區(qū)域,樁間距1.5m布置;兩側(cè)與之相鄰區(qū)域?yàn)?.8m。

2 工藝性成樁試驗(yàn)

試驗(yàn)地點(diǎn)選在DK599+400～DK599+425(樁間距1.5m)線路右側(cè),路基坡腳線外側(cè),紅線征地界內(nèi)側(cè),該處下臥地質(zhì)情況為黏土,軟塑～硬塑。通過CFG樁試驗(yàn)完成設(shè)備選型、確定施工工藝和施工順序,確定混合料配合比、坍落度、攪拌時(shí)間、鉆機(jī)拔管速度等各項(xiàng)工藝性參數(shù)[1],并形成具有指導(dǎo)性意義的工法,以指導(dǎo)本試驗(yàn)段以后CFG樁的施工。

2.1 試驗(yàn)方案

本次試樁采用長螺旋鉆進(jìn)法施工,試樁數(shù)量為3根,試樁樁號(hào):248-1,248-2,248-3。

樁間距按設(shè)計(jì)要求布置,間距為1.5m(表1)。

表1 CFG樁樁位情況

(1)試樁現(xiàn)場做到“三通一平”

①水:施工用水采取挖機(jī)井的方式解決,線路征地界兩側(cè)挖排水溝,以滿足路基排水需要。

②電:采用地方網(wǎng)電和自發(fā)電相結(jié)合的方式。

③路:本著節(jié)約用地,保護(hù)環(huán)境的原則合理選擇施工便道,跨越溝渠處搭設(shè)施工便橋,以滿足車輛通行需要。

④場地平整:滿足CFG樁機(jī)施工和材料運(yùn)輸、機(jī)械進(jìn)出的需要。

(2)材料要求

混合料各種原材料必須滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求,通過檢測選用的原材料分別為:水泥為新鄉(xiāng)平原同力水泥股份有限公司生產(chǎn)的同力牌P.O42.5水泥,砂為輝縣滿天星生產(chǎn)的機(jī)制中砂,碎石為輝縣青青采石場5～25mm碎石,粉煤灰為濟(jì)源沁北五龍環(huán)保電廠的Ⅱ級粉煤灰,外加劑為浙江五龍化工公司的ZWLA-IX型高效減水劑。CFG樁樁身混合料28d齡期標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度不小于20MPa;坍落度要求:泵送混合料控制在160～200mm。泵送混合料配合比為:水泥∶河砂∶碎石∶粉煤灰∶外加劑∶水=1∶4.71∶6.24∶1∶0.014∶1.02,攪拌時(shí)間按普通混凝土要求進(jìn)行控制,且不少于60s。

(3)主要機(jī)具

DDJ-32型長螺旋鉆機(jī)1臺(tái)(主要參數(shù):鉆孔直徑500mm、最大成孔深度22m,動(dòng)力頭功率45kW×2)、混合料輸送泵1臺(tái)、250kW發(fā)電機(jī)1臺(tái),混合料振搗棒2臺(tái)、三級電箱2個(gè)、混凝土運(yùn)輸車3臺(tái)。

(4)施工工藝

成樁施工采用長螺旋成孔芯管內(nèi)泵壓混合料成樁[2]。對于芯管內(nèi)泵送混合料施工時(shí),單樁混合料控制以記錄輸送泵的泵送次數(shù)來推算單根樁的灌注量。

2.2 試驗(yàn)過程

(1)施工放樣

按施工圖放出路基橫斷面,然后根據(jù)“CFG樁樁位平面布置圖”用經(jīng)緯儀、鋼尺放出每個(gè)樁孔位,并撒白灰插釬子標(biāo)記,誤差控制在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求以內(nèi)。

(2)鉆機(jī)就位

施工機(jī)具進(jìn)行試拼、組裝。穩(wěn)定好鉆機(jī),立鉆架并調(diào)整安設(shè)好起吊系統(tǒng)。調(diào)平鉆機(jī),使鉆機(jī)鉆桿垂直,垂直度偏差不大于1%,鉆機(jī)鉆頭中心和樁孔中心重合。

(3)鉆進(jìn)成孔

①樁機(jī)上每米設(shè)有明顯的反光標(biāo)志,以確定進(jìn)尺深度。標(biāo)記的刻度要經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理認(rèn)可,夜間施工要有照明設(shè)施,保證刻度標(biāo)志清晰可見。

②鉆機(jī)調(diào)整好后開始旋轉(zhuǎn)擠入鉆進(jìn),鉆進(jìn)時(shí)要注意控制鉆進(jìn)速度,并做好過程記錄。施工前,先做地質(zhì)探測孔以復(fù)核地質(zhì)資料,并記錄地質(zhì)變化時(shí)電流的變化,以便施工時(shí)作為判斷地質(zhì)情況的參考。施工順序以沿路基方向成排順序施工。

③鉆進(jìn)時(shí)遇電流有明顯變化時(shí)記錄下鉆進(jìn)電流和鉆進(jìn)深度,繼續(xù)加大鉆進(jìn)電流,向下鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度。

(4)混凝土灌注

①按照試驗(yàn)室確定的配合比進(jìn)行粉煤灰混凝土拌制,拌和過程中嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間,拌和時(shí)間不小于60s?？刂瓢韬陀盟?混合料坍落度應(yīng)控制在16～20cm,混合料坍落度不宜過大,否則形成樁頂浮漿過多,樁體強(qiáng)度也會(huì)降低;混合料坍落度過小,泵送性能較差?？偨Y(jié)出粉煤灰混凝土最佳施工用水量,并做2組試塊,檢驗(yàn)樁身粉煤灰混凝土強(qiáng)度,驗(yàn)證施工配合比。

②成孔至設(shè)計(jì)高程后,停止鉆進(jìn),開始泵送混合料,當(dāng)鉆桿芯管內(nèi)充滿混合料后開始拔管,壓灌混合料時(shí)一次提鉆高度小于25cm,采用靜止提拔,提拔速度控制在2～3m/min。嚴(yán)禁先提管后泵料。

③灌注結(jié)束后,用插入式振搗棒對樁頂混合料加振3～5s,提高樁頂混合料密實(shí)度。上部用土封項(xiàng),保證樁頂不出現(xiàn)干縮裂紋。

2.3 成樁質(zhì)量檢測

(1)樁身完整性檢測

CFG樁樁身完整性采用低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)檢測,檢測工作由中南大學(xué)工程檢測研究所基樁檢測站承擔(dān),經(jīng)檢測3根樁均為I類樁。

(2)CFG樁混合料強(qiáng)度

①現(xiàn)場制作混合料標(biāo)準(zhǔn)立方體試件8組,進(jìn)行28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后,進(jìn)行試件抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)。經(jīng)試塊抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn),平均抗壓強(qiáng)度為29.7MPa,全部合格。

②按照《鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測規(guī)程》(TB10426—2004)[4]規(guī)定,分別對248-1樁和248-3樁進(jìn)行了鉆芯取樣,芯樣試件每孔取3組,芯樣直徑為100mm,芯樣試件的高度與直徑之比為1∶1。經(jīng)試驗(yàn)室檢測248-1樁上部結(jié)構(gòu)混合料強(qiáng)度推定值為23.7、24.4MPa,中部結(jié)構(gòu)混合料強(qiáng)度推定值為28.6、29.2MPa,下部結(jié)構(gòu)混合料強(qiáng)度推定值為29.2、27.4 MPa,全部合格;248-3樁上部結(jié)構(gòu)混合料強(qiáng)度推定值為27.9、23.0MPa,中部結(jié)構(gòu)混合料強(qiáng)度推定值為25.8、26.6MPa,下部結(jié)構(gòu)混合料強(qiáng)度推定值為29.0、29.4MPa,全部合格。

2.4 試樁結(jié)論

(1)加強(qiáng)工程地質(zhì)復(fù)核。在施工前先在規(guī)劃好的斷面位置進(jìn)行地質(zhì)復(fù)核,并進(jìn)行詳細(xì)記錄繪制成地質(zhì)縱斷面圖,作為施工參考;或在一定區(qū)域范圍內(nèi)第一個(gè)孔進(jìn)行地質(zhì)復(fù)核,作為本區(qū)域CFG樁施工的依據(jù)。在鉆進(jìn)時(shí),記錄每米電流變化并記錄電流突變位置的電流值,作為地質(zhì)復(fù)核情況的參考。

(2)確定了施工設(shè)備和施工工藝。使用長螺旋鉆機(jī)成孔及芯管泵送混合料灌注的施工方法,成樁速度快、質(zhì)量比較好[3],適合本試驗(yàn)段施工。在試樁期間也曾試用過多種設(shè)備,如振動(dòng)沉管因地層較硬只能打到地表以下2～3m,很難達(dá)到設(shè)計(jì)深度;捶擊沉管雖然成孔質(zhì)量較好、效率高,但對鄰樁影響較大,故均未采用。

(3)確定了混合料原材料和配合比?；旌狭系母鞣N材料技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求,采用試驗(yàn)配合比的抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)確定了相關(guān)參數(shù)。采用該工裝時(shí),泵送混合料配合比的坍落度控制在16～18cm,混合料攪拌時(shí)間控制在60～120s,拔管速度控制在2.2m/min,施打順序按成排順序施工,成樁后不允許機(jī)械擾動(dòng)。

3 路基CFG樁施工

在DK597+844.26～DK600+908.4段路基施工中采用長螺旋鉆進(jìn)成孔芯管內(nèi)泵送混合料成樁的施工方法,在施工中加強(qiáng)泵送混合料成樁的施工控制,以提高CFG樁的成樁質(zhì)量;加強(qiáng)各工序間的施工配合,以提高成樁的速度;在施工中不斷積累相關(guān)數(shù)據(jù),為以后施工提供參考經(jīng)驗(yàn)。

(1)長螺旋施工工藝流程[4]

原地面處理→測量放線→鉆機(jī)就位→鉆孔至設(shè)計(jì)高程→停鉆→泵送混合料→混合料灌滿后按規(guī)定速度邊泵送邊提拔鉆桿至地表→移位施打下一根。

①鉆機(jī)就位:鉆機(jī)就位后,應(yīng)使鉆桿垂直對準(zhǔn)樁位中心,確保CFG樁垂直度容許偏差不大于1%。采用在鉆架上掛垂球的方法,在鉆架上刻上明顯的對照位置線,每根樁施工前都有專門的人員進(jìn)行樁位對中及垂直度檢查,滿足要求后,方可開鉆。

②混合料攪拌:混合料攪拌按配合比進(jìn)行配料。每盤料攪拌時(shí)間按照普通混凝土的攪拌時(shí)間進(jìn)行控制,控制在60～120s,坍落度控制在16～18cm。具體攪拌時(shí)間由攪拌站集中控制室進(jìn)行控制,并在電腦中有詳細(xì)記錄。

③鉆進(jìn)成孔:鉆孔開始時(shí),關(guān)閉鉆頭閥門,向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面時(shí),啟動(dòng)馬達(dá)鉆進(jìn)。先慢后快,同時(shí)檢查鉆孔的偏差并及時(shí)糾正。在成孔過程中,發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時(shí),放慢進(jìn)尺,防止樁孔偏斜、位移及鉆桿、鉆具損壞。根據(jù)鉆機(jī)塔身上的進(jìn)尺標(biāo)記,成孔到達(dá)設(shè)計(jì)高程時(shí),停止鉆進(jìn)。

④灌注及拔管:鉆孔至設(shè)計(jì)高程后,停止鉆進(jìn),開始灌注混合料,每根樁的投料量應(yīng)不少于設(shè)計(jì)灌注量。鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管,施工樁頂高程宜高出設(shè)計(jì)高程50cm,灌注成樁完成后,樁頂蓋土封頂予以保護(hù)。

在灌注混合料時(shí),對于混合料的控制采用記錄泵壓次數(shù)的辦法,對于同一種型號(hào)的輸送泵每次輸送量基本上是一個(gè)固定值,根據(jù)泵壓次數(shù)來計(jì)量混合料的投料量。

灌注時(shí)采用靜止提拔鉆桿,在特殊情況下采用邊轉(zhuǎn)邊提進(jìn)行灌注,如圓礫層等情況下,拔管速度控制在2～3m/min[5]。

⑤移機(jī):上一根樁施工完畢,鉆機(jī)頭進(jìn)行保護(hù),移位,進(jìn)行下一根樁的施工。

⑥現(xiàn)場試驗(yàn):對于每盤混合料,試驗(yàn)人員都要進(jìn)行坍落度的檢測,合格后方可進(jìn)行混合料的投料,在成樁過程中抽樣做混合料試塊,每臺(tái)班做1組試塊,測定其28d抗壓強(qiáng)度。

(2)施工工效

該段路基CFG樁施工時(shí)間為2009年12月1日～2010年5月1日,其中凈工作時(shí)間為130d。使用該型號(hào)長螺旋鉆機(jī)芯管內(nèi)泵送混合料的施工方法,單機(jī)成樁工效約450m/d(24h),且不受地下水的影響、,安全環(huán)保,適合各種軟土地層。成型CFG樁見圖1。

(3)施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

圖1 成型CFG樁

①應(yīng)選用技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定的施工設(shè)備[6]。針對新鄉(xiāng)段的地質(zhì)條件,長螺旋鉆機(jī)具有工效高、成孔質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)優(yōu)先選用。

②混合料灌注時(shí)鉆桿提拔速率和輸送泵的泵送量要密切配合,鉆桿靜止提拔,并保證連續(xù)提拔,施工中嚴(yán)禁出現(xiàn)超速提拔及先提管后泵料。灌注過程中芯管插入混合料的最小深度宜按25cm控制。

③確保樁長達(dá)到設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)要求CFG樁必須穿透軟弱土層至硬底,對于第四系地層一般應(yīng)嵌入砂類土或硬塑黏性土≮2m,對于下伏基巖段應(yīng)嵌入全風(fēng)化層≮1m。

④混合料的各種材料技術(shù)指標(biāo)必須滿足規(guī)范要求,其抗壓強(qiáng)度必須滿足設(shè)計(jì)要求。需要特別注意的是當(dāng)采用機(jī)制砂作為施工配料時(shí)需采用以下規(guī)范標(biāo)準(zhǔn):《鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范》(TB10210—2001 J118—2001)[7]、《鐵路混凝土與砌體工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(TB10424—2003,J283—2004)[8];當(dāng)采用泵送劑時(shí)注意與減水劑的相容性。

⑤做好地質(zhì)情況的復(fù)核工作。對有代表性的地點(diǎn)在施鉆過程中適時(shí)提鉆,以確認(rèn)地層分布情況是否和地質(zhì)資料一致,特別是鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)要確認(rèn)樁尖土是否已經(jīng)達(dá)到持力層足夠深度[9]。必要時(shí),可在相鄰兩地質(zhì)橫斷面中間進(jìn)行補(bǔ)鉆,以進(jìn)一步復(fù)核地質(zhì)情況。若出現(xiàn)異常情況,則必須及時(shí)通知監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位到現(xiàn)場確認(rèn),并提出處理意見。

⑥做好季節(jié)性施工的施工預(yù)案。

(4)檢測內(nèi)容

按設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求的頻率嚴(yán)格進(jìn)行檢測,同時(shí)現(xiàn)場配合監(jiān)理單位的平行檢驗(yàn)(試驗(yàn))及第三方檢測單位的檢測工作。

①混合料28d齡期標(biāo)準(zhǔn)立方體試件抗壓強(qiáng)度≮20MPa。

②成樁28d后采用低應(yīng)變檢測 CFG樁樁身完整性。

③CFG樁按復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí),處理后的復(fù)合地基承載力、變形模量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求;按柱樁設(shè)計(jì)時(shí),處理后的單樁承載力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求[10]。

④CFG樁檢測試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)及時(shí)上報(bào)相關(guān)單位,便于分析。

圖2為單樁檢測,圖3為低應(yīng)變檢測。

圖2 單樁檢測

圖3 低應(yīng)變檢測

(4)施工控制注意事項(xiàng)

①做好施工放樣的樁位保護(hù)工作,并做好施工前復(fù)核,確保施工放樣準(zhǔn)確。

②嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)深度施工,不允許私自調(diào)整樁長。

③嚴(yán)格控制混合料拌和時(shí)間和坍落度。大量工程實(shí)踐表明,混合料坍落度過大,會(huì)形成樁頂浮漿過多,樁體強(qiáng)度也會(huì)降低。坍落度控制在16～20cm,和易性好,當(dāng)拔管速率適當(dāng)時(shí),一般樁頂浮漿可控制在10 cm左右,成樁質(zhì)量容易控制[11]。

④嚴(yán)格控制拔管速度。拔管速率太快可能導(dǎo)致樁徑偏小或縮頸斷樁,而拔管速率過慢又會(huì)造成水泥漿分布不勻,樁頂浮漿過多,樁身強(qiáng)度不足和形成混合料離析現(xiàn)象,導(dǎo)致樁身強(qiáng)度不足[12]。故施工時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制拔管速率。正常的拔管速率應(yīng)控制在2～3 m/min。

⑤設(shè)置保護(hù)樁長。試樁在加料時(shí),應(yīng)比設(shè)計(jì)樁長多加0.5m的填充料,用插入式振搗棒對樁頂混合料加振3～5s,提高樁頂混合料密實(shí)度。

⑥上部用土封項(xiàng),增大混合料表面的高度即增加了自重壓力,可提高混合料抵抗周圍土擠壓的能力,避免新打樁振動(dòng)導(dǎo)致已打樁受振動(dòng)擠壓,混合料上涌使樁徑縮小。

(5)安全控制

施工現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)化管理,進(jìn)入現(xiàn)場必須戴安全帽,不允許穿拖鞋、打赤膀等;用電執(zhí)行一機(jī)、一閘、一漏電保護(hù)、接零、接地;實(shí)行三相五線制等;特種人員必須持證上崗等嚴(yán)格按照施工現(xiàn)場安全管理規(guī)定進(jìn)行管理[13]。做到安全第一,防患于未然。

(6)環(huán)境保護(hù)措施

①貫徹執(zhí)行國家及地區(qū)的環(huán)境保護(hù)的有關(guān)政策、法規(guī),對全體施工人員進(jìn)行環(huán)境保護(hù)知識(shí),法規(guī)宣傳教育,做好環(huán)境保護(hù)工作和文明施工[14～15]。

②控制施工污染,減少污水、空氣粉塵及噪聲污染,施工廢渣、廢棄雜物應(yīng)制定地點(diǎn)堆放,統(tǒng)一處理。

4 結(jié)語

石武鐵路客運(yùn)專線通過全面推廣與應(yīng)用CFG樁對松軟路基進(jìn)行加固處理,不但大大降低了施工成本,而且將全線路基工程的工期提前近1個(gè)月完成。隨著近年我國高速鐵路及地產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,CFG樁這種新型松軟路基樁體,將會(huì)憑借其高強(qiáng)度的復(fù)合地基承載力、經(jīng)濟(jì)快速的成樁率、安全環(huán)保等施工特點(diǎn)得到更為廣泛的應(yīng)用。

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