廖志剛

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

水泥粉煤灰碎石樁(簡稱CFG樁)是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基，提高了復(fù)合地基承載力。CFG樁地基處理加固效果顯著，采取CFG樁進(jìn)行地基處理，施工便捷，噪音及周邊環(huán)境的污染小，適用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)合理。

1 工程概況

鐵路路基為軟土地基，屬池河一級階地，地勢平坦開闊，路基基礎(chǔ)采用CFG樁加固，樁間距1.6～1.8 m，樁徑0.5m，正方形布置，樁長要求進(jìn)入硬底層不小于1.0m，樁頂碎石墊層中間鋪設(shè)二層土工格柵。CFG樁水泥采用32.5級普通硅酸鹽水泥;碎石粒徑為5～25 cm;粉煤灰為Ⅱ級，樁身設(shè)計(jì)強(qiáng)度(28 d)為500 kPa。如圖1所示。

2 施工工藝

現(xiàn)場選用長螺旋鉆機(jī)作為施工機(jī)械，每臺鉆機(jī)配備一臺混凝土泵、一臺發(fā)電機(jī)和兩臺混凝土罐車。長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓成樁的施工工藝需進(jìn)行成樁試驗(yàn)。

1)試樁。施工前在加固范圍內(nèi)選擇2～4根樁作為試驗(yàn)樁。通過工藝性試樁取得鉆速、鉆壓、混合料坍落度、混合料攪拌時(shí)間及拔管速度等施工技術(shù)參數(shù)，作為指導(dǎo)施工的依據(jù)。

圖1CFG樁地基處理標(biāo)準(zhǔn)斷面(單位:m)

2)確定施工順序。施工順序與土的性質(zhì)和樁間距有關(guān)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，可采用隔樁跳打或連續(xù)施工。

3)樁機(jī)就位。樁位經(jīng)測量放樣后，用竹簽打孔，孔內(nèi)灌入白灰以便于在施工中容易準(zhǔn)確地找到樁位，樁機(jī)就位后，應(yīng)由專業(yè)人員檢查樁機(jī)是否存在安全隱患。根據(jù)地面高程及樁底設(shè)計(jì)高程之差，在樁機(jī)塔身上自上而下用紅油漆標(biāo)注刻度(以1 m間距最優(yōu))，作為樁長控制依據(jù)。樁機(jī)就位后，機(jī)長再次核對樁位，樁位(縱橫向)偏差應(yīng)＜50mm，調(diào)整垂直度，確保垂直度≤1%;同時(shí)應(yīng)保證樁的直徑不小于設(shè)計(jì)值。

4)鉆進(jìn)成孔。鉆孔開始時(shí)，關(guān)閉鉆頭閥門，向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸地時(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)鉆桿抖動(dòng)或鉆進(jìn)困難時(shí)，應(yīng)放慢進(jìn)尺，并檢查樁機(jī)穩(wěn)固性，防止樁孔偏斜和鉆具損壞。在試樁時(shí)，鉆進(jìn)過程中應(yīng)做記錄，激振電流每沉1 m記錄一次，對土層變化處在記錄表中特別加以說明。

5)混合料攪拌及運(yùn)輸?；旌狭蠑嚢柙诎韬险炯羞M(jìn)行。按照配合比配料，每盤料攪拌時(shí)間按照普通混凝土的攪拌時(shí)間控制。一般控制在90～120 s，具體攪拌時(shí)間由試驗(yàn)確定?；旌狭铣鰪S時(shí)塌落度控制在180～200mm?；炷恋倪\(yùn)輸為混凝土罐車運(yùn)輸。

6)灌注及拔管。鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)，提拔鉆桿，泵送混合料灌注。首盤混合料灌注前，采用水泥砂漿潤滑管道。待鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管，灌注過程中勻速提鉆(2～3 m/min)，并保證混合料淹沒鉆具1 m。樁頂高程宜高出設(shè)計(jì)高程50～70 cm，灌注成樁后，樁頂蓋土封頂進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在灌注混凝土的同時(shí)，要對混凝土做含氣量、塌落度的試驗(yàn)。施工過程及時(shí)調(diào)整混凝土配合比。

7)移機(jī)。當(dāng)一根樁施工完畢后，機(jī)械移位，進(jìn)行下一根樁的施工。施工時(shí)由于CFG樁排出的土較多，經(jīng)常將鄰近的樁位覆蓋，有時(shí)還會因機(jī)械支撐時(shí)支撐腳壓在樁位旁使原標(biāo)定的樁位發(fā)生位移。因此，下一根樁施工時(shí)，還應(yīng)根據(jù)軸線或周圍樁的位置對需施工的樁位進(jìn)行復(fù)核，保證樁位準(zhǔn)確。

8)清理鉆渣。由于采用隔樁跳打法，打第二遍CFG樁前，必須采取濕挖法清理鉆渣(高出原地面部分)，宜用小型挖掘機(jī)清理，人工配合，嚴(yán)禁大型車輛及吊車進(jìn)入成樁區(qū)域，防止對已成樁頭造成破壞。然后對地面進(jìn)行平整，重新進(jìn)行測量放樣。

9)鑿樁頭。樁達(dá)到一定強(qiáng)度(3～7 d)后，人工鑿除保護(hù)樁頭，然后人工挖除保護(hù)樁長內(nèi)的樁間土。

10)CFG樁檢測。CFG樁施工完畢28 d后，對CFG樁和CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行檢測，檢測包括室內(nèi)塊體試樣28 d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、單樁承載力及低應(yīng)變檢測。靜載試驗(yàn)采用單樁復(fù)合地基，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果評價(jià)地基承載力。要求復(fù)合地基承載力≥500 kPa，檢測數(shù)量，靜載荷試驗(yàn)數(shù)量取CFG樁數(shù)的1.0%，且每檢驗(yàn)批不少于3根。

施工工藝流程如圖2所示。

圖2 CFG樁施工工藝流程

3 常見問題及處理與質(zhì)量檢測

1)提鉆與泵送

規(guī)范要求不允許先提鉆再泵料，要求先泵料再提鉆，尤其是在有樁尖承載力要求的情況下，但是在實(shí)際施工中，總是有先提鉆的情況。先泵料，目的是為了保證樁尖混凝土的質(zhì)量，防止提鉆時(shí)負(fù)壓造成樁間土中的水滲入樁體，相當(dāng)于減少了實(shí)際樁長。

在實(shí)際施工時(shí)，總是先提20～30 cm，因?yàn)?0m深的地層下土壓力很大，鉆頭閥門不易打開，施工隊(duì)先提鉆再泵料的目的是為了下開式鉆頭閥門有一個(gè)打開的空間，利用混凝土30m高的落差，沖砸開鉆頭閥門。因此，在實(shí)際施工時(shí)，可以做試驗(yàn)，看看先泵料是否對鉆頭閥門的打開造成影響，如不影響閥門的打開，盡量按規(guī)范要求做。

2)斷樁

斷樁是指CFG樁成樁后，樁身混凝土面不連續(xù)，中間有垂直于樁中心軸線的開裂或間隔。斷樁是CFG樁最大的質(zhì)量事故。產(chǎn)生斷樁的原因?yàn)?①施工保護(hù)不夠，有大型工程機(jī)械在強(qiáng)度未達(dá)到的CFG樁區(qū)域運(yùn)行，使樁被壓斷或把樁頭壓碎。最有效的防治辦法是，加強(qiáng)對CFG樁成樁區(qū)域的保護(hù)，嚴(yán)禁一切大型機(jī)械進(jìn)入。②長螺旋鉆機(jī)的排氣閥被堵。要經(jīng)常檢查排氣閥，并將包裹排氣閥的混凝土鑿除。③灌注混凝土?xí)r，混凝土灌注供應(yīng)不及時(shí)。加強(qiáng)混凝土的調(diào)度，保證混凝土連續(xù)供應(yīng)，就可以防止因混凝土供應(yīng)不及時(shí)造成斷樁。④地質(zhì)原因，地下水豐富，易產(chǎn)生斷樁。對于這種原因造成的斷樁，施工中很難控制，對流塑狀和地下水豐富的地質(zhì)情況應(yīng)對CFG樁處理進(jìn)行適應(yīng)性論證。⑤拔管和泵送混凝土配合不協(xié)調(diào)。設(shè)置一名指揮人員，用哨子或小旗對鉆機(jī)操作手和混凝土泵送人員進(jìn)行指揮，做到拔管和泵送混凝土配合協(xié)調(diào)。⑥截除樁頭時(shí)樁被破壞。截樁頭時(shí)必須用鋸石機(jī)切割，從三個(gè)不同方向切割后，嚴(yán)禁用大錘敲擊的方法直接將樁頭打掉，應(yīng)該采用鋼釬插入鋸縫中將樁頭打掉，這樣就可以有效地避免斷樁。

3)樁頭空芯

主要是施工過程中，排氣閥不能正常工作所致。鉆機(jī)鉆孔時(shí)，管內(nèi)充滿空氣，泵送混合料時(shí)，排氣閥將空氣排出。若排氣閥堵塞不能正常將管內(nèi)空氣排出，就會導(dǎo)致樁體存氣，形成空芯。為避免樁頭空芯，施工中應(yīng)經(jīng)常檢查排氣閥的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)堵塞及時(shí)清洗。

4)樁端不飽滿

主要是因?yàn)槭┕ぶ袨榱朔奖汩y門的打開，先提鉆后泵料所致。這種情況可能造成鉆頭上的土掉入樁孔或地下水浸入樁孔，影響CFG樁的樁端承載力。為杜絕這種情況，施工中前、后臺工人應(yīng)密切配合，保證提鉆和泵料的一致性。

5)施工質(zhì)量控制

控制好鉆桿垂直度，其誤差應(yīng)符合規(guī)范要求，見表1。做好原材料試驗(yàn)工作，施工中及時(shí)調(diào)整施工配合比。鉆至設(shè)計(jì)高程后，灌注混凝土?xí)r，必須先泵料后拔管。嚴(yán)格控制提鉆速度。做好成孔、攪拌、灌注、提鉆各道工序的密切配合、銜接。及時(shí)做好資料的整理工作。

表1 CFG樁施工的允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量及檢驗(yàn)方法

6)驗(yàn)標(biāo)質(zhì)量檢測

施工質(zhì)量檢驗(yàn)主要應(yīng)檢查施工記錄、混合料坍落度、樁數(shù)、樁位偏差、褥墊層厚度、夯填度和樁體試塊抗壓強(qiáng)度等。CFG樁地基竣工驗(yàn)收時(shí)，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。CFG樁地基檢驗(yàn)應(yīng)在樁身強(qiáng)度滿足試驗(yàn)荷載條件時(shí)，并在施工結(jié)束28 d后進(jìn)行。試驗(yàn)數(shù)量宜為總樁數(shù)的0.5% ～1.0%，且每個(gè)單體工程的試驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于3點(diǎn)。應(yīng)抽取不少于總樁數(shù)的10%進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)，檢測樁身完整性。

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場地基處理施工試驗(yàn)，對長螺旋取土工法的CFG術(shù)施工工藝、關(guān)鍵施工技術(shù)參數(shù)、工藝流程、過程質(zhì)量控制，以及質(zhì)量檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)頻度等進(jìn)行了研究。獲取的技術(shù)參數(shù)可用于指導(dǎo)大規(guī)模施工。

［1］龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用［M］.杭州:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10001—2005 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［3］趙鵬社，王亞國.鐵路路基CFG樁施工工藝質(zhì)量控制［J］.鐵道建筑，2010(7):108-109.

［4］王喜.CFG樁替代水泥攪拌樁在廣珠貨運(yùn)鐵路軟基處理中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2012(4):111-113.