王曉軍

摘 要：近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和高速鐵路的發(fā)展，CFG樁以其自身變形小、造價(jià)低、施工簡(jiǎn)單便捷、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于高鐵路基工程建設(shè)當(dāng)中。本文以合福閩贛項(xiàng)目高鐵工程建設(shè)為依托，對(duì)CFG樁在高鐵路基施工中的具體應(yīng)用進(jìn)行淺談、分析。

關(guān)鍵詞：CFG樁 試樁 高鐵 路基施工 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（b）-0063-04

1 CFG樁概述

所謂的CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱，它主要是由粉煤灰、碎石以及石屑和一定量的水泥加水拌合成混合料，然后用螺旋鉆管內(nèi)泵壓施工制成的粘結(jié)強(qiáng)度較高的樁基。

CFG樁借助自身粘結(jié)性、樁周摩擦力、樁端承載力、樁間土水平承載力形成復(fù)合剛性地基共同受力，具有沉降小、穩(wěn)定快等特點(diǎn)，適用于飽和及非飽和粘性土、松散砂土、粉土的加固，而且還能用于擠密效果較差的土體。

目前，CFG樁在我國(guó)大量高鐵工程建設(shè)施工中應(yīng)用，應(yīng)用實(shí)踐說明，CFG樁容易在承載力和施工工藝方面出現(xiàn)問題。因此，在施工應(yīng)用方面，研究分析CFG樁試樁是十分必要的。

2 CFG樁試樁在高鐵路基施工中的應(yīng)用

2.1 工程概況

合福鐵路客運(yùn)專線閩贛選擇DK372 +123～DK372+238段路基中的3根CFG樁作為試樁。本地段路基CFG樁按照正方形布局，樁徑0.5 m，樁間距1.8 m，樁長(zhǎng)2.47～16.66 m，樁身混合料強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C20，加固深度穿透軟弱土層。

本地段CFG樁樁位分布及試樁的位置如圖1。

2.2 試樁目的

通過CFG樁試樁施工，對(duì)CFG樁樁身質(zhì)量和單樁豎向承載力進(jìn)行檢測(cè)，如達(dá)到設(shè)計(jì)要求，方可進(jìn)行CFG樁大面積施工。

通過CFG樁試樁施工，進(jìn)行成樁工藝試驗(yàn)，以復(fù)核地質(zhì)資料以及設(shè)備、工藝，施打順序是否適宜，確定混合料配合比、坍落度、攪拌時(shí)間、拔管速度、每延米混合料用量、充盈系數(shù)等各項(xiàng)工藝參數(shù)。

2.3 試樁內(nèi)容

（1）試樁現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察。了解土層的分布情況以及各個(gè)土層的力學(xué)性能，為持力層的選擇和復(fù)合地基承載力與沉降分析提供依據(jù)。

（2）成樁工藝試驗(yàn)。檢驗(yàn)施工設(shè)備以及施工工藝的適用性；獲取混凝土泵送速度，鉆桿提升速度，混凝土坍落度、保水性以及不同深度、土層的施工電流等數(shù)據(jù)，為施工工藝的合理選擇提供依據(jù)；積累現(xiàn)場(chǎng)施工組織與管理經(jīng)驗(yàn)，磨合施工隊(duì)伍與施工機(jī)械設(shè)備。

（3）樁身質(zhì)量檢測(cè)。進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)，樁身混合料強(qiáng)度檢測(cè)，為優(yōu)化施工參數(shù)和混凝土配合比提供依據(jù)。

（4）單樁承載力檢測(cè)。驗(yàn)算樁側(cè)摩阻力、樁端阻力，了解樁的承載性能，為持力層的合理選擇提供依據(jù)。

2.4 施工方法及工藝

2.4.1 設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)勘察

（1）CFG樁采用正方形布置，加固深度穿透軟弱土層，達(dá)到無壓縮層以下0.5 m，樁徑0.5 m，樁頂鋪設(shè)兩層一次性拉伸單向聚丙烯土工格柵，其極限抗拉強(qiáng)度不小于260 kN/m。

（2）現(xiàn)場(chǎng)水文及物理地質(zhì)：地下水主要為基巖裂隙水，不發(fā)育，環(huán)境水無化學(xué)及氯鹽侵蝕性；地震動(dòng)峰值加速度<0.05 g；動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

（3）CFG樁單樁（不含樁間土）豎向承載力特征值及樁身28 d立方體抗壓強(qiáng)度fcu檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值，見表1。

2.4.2 施工準(zhǔn)備

（1）測(cè)量準(zhǔn)備：施工前測(cè)量精確，根據(jù)樁位平面圖放出樁位，樁位中心點(diǎn)用釬子插入地下，并用白灰明示。

（2）技術(shù)準(zhǔn)備：根據(jù)設(shè)計(jì)文件要繪制樁位平面布置圖，制定合理的施工工藝，選定合理的施工機(jī)械，配備足夠人員如表2。

（3）選用的水泥、粉煤灰、碎石、砂、水等原材料應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，并按相關(guān)規(guī)程進(jìn)行檢驗(yàn)（每立方米材料用量：水泥202 kg、粉煤灰87 kg、砂833 kg、碎石1060 kg、水165 kg、外加劑3.18 kg）。

（4）現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備：CFG樁施工前，平整場(chǎng)地、分層回填C組細(xì)粒土至樁頂標(biāo)高，再鋪設(shè)0.5 m的工作墊層，方可打樁。

2.4.3 工藝流程

長(zhǎng)螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁工藝流程如圖2。

2.4.4 施工方法

CFG樁施打方法：采用跳樁法施工，避免造成相鄰樁斷樁，同時(shí)避免串孔現(xiàn)象出現(xiàn)。

（1）布置樁點(diǎn)：場(chǎng)地清理整平，按樁點(diǎn)設(shè)計(jì)布置圖放樣布點(diǎn)。

（2）鉆機(jī)就位：移動(dòng)鉆機(jī)就位，用塔機(jī)塔身的前后和左右的垂直標(biāo)桿檢查塔身導(dǎo)桿，校正位置，使鉆桿垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心。

（3）混合料攪拌：按試驗(yàn)配合比進(jìn)行配料并攪拌混合料。每盤料攪拌時(shí)間不小于120 s?；旌狭咸涠瓤刂圃?60～180 mm，成樁后樁頂浮漿厚度不宜超過200 mm。

（4）鉆進(jìn)成孔：關(guān)閉鉆頭閥門，移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面，啟動(dòng)馬達(dá)先慢后快鉆進(jìn)，減少鉆桿搖晃，檢查鉆孔的偏差。在成孔過程中，發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時(shí)，可放慢進(jìn)尺，避免導(dǎo)致樁孔偏斜、移位，甚至使鉆桿、鉆具損壞。當(dāng)鉆頭到達(dá)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)預(yù)定標(biāo)高時(shí)，在動(dòng)力頭底面停留位置相應(yīng)的鉆機(jī)塔身處作醒目標(biāo)記，作為施工時(shí)控制孔深的依據(jù)。當(dāng)動(dòng)力頭底面達(dá)到標(biāo)記處樁長(zhǎng)即滿足設(shè)計(jì)要求。施工時(shí)還需考慮施工工作面的標(biāo)高差異，作相應(yīng)增減。

（5）灌注及拔管：灌注前試驗(yàn)人員對(duì)拌和料進(jìn)行檢查，如坍落度檢測(cè)，制作150×150×150 mm規(guī)格28 d抗壓強(qiáng)度試塊。成孔到達(dá)設(shè)計(jì)樁底（穿透無壓縮層以下0.5 m）停止鉆進(jìn)。泵送混合料，當(dāng)鉆桿芯充滿混合料后開始拔管，不可先拔管后泵料?；旌狭系谋盟土颗c拔管速度相匹配，拔管速度控制在2～3 m/min。施工樁頂標(biāo)高宜高于設(shè)計(jì)標(biāo)高50 cm。灌注成樁后，樁頭進(jìn)行保護(hù)。

（6）移機(jī)：一根樁施工完畢后，鉆機(jī)移位，進(jìn)行下一根樁施工。

（7）棄土處理：CFG樁施工時(shí)，必須進(jìn)行清表，表土直接運(yùn)往棄土場(chǎng)。樁體施工完成2～3 h后，挖除打樁棄土，棄土運(yùn)往棄土場(chǎng)棄置。

2.4.5 施工質(zhì)量控制

（1）原材料進(jìn)場(chǎng)要驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量證明文件，并進(jìn)行抽樣，合格后方可使用。

（2）鉆進(jìn)過程中，每鉆進(jìn)1 m核對(duì)地基土層沿樁長(zhǎng)變化情況。

（3）混合料灌注過程中應(yīng)保持混合料面始終高于鉆頭面，鉆頭低于混合料面15～25 cm。

（4）混合料施工時(shí)施工樁頂標(biāo)高宜高出設(shè)計(jì)標(biāo)高不少于0.5 m，CFG樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，樁頭0.5 m范圍應(yīng)截除。

鑿樁頭方法：先采用小型機(jī)具配合人工進(jìn)行清理樁間土，然后采用切割機(jī)對(duì)樁體鋼筋外層混合料進(jìn)行切割，清土和截樁時(shí)不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動(dòng)樁間土、不應(yīng)損壞樁體，影響樁的完整性。

（5）每根樁的投料不少于設(shè)計(jì)澆筑量。

（6）CFG樁樁位、垂直度、有效直徑允許偏差要求如表3。

2.4.6 施工注意事項(xiàng)

（1）施工中保證排氣閥正常工作，施工中要求每工班經(jīng)常檢查排氣閥，防止排氣閥被水泥漿堵塞。

（2）樁機(jī)移機(jī)至下一樁位施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸線或周圍樁的位置對(duì)需施工的樁位進(jìn)行復(fù)核，保證樁位準(zhǔn)確。

（3）鉆桿應(yīng)采用靜止提拔，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制鉆桿提拔速度和混凝土泵的泵送量，并保證連續(xù)提拔，施工中嚴(yán)禁出現(xiàn)超速提拔。

（4）長(zhǎng)螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料成樁施工在鉆至設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)準(zhǔn)確掌握提拔鉆桿時(shí)間，混合料泵送量應(yīng)同拔管速度相配合，以保證管內(nèi)有一定高度的混合料，遇到飽和砂土或飽和粉土層，不得停泵待料。

3 試樁檢驗(yàn)

3.1 檢驗(yàn)內(nèi)容

（1）進(jìn)行單樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)，確定樁的完整性。

（2）靜荷載試驗(yàn)，確定樁的單樁承載力。

3.2 檢驗(yàn)方法

（1）靜荷載試驗(yàn)。

現(xiàn)場(chǎng)單樁載荷試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，現(xiàn)場(chǎng)單樁豎向承載力試驗(yàn)按承載力設(shè)計(jì)值2倍加載，承壓板為1.5 m×1.5 m鋼質(zhì)方板，如圖3。采用堆載、液壓油泵加載、百分表量測(cè)。根據(jù)量測(cè)結(jié)果做Q-S曲線、s-lgt曲線、單樁承載力特征值對(duì)應(yīng)沉降分布圖，判斷單樁承載力特征值及沉降是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）低應(yīng)變反射波法檢測(cè)。

反射波法是以一維波動(dòng)方程為理論基礎(chǔ)的樁基檢測(cè)方法，波在樁體傳播過程中遇到樁身內(nèi)存在的明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁、離析、夾泥等），或樁身截面變化（如縮頸、擴(kuò)頸），將產(chǎn)生反射波，如圖4。樁頂?shù)募铀俣葌鞲衅鹘邮諄碜詷渡聿煌课坏姆瓷湫盘?hào)，通過濾波及分析處理后，得到速度時(shí)程曲線，即可計(jì)算平均波速。根據(jù)被測(cè)波型、波速、結(jié)合工程地質(zhì)及施工記錄，就能綜合判斷樁身的完整程度。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)、圖形，判斷樁是否完整、屬于幾類樁。

4 試樁檢測(cè)分析判定

4.1 承載力分析判定

（1）根據(jù)沉降隨荷載變化的特征確定：對(duì)于陡降型Q- s曲線，取其發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值。

（2）根據(jù)沉降隨時(shí)間變化的特征確定：取s-lg t曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級(jí)荷載值。

（3）出現(xiàn)終止加載條件中第2款情況，取前一級(jí)荷載值。

（4）對(duì)于緩變型Q- s曲線可根據(jù)沉降量確定，宜取S=40 mm對(duì)應(yīng)的荷載值；當(dāng)樁長(zhǎng)大于40 m時(shí)，宜考慮樁身彈性壓縮量；對(duì)直徑大于或等于800 mm的樁，可取S=0.05D（D為樁端直徑）對(duì)應(yīng)的荷載值。

（5）當(dāng)按上述四款判定樁的豎向抗壓承載力未達(dá)到極限時(shí)，樁的豎向抗壓極限承載力應(yīng)取最大試驗(yàn)荷載值。

4.2 檢測(cè)分析成果

（1）試驗(yàn)數(shù)據(jù)及繪制的Q-S及S-lgt曲線（如圖5）。

（2）單樁承載力靜載試驗(yàn)分析結(jié)果如表4。

5 CFG樁試樁結(jié)論及體會(huì)

合福鐵路客運(yùn)專線閩贛DK372+123- DK372+238段路基中作為試樁的3根CFG樁加載均達(dá)到預(yù)期最大試驗(yàn)荷載值，終止加載。試驗(yàn)加載到452 kN時(shí)，沉降量分別為5.16 mm、3.29 mm、5.29 mm；試驗(yàn)加載到904 kN時(shí)，總沉降量分別為19.72 mm、17.53 mm、22.88 mm，且Q～s曲線平緩，無明顯陡降段，因此作為試樁的3根基樁單樁承載力特征值均≥452 kN，均滿足設(shè)計(jì)要求。

通過CFG樁試樁在高鐵路基施工中的應(yīng)用，通過CFG樁樁身質(zhì)量和單樁豎向承載力檢測(cè)，進(jìn)一步說明了分析CFG樁試樁是十分必要的，復(fù)核了設(shè)計(jì)地質(zhì)資料，確定了設(shè)備、施作方法、混合料配合比、坍落度、攪拌時(shí)間、拔管速度、每延米混合料用量、充盈系數(shù)等各項(xiàng)工藝參數(shù)，對(duì)于類似的CFG樁施工應(yīng)用具有重大的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]高貴.鐵路客運(yùn)專線路基CFG樁施工工藝及質(zhì)量控制[J].山西建筑，2007（7）.

[2]田達(dá).臨近既有線施工路基CFG樁工藝研究[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（3）.

[3]葛同朝，劉俊飛，唐如.CFG樁復(fù)合地基路基施工中的幾個(gè)常見問題危害分析及監(jiān)理要點(diǎn)[J].鐵道勘察，2009（35）.

[4]蘇維，楊懷志，馬建林，等.高速鐵路深厚松軟土層CFG樁樁筏和樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降特性的試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑，2009（7）.

[5]曾俊鋮，張繼文，童小東，等.高速鐵路CFG樁-筏復(fù)合地基沉降試驗(yàn)研究東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（3）.