淺談佛開高速公路改擴建工程斜坡ＣＦＧ樁的機械改造與施工

摘要：針對填砂路堤加寬的軟基處理方法、施工工藝，本文重點闡述了PZ25型高位支撐長螺旋泵壓斜坡CFG樁鉆孔機的改造、施工及其經濟效益。

關鍵詞：CFG樁 軟基處理 斜坡 改造 施工工藝

一、前言

原佛開高速公路謝邊至三堡段于1996年年底建成通車，原路基設計全寬26.0m，為雙向四車道。路基采用粉砂土填筑，粘質土包邊。其不良地質主要表現為軟土地基，軟土在本段全線均有分布，厚度一般在3。0－24.0m之間。原高速公路軟基處理方法以塑料排水板為主，軟土較深的路段設置了反壓護道，局部通道、涵洞及橋頭路段采用了水泥攪拌樁處理。

根據原高速公路通車以來的工后沉降觀測資料，除個別橋臺外，絕大部分沉降已基本趨于穩定，固結沉降已基本完成。但是，在加寬施工過程中及加寬后，邊坡部分軟基均將受到新增的附件應力作用，勢必引起地基產生新的沉降。為了協調新舊路基變形，減小新舊路基沉降差，邊坡軟基還需要在加寬時進行二次處理。對于填土路堤，可直接開挖對其進行軟基處理，然后再進行新路堤填筑。但對于填砂路堤，由于其具有砂土的相關工程特性，不宜直接采用開挖施工，必須改進軟基處理設備或軟基處理施工工藝。

二、設計概況

佛開擴建試驗路位于第X1合同段九江特大橋北引道，左、右幅共計300m，樁號范圍為K29+000～K29+150。該試驗路重點研究：1、填砂路堤加寬的軟基處理方法和施工工藝；2、新舊路基差異沉降的標準及控制措施；3、填砂路堤拼接的施工工藝；4、復合地基承載力的快速檢測；從而為整個工程建設下一階段的設計與施工提供參考與借鑒。

本試驗路設三個試驗區開展試驗研究，其中c試驗區(即右幅K29+000～K29+150)軟基處理方式為素砼樁(長螺旋泵壓CFG樁)，設計樁徑為φ40cm，設計樁長13.5－15.5m，單樁設計承載力240kN，內側樁間距2.0m，外側樁間距2.4m，三角形布置。設計要求先在原路側清表整平后，采用改制后的施工機械處理原路邊坡范圍內的軟土，再用常規機械處理原路邊坡范圍外的軟土地基。

三、工程地質概況及特點

本試驗路地處珠江三角洲平原，屬三角洲后緣部位。地形平坦，海拔2－4m，河網發達并且密布溝、渠、魚塘。根據鉆孔地質資料顯示，主要地層分布情況見表1。

四、PZ25型斜坡樁鉆孔機的研發及其原理

根據設計和業主的要求，我公司與洛陽大地樁工機械廠成功開發了能直接在斜坡上施工的PZ25型高位支撐長螺旋泵壓斜坡CFG樁鉆孔機。該機是一種以KL800B型深孔長螺旋鉆機為操作平臺，通過二次開發，使其功能延伸到不僅能在平地進行CFG樁工法的長螺旋鉆進施工，而且能夠在坡率小于1：1.5、高度小于3.6m的邊坡上進行該工法的施工。特別適用于高速公路加寬過程中的斜坡樁施工。

常規KL800B型深孔長螺旋鉆機不能實現360度回轉，并且上盤支腿伸縮幅度較小，下盤沒設支腿，因此只能靠上盤支腿和下盤的交叉支撐實現鉆機在平臺上的行走。

PZ25型高位支撐長螺旋泵壓斜坡CFG樁鉆孔機在常規KL800B型長螺旋鉆機的基礎上，通過改進上盤支腿結構使上盤后支腿(圖中的2)的伸縮高度大幅度提高。施工斜坡樁時，通過改變上盤前后支腿的伸縮長度，從而使上盤前支腿支撐于邊坡上、上盤后支腿支撐于坡底。這樣，只需調節上盤前后支腿支撐高度就能使鉆機高位支撐在斜坡上并保持上盤的水平。另外，為了實現鉆機在斜坡上的行走，該機在下盤增設了前后兩個支腿(圖中的3和4)。由于受回轉機構以及平地鉆孔的影響，下盤支腿油缸的結構不能做成與上盤前后支腿一樣，必須增設下盤支腿變幅油缸，使得下盤支腿能夠折疊。通過變幅和下盤支腿伸縮的調節，從而使下盤前支腿支撐在斜坡上、下盤后支腿支撐在坡底并保持下盤水平。地施工時，下盤后支腿收縮使之與下盤保持在同一平面上，利用上盤支腿和下盤的交叉支撐實現鉆機在平臺上的行走和回轉；斜坡樁施工時，通過變幅和下盤后支腿伸縮的調節使下盤前支腿支撐于斜坡、下盤后支腿支撐于坡底，利用上盤前后支腿和下盤前后支腿的交叉支撐實現鉆機在斜坡上的行走。

五、CFG樁施TT藝

試樁

在試驗路CFG樁大面積施工之前，為了探明實際地質情況、確定合理的軟基處理深度，在平臺段沿路線方向每隔10m左右選一根樁進行試樁。CFG樁終孔標高的確定主要是參照鉆機在鉆進過程中的電流變化情況。當鉆機鉆進至持力層后，電流會有較大變化，一般達到100A～120A時即可終孔。

鉆機就位

鉆機在平臺上施工時，上盤前后支腿、下盤前后支腿以及下盤同時著地；利用上盤前后支腿和下盤的交叉支撐即可實現鉆機在平臺上的行走和回轉。

當鉆機要施工斜坡樁時，首先伸長上盤前后支腿(此時下盤離地)，下盤前進，使下盤前支腿支撐于邊坡上，然后伸出下盤后支腿使之支撐于平臺上(下盤后支腿長度以及與地面形成的角度可調節)；等下盤前后支腿支撐穩定后，收縮上盤前后支腿，此時上盤前進，使上盤前支腿支撐于邊坡上，上盤后支腿支撐于平臺上。然后再伸長上盤……如此循環，實現鉆機在斜坡上的行走。

由于鉆機高度和質量較大，在邊坡上施工時穩定性較差，為安全起見，不易在邊坡上進行大幅度的回轉操作。

鉆進

鉆機就位后，先調整鉆桿垂直度，其偏差不得大于1.0％。垂直度調好后，利用特制的鉆頭，在動力頭的驅動下隨長螺旋鉆桿向地層鉆進。鉆頭底部有可以開啟的閥門，鉆桿中間是空心的，是混凝土的輸送通道。鉆桿向下鉆進時鉆頭的閥門關閉，水和土不能進入鉆桿內，鉆頭和鉆桿葉片回轉時把孔內的渣土排出地表。鉆進過程中密切注視鉆機的電流變化情況，當電流值達到100A～120A時停止鉆進。

送料

當鉆進至終孔標高后，稍微拔起鉆桿，鉆頭閥門就自動打開，此時用混凝土輸送泵把配制好的混凝土通過鋼管、高壓軟管和鉆桿中心送入孔底，一邊泵料一邊提升鉆桿。鉆桿的提升速度取決于輸送泵的送料速度，一般控制在1.0～2.0m/min。如果提升過快，容易造成斷樁；如果提升過慢，鉆頭埋的太深則容易塞管。提升過程中當鉆頭離地面約1.5m時停止泵料，利用鉆桿中剩余的混凝土填充樁頭部分。

六、經濟及社會效益

如果使用常規長螺旋鉆機施工邊坡上的樁基，有兩個方案可行。

其一，先開挖邊坡至平臺標高，再利用常規長螺旋鉆機直接施工。這樣，為了保證原高速公路的行車安全及邊坡穩定，不僅要封閉外側車道，而且還要加強邊坡的防護。然而，原高速公路車流量相當大，封閉外側車道勢必會引起交通堵塞，造成的經濟損失將不可估計。使用PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機，不僅不會造成交通堵塞，而且還節約了防護邊坡的費用。

其二，先施工完平臺部分的CFG樁，然后一邊填土一邊施工斜坡上的樁基。這樣，機械要多次進場，而且中間間隔時間較長，多次進場所消耗的費用較多，而且施工效率較低，對工期影響也比較大。而PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機可一次性處理完所有的樁基，不僅降低了成本，而且縮短了工期。

綜上所述，PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機相對于常規長螺旋鉆機，有兩大明顯優勢：

施工地點靈活。PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機可以在任何地面上進行施工，包括傳統的平臺地面施工和斜坡坡面施工；施工效率教高，縮短了施21232期。

經濟社會效益明顯。PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機的施工無須中斷或者限制原來高速的交通，這點解決了許多高速公路加寬過程中最大的煩惱；而且PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機在施工邊坡樁時無須開挖過多坡面，從而為高速公路的安全穩定性提供了更大的保障。

結束語

PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機既能施工平臺上的CFG樁，又能施工斜坡上的CFG樁，克服了常規長螺旋鉆機不能直接施工斜坡樁的缺點。而且，該機械在平地上施工時，能實現360度旋轉，比常規長螺旋鉆機的施工效率高。實踐證明：無論是斜坡上的CFG樁，還是平地上的CFG樁，該機械都特別適用，值得借鑒和推廣。