貴廣鐵路9標CFG樁檢測及分析

徐 峰

1 工程概況

貴廣鐵路GGTJ-9合同段,起訖里程 DK567+174.16～DK628+043.27,線路長度60.984 km。本標段軟基處理加固深度為10 m時,采用CFG樁加固。采用直徑50 cm,間距為1.2 m樁體,呈正三角形布置。要求CFG樁必須穿透軟弱土層至硬底層,對于第四系地層一般應嵌入砂類土或硬塑黏性土,深度不小于2 m。CFG樁布置見圖1。

2 施工配合比設計

泵送混合料理論配合比為：水泥∶河砂∶碎石∶粉煤灰∶外加劑∶水=1∶4.78∶6.08∶1.00∶0.01∶1.00;現場泵送混合料施工配合比為：水泥∶河砂∶碎石∶粉煤灰∶外加劑∶水 =1∶4.97∶6.08∶1.0∶0.01∶0.67。150×150×150標準立方體抗壓強度不小于15 MPa,坍落度控制在160 mm～180 mm的混凝土。采用混凝土攪拌站集中拌和,攪拌時間為2 min,混凝土攪拌運輸車運送。

3 樁身完整性與承載力檢測

CFG樁在選擇DK580+550～DK580+650段路基工程首次對樁身完整性及承載力進行了檢測。

3.1 樁身完整性檢測

3.1.1 完整性檢測

在CFG樁澆灌過程中現場制作6組混合料標準立方體試件,3組標準養護(溫度 20℃±1℃,濕度不小于95%),3組同條件養護,試件3 d,7 d,28 d抗壓強度見表1。

表1 CFG樁抗壓強度對比表 MPa

樁身完整性在其達到設計強度70%以上后采用RSM-PRT低應變測試儀對該段686根CFG樁樁身完整性全部檢測,其中一類樁617根,二類樁 13根,斷樁 56根,無三類樁。一類樁占90%,二類樁占1.9%,斷樁率為8.1%。經開挖驗證發現大部分斷樁位置都在0.8 m～2.0 m范圍之內,斷口處呈現新鮮混凝土面,斷樁是由于開挖樁間土和破樁頭時對樁身的擾動造成的,二類樁主要是由于提鉆過快導致樁身局部夾泥。波速平均值在4 000 m/s左右,經抽芯驗證檢測樁長與施工樁長偏差在±30 cm以內。

3.1.2 低應變反射波法測試注意問題

1)樁頭的處理：樁頭的處理以露出新鮮含骨料的混凝土面為止,在樁中心處打磨1個直徑約7 cm的點,圍繞著這個點在距樁心2/3～3/4半徑處再打磨3個點,4個點盡量平整、干凈。2)傳感器的安裝：傳感器的安裝必須通過耦合劑與樁面粘結,且應與樁頂面垂直,耦合劑選擇粘性好的黃油,檢測量大時既經濟又實用。3)擊振點及擊振方式的選擇：對于CFG樁測試一般采用尼龍錘或小鐵錘擊振。尼龍錘與小鐵錘相比,脈沖寬、頻率低、衰減快,淺層缺陷和微小缺陷很難做出判斷,當根據信號發現淺層部位異常時,建議用小鐵錘,其重量小、能量小、脈沖窄、頻率高,可較準確的確定淺層缺陷的程度和位置。4)樁周土層的影響：當樁周土從軟土層變化到硬土層時,采集的波形曲線會在相應位置處產生類似擴徑的反射波,而當樁周土從硬土層變化到軟土層時,采集的波形曲線會在相應位置處產生類似縮頸的反射波。如果不考慮樁周土對采集波形曲線的影響,不了解樁側的地質情況,容易對基樁產生誤判。

3.2 復合地基承載力檢測

3.2.1 承載力檢測

軟土路基采用CFG樁處理的最終目的就是使其復合地基承載力和變形模量滿足設計要求。根據《客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準》要求,檢測數量為總樁數的2‰,且每檢驗批不少于3根。在成樁28 d后,采用靜載試驗方法對此段3根CFG樁進行復合地基承載力和變形模量試驗,試驗結果如表2所示。

表2 CFG樁復合地基承載力統計表

3.2.2 靜載試驗應注意的問題

1)試驗點的選擇與處理：復合地基靜載試驗的試驗點在平面上應均勻分布,當土性分布不均勻時,試驗點選擇應考慮土性對復合地基承載力的影響,選擇有代表性的點,試驗點選取后應先用低應變對樁身進行完整性檢測,排除斷樁和缺陷樁。因為CFG樁承載力主要依靠樁身與樁周土的摩阻力和樁底的端阻力提供,所以不要在雨后立即做靜載試驗,試驗點選好后將樁頭鑿平,將樁周圍的土鏟除或填充與樁頭平齊夯實。靜載試驗褥墊層采用細砂,厚度應取2 cm～3 cm。經試驗表明,褥墊層厚度與樁、土荷載分擔密切相關,褥墊層越厚,土承擔的荷載越多,樁承擔的荷載越少,反之亦然。當褥墊層太薄,會導致樁頂應力集中,樁間土承載能力不能充分發揮,應該由樁間土承擔的荷載轉移至樁上,容易發生樁頭壓碎或樁過早首先達到單樁極限承載力,導致復合地基承載力實測值偏低。采用圓形承載板,直徑與樁間距相同,安裝后應用水平尺測量承載板是否水平,調整水平后將千斤頂安放在承載板中心位置。用于觀測承壓板沉降的百分表或位移傳感器,當不能居中安置時,必須對稱設置于承壓板的板面上,且應使伸縮桿垂直于板面;百分表應帶有磁性表座,并應在保證百分表測頭垂直承壓板板面的前提下具有便利定位的能力,使用的位移傳感器連同其托梁,也應具有相應的能力;表座拖梁的支點(固定點)與承壓板中心的距離應大于1.5b,與地錨等反力裝置之反力點的距離不得小于0.8 m;2)堆載方式：靜載試驗需要的反力裝置有很多種,經統計此標段CFG樁復合地基承載力檢測數量很大,所以采用混凝土預制塊堆載,混凝土預制塊可以循環使用,吊裝方便,每個預制塊重5 t左右。堆載時,每層預制塊交錯布置,不允許留通縫,外圍用鋼絲加固。加(卸)荷使用的千斤頂的額定量程不應小于預計極限荷載的1.4倍;當使用重物堆載時,重物應一次備齊并應不小于預計極限荷載的1.2倍;當使用千斤頂和重物聯合加載時,其加載總能力不得低于極限荷載的1.4倍;3)加載：試驗荷載應分級施加,施加荷載時應保持靜力條件級荷載對承壓板中心的豎向傳遞。第一級荷載(含設備自重)易接近,后續各級荷載增量可取預估極限荷載的1/10～1/7,我們一般采取塊法進行試驗,每施加一級荷載后,隔15 min觀測一次沉降,累積觀測達2 h后,再施加下一級荷載,試驗總加載重量不宜小于設計值的2倍,當承壓板周圍土層明顯的側向擠出,或荷載增加不大,沉降急驟增大,荷載—沉降曲線出現陡降段,或在某級荷載下,24 h沉降速率不能達到穩定標準(＜0.1 mm/h)時,可終止試驗,末級荷載的前一級荷載可定為極限荷載。當需觀測卸荷回彈時,每級卸荷量可取每級加荷量的2倍～3倍,每級卸荷后每隔15 min觀測一次回彈量,1 h后再卸下一級荷載,荷載卸除后,宜繼續觀測2 h～3 h。數據處理：根據實測數據繪制 p—s,s—lgt,s—lgp曲線,如圖2～圖4所示。

4 經驗體會

1)CFG樁混合料狀態的好壞是灌樁順利與否的必要條件。2)合理的鉆孔施工順序是保證成樁質量的關鍵,要結合設計樁位、間距、地質條件及混凝土配合比初、終凝時間確定合理的布樁順序。3)對于飽和、流塑性淤泥層CFG樁施工工藝十分困難,縮頸、離析等情況較為普遍,影響成樁質量,在該地質條件上施工時要特別注意。4)施工過程中的監測及反饋是保證成樁質量的有效手段,要通過鉆進速度、鉆機狀態、地表變化、臨樁觀測、混凝土灌注量、低應變檢測、靜載荷試驗等手段控制成樁質量。

[1] TB 10218-1999,鐵路工程基樁無損檢測規程[S].

[2] JGJ 106-2003,建筑基樁檢測技術規范[S].

[3] TB 10018-2003,鐵路工程地質原位測試規程[S].