長螺旋鉆機施工CFG樁的應用

劉珍榮 安金龍

1 工程概況

京津第二通道是國家干線(高速)公路網規劃的重要組成部分,根據北京高速公路建設的成功經驗,對橋頭填土工后沉降控制指標為5 cm,依據勘測設計報告,經沉降計算路基填方6m～8m的工后沉降為24.5 cm～41 cm,為避免工后沉降過大,緩解橋頭跳車對路面、橋面及伸縮縫的破壞,提高車輛行駛的安全性和舒適性,綜合考慮技術、經濟、施工進度等因素,對橋頭采用 CFG樁復合地基處理。

2 CFG樁復合地基簡介

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱,CFG樁復合地基是指通過改變樁長、樁距、褥墊層厚度和樁體配比,使復合地基承載力得到提高。它具有沉降變形小、施工簡單、造價低、承載力提高幅度大、適用范圍較廣、社會和經濟效益明顯等特點,廣泛應用于各類工程的地基處理和加固。一般有三種成樁施工方法:即振動沉管灌注成樁(適用于粉土、粘性土及素填土地基)、長螺旋鉆孔灌注成樁(適用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密實以上的砂土)和長螺旋鉆孔管內泵壓混合料灌注成樁(適用于粘性土、粉土、砂土以及對噪聲或泥漿污染要求嚴格的場地)。

3 施工工藝流程

本標段橋位下的土質組成為:輕亞粘土、中亞粘土、重亞粘土及重亞砂土。根據此土質組成,選用長螺旋鉆孔管內泵壓混合料灌注成樁的方法進行施工,施工工藝流程如圖 1所示。

1)測量放樣。測量樁位前應對施工現場原始地面標高進行抄平測量,并用平地機平整碾壓后放出各樁的準確位置,將線路縱坡、橫坡考慮在內后,原地面標高控制在±5 cm以內。施工樁頂高程控制在高于設計墊層底標高 30 cm處。根據設計圖紙將施工區域進行劃分,并將各樁進行編號,定機定人進行管理。

2)樁位放點。樁位放點根據樁位平面布置圖及設計圖紙施工放樣,用鋼簽在樁位處打孔并填滿石灰做出標記。樁位偏差控制在 100mm以內。放點工作完成以后,報請現場監理工程師進行檢查驗收。

3)鉆機就位。施工前測量場地標高,埋設控制樁,確定成孔控制深度,在鉆桿上做出控制標志,作記錄并通知監理報驗。樁位點經檢驗合格,鉆機就位后,使鉆桿垂直對準樁位中心,確保CFG樁垂直度容許偏差不大于 1%。現場控制采用鉆架上掛垂球的方法測量該孔的垂直度。每一根樁施工前現場工程技術人員進行樁位對中及垂直度檢查,滿足要求后方可開鉆。

4)鉆孔、提鉆、壓灌、成樁。鉆機就位穩定后開始鉆孔,當鉆具鉆至設計深度后空轉清土以便使孔底虛土被鉆出。鉆孔開始時,關閉鉆頭閥門,向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面時,啟動馬達鉆進。一般應先慢后快,當鉆頭到達設計樁長預定標高時,于動力頭底面停留位置相應的鉆機塔身處做醒目標記,作為施工時控制樁長的依據。在正式施工時,當動力頭底面到達標記處樁長即滿足設計要求。施工時還需要考慮施工工作面的標高差異,作相應增減。鉆至設計深度后,用混凝土泵通過管路把坍落度為 18 cm～20 cm的高流動混凝土打入孔底,與此同時提鉆,孔底單向活門自動打開,使混凝土流出,并使鉆具在混凝土內埋深 0.3m～1.0m左右。提鉆速度必須與混凝土的泵入速度相匹配,即混凝土的灌入量使孔內混凝土面抬升高度比鉆頭的位置始終高出 0.3m～1.0m,以防止出現斷樁。

5)移機。當上一根樁施工完畢后,鉆機移位,進行下一根樁的施工。施工時由于CFG樁排出的土較多,經常將臨近的樁位覆蓋,有時還會因鉆機支撐時支撐腳壓在樁位旁使原標定的樁位發生移動。因此,下一根樁施工時,還應根據軸線或周圍樁的位置對需施工的樁位進行復核,保證樁位準確。

6)清理樁間土。CFG樁體達到一定設計強度后,用膠輪挖掘機將樁間土挖出,清理平整并壓實。

7)破除樁頭。樁間土清理完畢后,集中進行樁頭破除。采用切割機進行樁頭破除,能避免樁體遭到破壞。破除的樁頭及時運走。

8)褥墊層施工。破除樁頭后進行褥墊層施工。褥墊層厚度為50 cm,采用天然二灰穩定砂礫(最大粒徑不超過3 cm),按照路基施工標準層層碾壓。

4 施工中的注意事項

1)操作手之間的配合。CFG樁成樁過程由現場工程技術人員指揮,樁機操作手和地泵操作手密切配合,按照先泵料后拔管的原則,防止CFG樁因先拔管后泵料而成吊腳樁。

2)嚴格控制提鉆速度。提鉆速度過快可能導致樁徑偏小或縮徑斷樁,而提鉆速度過慢又會造成水泥漿分布不勻,樁頂浮漿過多,樁身強度不足和形成混合料離析現象,導致樁身強度不足。

3)拔管的連續性。拔管過程中避免反插,若出現反插,由于樁管垂直度的偏差,容易使土與樁體材料混合,導致樁身摻土影響樁身質量。

4)樁頂標高的控制。樁頂標高的控制應根據施工機械采用理論和實際相結合的原則。關鍵為控制輸料量和最后一次泵送量。施工時應做好最后一次泵送量成樁高度的理論計算和實際調整,施工時應根據泵送一次輸出量、鉆桿內混凝土量及實際孔深及時調整。

5)樁頭破除。在破除樁頭前應準確測量樁頂標高,并在縱橫向掛線標示樁頭水平位置。鑿除樁頭時嚴禁單邊打眼鑿樁頭,防止樁頭成斜面或破損,截取后的樁頭面應是水平面。清理樁間土和截取樁頭時,應采取相應的預防措施,防止造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁間土。

5 成樁時應注意的質量問題及采取的相應措施

5.1 樁位偏差

樁位偏差指樁軸心位置偏離設計樁位并超出規程、規范允許偏差值。造成樁位偏差主要原因如下:1)測量放線時,放線、設點發生偏差。2)施工中樁位點模糊不清,以致螺旋鉆機對準樁位點時發生偏差。3)施工遇到障礙物時,發生偏差。4)樁位偏差經常是人為的疏忽,應加強管理引起注意。

采取相應預防措施如下:1)加強管理,技術人員須持證上崗,嚴格按照規程、規范,設計要求進行測放樁位。設置樁位點必須有明確標志。2)要求施工機械安放穩固水平,鉆桿垂直對準樁位,遇到地下障礙物時必須及時清除。3)施工中,由于部分樁位被成孔時涌到地面的土掩埋,可預先用細鋼筋插入樁位點,使之不被掩埋,可提高對樁位點的準確度和施工效率。

5.2 堵管

堵管是指鉆桿在提升過程中,混凝土阻塞在鉆桿或輸料管中,不能連續灌注,嚴重時造成管路爆裂,危及人身安全。主要原因如下:1)螺旋鉆排氣不暢,施工人員對機械參數不明確或調整不當,螺旋鉆提升速度與泵送量不協調。2)混凝土泵送壓力偏低:混凝土中粗骨料粒徑過大過多。

采取相應預防措施如下:1)每次泵送混凝土前應檢查排氣孔是否通暢。2)嚴格控制螺旋鉆提升速度,并與泵送量保持良好協調。3)嚴格控制混凝土的原材料質量及混凝土攪拌時間,保證混凝土有良好的和易性及流動性。

5.3 串孔

打完X號樁后,在施工樁相鄰的Y樁時,發現未結硬的X號樁的樁頂突然下落,當 Y號樁泵入混合料時,X號樁的樁頂開始回升,此種現象稱為串孔。發生串孔的原因如下:1)被加固土層中有松散飽和粉土、粉細砂。2)鉆桿鉆進過程中剪切作用對土體產生擾動。3)土體受剪切擾動能量的積累,足以使土體發生液化。

采取相應預防措施如下:1)減少在串孔區域的打樁推進排數,減少對已打樁擾動能量的積累。2)合理提高鉆頭鉆進速度。

6 結語

隨著科學技術的不斷進步,新材料、新工藝、新技術的不斷涌現,對高速公路施工的要求也越來越高,施工企業正面臨著嚴峻的挑戰。CFG樁作為高速公路軟基處理中的一個新工藝,具有廣闊的市場前景,目前 CFG樁復合地基在理論和施工中都還存在不少問題,還有待加強。

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