CFG樁在市政道路軟土路基加固處理中的應(yīng)用

文｜芒市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局 皇甫宗致

0 引言

路基的穩(wěn)定性對(duì)市政道路的安全和穩(wěn)定有關(guān)鍵影響，城市道路下往往涉及各種地下設(shè)施及管線需要施工，導(dǎo)致路基處理的工期要求較緊，在遇到軟土地基時(shí)就需要采取快速加固軟基的技術(shù)。而水泥粉煤灰碎石樁，簡(jiǎn)稱CFG 樁，就是一種能夠較快處理軟土地基的手段。CFG 樁是由水泥、粉煤灰、碎石在一定比例下配置的低強(qiáng)度水泥混凝土，在軟基內(nèi)打入CFG 樁后，能夠充分利用樁間土形成復(fù)合地基，將上部荷載傳遞至更深層的地基中，實(shí)現(xiàn)快速處治的同時(shí)還能節(jié)約造價(jià)，具有較好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果。

1 CFG 的概念

水泥粉煤灰碎石樁由水泥、粉煤灰、碎石、砂等拌和而成，通過(guò)將高粘結(jié)強(qiáng)度樁體與樁間土體的結(jié)合形成復(fù)合地基，提高樁基的穩(wěn)定性和承載力，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟土地基的有效加固。CFG 復(fù)合地基的承載力主要來(lái)源于CFG 樁、褥墊層與樁間土的相互作用，通過(guò)CFG 樁自身的強(qiáng)度以及CFG 樁與樁間土的摩擦力，形成對(duì)上部荷載的承載力。通過(guò)褥墊層的設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)CFG 樁和樁間土剛性的控制，實(shí)現(xiàn)CFG 樁與樁間土承載力的有效傳遞，保證了復(fù)合地基的穩(wěn)定性，避免CFG 樁在使用過(guò)程中發(fā)生不均勻沉降。作為一種快速有效的市政道路工程地基處理措施，CFG 樁加固技術(shù)越來(lái)越受到廣泛應(yīng)用。但是CFG 樁的施工工藝仍然有較多需要注意的環(huán)節(jié)，施工不當(dāng)將嚴(yán)重影響土基處治的質(zhì)量，導(dǎo)致道路在運(yùn)營(yíng)時(shí)發(fā)生不均勻沉降、塌陷等病害。

2 CFG 樁處理市政道路軟基地基的實(shí)踐

2.1 工程概況

本項(xiàng)目位于國(guó)內(nèi)西南地區(qū)某市政道路工程一期填土區(qū)，道路總長(zhǎng)為2513.105m，沿線地質(zhì)為淤泥及淤泥質(zhì)軟土，在進(jìn)行道路施工前需對(duì)軟弱地基進(jìn)行加固。項(xiàng)目范圍內(nèi)原場(chǎng)地為魚塘和農(nóng)地，現(xiàn)地面已經(jīng)用人工填土進(jìn)行平整，地勢(shì)較為平坦。根據(jù)勘察報(bào)告，自上而下地層結(jié)構(gòu)為：人工填土（2.1～3.5m 高）、第四系路交互項(xiàng)沉積淤泥、燕山期花崗巖殘積粘性土，燕山期花崗巖風(fēng)化帶。根據(jù)道路等級(jí)，本次設(shè)計(jì)要求軟基處置后的工后沉降值不得超過(guò)30cm。

2.2 本項(xiàng)目CFG 樁軟基治理方案

充分考慮本項(xiàng)目的工期安排和地質(zhì)情況后，決定采取CFG 樁法進(jìn)行道路軟弱地基的處置，以CFG 樁、褥墊層、樁間土作為復(fù)合地基。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)CFG 樁采用42.5 普通硅酸鹽水泥，樁基強(qiáng)度為C15，直徑為40cm，樁基位置至少達(dá)到持力層1.5m，采用矩形方式布置，間距1.8m，頂部鋪設(shè)中粗砂土層，厚度不低于50cm。為避免泥漿和噪聲對(duì)周邊環(huán)境和居民生活造成較大影響，本次采用長(zhǎng)螺旋鉆孔、泵壓成樁工藝進(jìn)行CFG 樁的鉆孔和成型。施工前需進(jìn)行填土翻挖、排水設(shè)施施工等工序，保證打孔及成樁過(guò)程的排水順暢。

3 軟土路基中CFG 樁的施工要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行CFG 樁的打孔成樁施工前，需要做好施工準(zhǔn)備工作。首先應(yīng)徹底清理地面，將地面雜草、雜物等進(jìn)行清除后，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整。施工人員應(yīng)熟悉并準(zhǔn)確理解設(shè)計(jì)圖紙中的要求，并重新復(fù)合地質(zhì)資料，明確樁位后放線、標(biāo)記，同時(shí)按要求布置沉降觀測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，方便后期進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此后可以進(jìn)行第一次全面的地基沉降觀測(cè)，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。在打孔、成樁前，還需要根據(jù)施工組織計(jì)劃充分落實(shí)相關(guān)的人員、機(jī)械和材料，對(duì)機(jī)械和材料等開展檢驗(yàn)、試驗(yàn)，確保材料滿足CFG 樁的質(zhì)量要求，確定水泥、碎石、粉煤灰、水等原料的配合比、攪拌速度、時(shí)間等參數(shù)。

3.2 鉆機(jī)就位

本項(xiàng)目選用長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁，鉆孔前再次復(fù)核標(biāo)記鉆孔位置與設(shè)計(jì)圖紙是否相同，確保按照設(shè)計(jì)的定位點(diǎn)進(jìn)行鉆孔施工。為了避免土基受到打孔擾動(dòng)的影響出現(xiàn)不均勻塌陷，CFG 樁的施工應(yīng)采用跳樁法，由中心位向周圍展開。待長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)進(jìn)入指定地點(diǎn)后，應(yīng)利用設(shè)備四周的垂桿校正鉆機(jī)位置，保證鉆桿與樁中心對(duì)正，一般而言樁位偏差不得超過(guò)5cm，鉆桿垂直偏差小于1%。在鉆機(jī)端頭到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)應(yīng)立即停止鉆孔，進(jìn)行CFG 混合料的泵送。

3.3 CFG 樁的配置

CFG 混合料的配置，事關(guān)CFG 樁的成型質(zhì)量和承載力，拌料時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格根據(jù)試驗(yàn)室確定的配合比來(lái)進(jìn)行，不得擅自改變?cè)吓浔取楸ＷCCFG 樁的成型質(zhì)量，灌注前還應(yīng)再次確定各原材料的性能指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求。在配置混合料時(shí)，上料的順序應(yīng)遵循碎石、水泥、粉煤灰、砂依次混入，混合料應(yīng)充分均勻攪拌，避免原材料大量粘附筒壁或者飛揚(yáng)出攪拌筒，坍落度控制在16-20cm，根據(jù)混合料的塌落度情況及時(shí)調(diào)整投入攪拌機(jī)的加水量。所拌和混合料的數(shù)量應(yīng)根據(jù)成樁數(shù)量和運(yùn)輸距離妥善確定，拌和好的混合料應(yīng)立即送往鉆孔現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)輸過(guò)程中攪拌不得停止。

3.4 灌注成樁

在CFG 混合料送達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)立即開始灌樁作業(yè)，通常最遲不得超過(guò)兩個(gè)小時(shí)。在正式灌樁前仍需對(duì)材料進(jìn)行檢驗(yàn)，可以踏落度作為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁的CFG 樁，一般要求混合料的坍落度在16-20cm。在灌樁時(shí)，混合料的泵送量、泵送速度、拔管速度等都對(duì)CFG 樁的成樁質(zhì)量有重要影響，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工組織計(jì)劃中確定的參數(shù)進(jìn)行灌樁，同時(shí)時(shí)刻關(guān)注樁體的均勻性及成型質(zhì)量。拔桿時(shí)間應(yīng)準(zhǔn)確控制，拔管速度應(yīng)于泵送量緊密匹配，當(dāng)遇到飽和砂土或粉土?xí)r，切不可停泵等料。當(dāng)灌注到CFG 樁頂位置時(shí)，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)灌注50cm 樁頭，為后期沉降的發(fā)生預(yù)留長(zhǎng)度。在鉆桿拔出地面后，及時(shí)觀察CFG 樁的成樁質(zhì)量，并用濕黏土覆蓋樁頂，方可移動(dòng)鉆機(jī)到達(dá)下一點(diǎn)位。在整個(gè)施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)安排專人負(fù)責(zé)指揮和監(jiān)督，確保施工安全及成樁質(zhì)量。注意CFG 樁在施工時(shí)不可避免地會(huì)對(duì)周邊土體產(chǎn)生擾動(dòng)，因此可能導(dǎo)致周邊的樁點(diǎn)位發(fā)生移動(dòng)，在進(jìn)行后續(xù)CFG 樁的施工前，仍需再次復(fù)核檢驗(yàn)設(shè)計(jì)及樁中心的點(diǎn)位是否與設(shè)計(jì)相同。

4 質(zhì)量控制措施

4.1 嚴(yán)格控制撥管的高度和速度

在實(shí)際施工時(shí)，在灌裝的初期可能沒(méi)有成樁的質(zhì)量數(shù)據(jù)可供參考，此時(shí)尤其應(yīng)注意拔管的速度與高度。通常拔管高度應(yīng)控制在0.5-1m，在每次拔管后應(yīng)暫停10s，并進(jìn)行錘擊避免混合料粘附管口，也可采用反插0.3-0.5m 的方法。由于混合料需要分段添加，因此為了確保成樁的完整性，管內(nèi)混合料應(yīng)高出拔管1.5m 以上，拔管速度應(yīng)低于1.5m/min，當(dāng)樁周圍土質(zhì)不良時(shí)，拔管速度應(yīng)進(jìn)一步放緩，避免出現(xiàn)成樁縮徑現(xiàn)象。

4.2 按序跳打施工

CFG 樁的鉆孔應(yīng)遵照跳樁法，避免鉆孔作業(yè)對(duì)范圍內(nèi)土層產(chǎn)生不利影響，跳打施工時(shí)應(yīng)順著同一方向、間隔次序有序推進(jìn)。在成樁后應(yīng)及時(shí)將標(biāo)尺布置在樁頂，方便查看成樁的沉降情況，同時(shí)仔細(xì)觀察鉆孔灌樁施工對(duì)先前成樁是否產(chǎn)生擠壓。整個(gè)鉆孔灌樁過(guò)程均應(yīng)保證樁基與樁中心垂直對(duì)正，施工過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)孤石，應(yīng)及時(shí)通知有關(guān)單位協(xié)商對(duì)策，可適當(dāng)移動(dòng)樁位但應(yīng)保證樁體滿足要求。

4.3 樁體裂縫控制

在破除樁頭時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)人員經(jīng)驗(yàn)不足、錘擊力量過(guò)大導(dǎo)致樁體出現(xiàn)裂縫，同時(shí)機(jī)械撞擊、樁間土受到破壞等也可能造成樁體開裂，一般情況下裂縫會(huì)出現(xiàn)在距離樁頂1m 左右的位置，地面水、地下水可能通過(guò)裂縫到達(dá)樁體內(nèi)部，造成更為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性破壞。因此為避免出現(xiàn)類似情況，在開挖樁間土?xí)r最好以人工為主，在破鑿樁頭時(shí)應(yīng)注意控制力度。

4.4 成樁質(zhì)量的檢測(cè)

在CFG 樁成樁后應(yīng)及時(shí)檢測(cè)其質(zhì)量，確保CFG 樁的性能滿足設(shè)計(jì)要求，每個(gè)批次的檢驗(yàn)個(gè)數(shù)不應(yīng)小于5 根，檢測(cè)的參數(shù)包括樁體強(qiáng)度、垂直度、復(fù)合地基的承載力等。其中垂直度偏差不得超過(guò)設(shè)計(jì)的1%，樁位偏差不應(yīng)超過(guò)5cm。在檢測(cè)承載力時(shí)，需要對(duì)單樁承載力和復(fù)合地基承載力均進(jìn)行檢測(cè)，并計(jì)算其沉降，一般施工結(jié)束一個(gè)月樁體強(qiáng)度滿足荷載條件后，即可開展復(fù)合地基的檢測(cè)工作。需密切關(guān)注各樁體的工后沉降情況，對(duì)于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的樁體，及時(shí)通知有關(guān)部門處置。

經(jīng)檢測(cè)，本項(xiàng)目CFG 樁的單樁及復(fù)合地基承載能力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，表明本次項(xiàng)目CFG 樁的鉆孔成樁取得了較好的效果。

5 結(jié)論

CFG 樁具有性能穩(wěn)定、施工便捷、工期短、承載力較好、造價(jià)低等特點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用于道路軟土地基的處治。本文基于某項(xiàng)目CFG 樁的工程實(shí)踐，探討了利用CFG 樁處理道路軟土地基的施工要點(diǎn)和質(zhì)量控制措施，檢測(cè)結(jié)果表明本次項(xiàng)目CFG樁取得了較好的工程效果。