鐵路路基工程中CFG 樁施工及質量控制

任 強

（河南科技大學土木工程學院， 河南 洛陽 471000）

1 工程概況

玉磨鐵路里程段D1K498+583.2～D1K498+750 地質情況第一層為粉質黏土（軟塑），第二層為細圓礫土。表層粉質黏土（軟塑）承載力不合格，厚度為3.0～3.8m，不滿足填筑要求，地基采用CFG 樁處理。樁徑為50cm，按照正方形布置間距為1.8m，樁長3.8～5.0m，樁頂上部按設計要求設鋼筋混凝土樁帽，上部鋪設20cm 碎石+土工格柵+20cm 碎石+土工格柵+20cm碎石。為了后期CFG 樁大面積施工，提前選擇6 根樁進行試樁。本文旨在通過試樁施工，對施工工藝進行總結，便于后期大面積施工；以及對全部樁體施工中出現的問題進行分析提出解決措施。

2 CFG 樁的概念

水泥粉煤灰碎石樁主要由水泥、粉煤灰、碎石、砂、拌和用水等按照設計比和相關規范要求制成，簡稱就是CFG 樁。CFG 樁通過與樁間土及上部褥墊層組合成復合地基結構，該技術起因于碎石樁加固技術，在其基礎上逐漸發展形成。其充分利用粉煤灰這種工業廢料代替部分水泥材料，在降低施工成本的同時有助于樁體后期結構強度的增加[1]。

3 施工工藝

（1）場地平整、測量放線：先進行場地平整，再使用全站儀測放出設計邊界、每根CFG 樁位置，用竹簽進行標示。

（2）鉆機就位：根據竹簽位置來給鉆機定位，達到既保證鉆機水平，又要保證鉆桿垂直，且其垂直度控制在1.0%以內，鉆頭中心的允許偏差小于5cm。

（3）鉆進成孔：長螺旋鉆機工作時必須保證先慢后快，根據方案速度擬定為每分鐘1～1.2m。邊施工邊記錄，成孔達到設計深度或超過設計深度，保證鉆入持力層滿足要求。

（4）達到設計深度且核定無誤后，應終止鉆進，做灌注準備，將混凝土輸送軟管兩端分別接至鉆桿頂部接口和混凝土輸送泵接口處。使用普通混凝土灌注方法時，由壓力輸送泵按要求壓力將混凝土通過輸送管、鉆桿中心管孔壓灌，避免了提桿后灌注步驟[2]。提桿速率擬定每分鐘1.5～1.8m，及時、準確做好記錄。灌注高度必須過樁頂的設計標高50cm 以上。灌注過程中，混凝土試塊應抽樣制作，每臺機械每天至少做一組（3 塊），試塊的尺寸為150mm×150mm×150mm，標準養護。

（5）移機前使用全站儀再次核查下一根樁位。同時檢查鉆桿和鉆頭，有必要時在移機后進行清洗。

（6）每根CFG 樁灌注完成后，拔出鉆桿，同時用全站儀檢查樁頂標高是否高出50cm，滿足后用濕黏性土或者粒狀材料進行封頂。

（7）CFG 樁在完成7 天后就可以鑿除多余樁頭，需要用全站儀確定設計的樁頂標高，劃出設計位置。

（8）制作樁帽：待樁基檢測合格后，可繼續進行樁帽施工，尺寸厚度35cm、長100cm、寬100cm。

（9）施工墊層：樁頂進行樁帽施工后，樁帽頂鋪設20cm 碎石+土工格柵+20cm 碎石+土工格柵+20cm 碎石。

4 試驗結果分析

4.1 復合地基承載力特征值的確定

4.1.1 分析方法應符合的規定

p-s 曲線如果是平緩光滑的曲線，可以用相對變形值，并應符合下列規定：

（1）以黏性土為主進行CFG 樁加固的地基，這時候可取為0.01 時對應的值；

（2）承壓板的大小如果大于2m，則b 按2m 計；

（3）使用相對變形值來確定的承載力特征值，不能大于最大加載壓力的50%[3]。

其中：s 為承壓板的沉降量；為承壓板寬度。

4.1.2 復合地基承載力特征值的確定

CFG 樁復合地基靜載荷試驗PS 曲線圖見圖1。

圖1 CFG 樁復合地基靜載荷試驗p-s 曲線圖

在p-s 圖中，沉降曲線是平緩的光滑曲線。CFG 樁處于地基主要是黏性土， =0.01，承壓板邊長 為3.6m 大于2m 按2m 計，=0.01×2000mm=20mm。2#、4#、6#樁在最大440kPa 的壓力下，總沉降量均未達到20mm，值取440kPa。又由于不能大于最大加載壓力的一半，所以2#、4#、6#樁承載力特征值可取220kPa，符合設計要求的不小于220kPa。

4.2 單樁承載力

4.2.1 分析方法應符合的規定

（1）Q-s 曲線如果屬于陡降型，對應的荷載值為發生明顯陡降的起始點；

（2）如果超過24h 達不到相對穩定標準，取前一級的荷載值；

（3）針對于Q-s 曲線是緩變型的，用總沉降量（）達到40mm 所對應的值；

（4）以上方法都不合適的，直接取最大值;

（5）單樁承載力特征值的大小應為以上方法確定的50%[4]。

4.2.2 單樁承載力確定

CFG 樁地基單樁靜載荷試驗p-s 曲線圖見圖2。單樁靜載試驗p-s 圖中，最大加載800kN 后，樁頂總沉降量小于20mm。根據以上分析方法確定2#、4#、6#的值應該是800kN，所以單樁的豎向抗壓承載力特征值取其50%應該是400kN，符合設計不小于400kN 的要求。

圖2 CFG 樁地基單樁靜載荷試驗p-s 曲線圖

5 工藝總結

5.1 施工工藝驗證

（1）驗證了選用施工設備、施工工藝的正確性、合適性。驗證了長螺旋鉆機的優點：成樁速度快、質量比較好。

（2）驗證了混凝土原材料和配合比的正確性、可用性。

5.2 試驗總結

通過6 根CFG 樁的試驗，我們總結出以下數據：

（1）長螺旋鉆機成孔速率保持在每分鐘1～1.2m；灌注和拔管合適速率為每分鐘1.5～1.8m，同時要保證連續均勻；

（2）本次施工的配合比為：砂∶碎石∶水泥∶外加劑∶粉煤灰=984∶984∶210∶2.9∶80；

（3）出廠坍落度控制在160～200mm 之間；

（4）當鉆機鉆桿出現抖動和鉆機電流表讀數從110A 左右增至180A左右時判定鉆進至持力層。

本次施工試驗證明了：施工準備、施工工藝以及施工組織具有可靠性、可行性、合理性，而且為后期大面積施工提供了非常有價值的經驗和技術參數。

6 CFG樁常見問題研究及解決方法

6.1 導管堵塞

產生原因：（1）混合料配合比沒有選擇好、不合適；（2）混合料攪拌不夠好；（3）設備存在缺陷。

解決方法：（1）原材料、混凝土的配合比、坍落度都要符合要求；（2）灌注管道要避免過大彎折、過大變徑，每次拆卸導管后及時清洗干凈；（3）加緊現場要協調、管控，保證前后工作配合緊密。

6.2 偏樁

產生原因：場地不平、樁機對位不認真、地質情況使鉆桿跑偏。

解決方法：（1）施工前整平場地，平整壓實；（2）鉆機下桿時，認真仔細核查垂直、水平，嚴格控制誤差。

6.3 斷樁、夾層

產生原因：①提鉆太快會導致鉆頭上的泥塊會大量落入孔內，或是使用大型機械施工造成淺層斷樁；②斷樁如果發生在設計標高以下，必須補救；③距樁頭較近處如果有斷裂面，可接樁并達到設計標高；④若是斷樁位置很深，只在旁邊補加一根。

解決方法：（1）保持混凝土連續灌注；（2）灌注過程中嚴格控制提速，如因意外原因造成停滯時間大于初凝時間時，應重新成孔灌樁；（3）用小挖機配合人工清理樁間土，禁止用大型機械。

6.4 樁身砼收縮

產生原因：樁身回縮是通病，可通過外加劑和超灌進行解決。

解決方法：（1）灌入時保證樁頂超設計50cm 以上，孔口要時刻注意防止混入土渣；（2）減水劑選用效果好的。

6.5 樁頭質量問題

產生原因：（1）為了使閥門打開方便，先提鉆后泵料致樁端不夠飽滿；（2）排氣閥不正常工作致樁頭空芯。

解決方法：（1）先泵料后提鉆，防止樁口處有土渣掉入混凝土；（2）鉆桿頂端氣閥保證開啟自如；（3）應超灌排除浮漿后再成樁。

6.6 單樁承載力低

產生原因：與樁底地質情況有關，樁底不是持力層、承載力不足，沒有鉆到到設計標高位置。

解決方法：（1）注意測量樁長，保證鉆到設計標高及以下；（2）灌注混凝土時，先泵送混凝土滿后提鉆，才能保證樁底有好的嵌固；（3）黏土層中加快速度鉆孔，可有效避免。

6.7 串孔

產生原因：（1）土層中含有大量的松散飽和粉土、粉細砂；（2）鉆進過程中葉片具有剪切作用，土體受剪切擾動，積累大量能量，促使使土體發生液化。

解決方法：（1）采取跳打、隔排跳打的方法，無法進行跳打時，采取前一根樁灌注混凝土產生一定強度時，再進行附近樁施工[5]；（2）上報設計院，增大樁距，有效減輕打樁的剪切擾動；（3）在串孔區域要減少打樁推進的排數，可減少對擾動能量的積累；（4）合理提高鉆進速度也起到作用。

7 結束語

CFG 樁對軟基加固處理效果明顯，滿足了路基對地基穩定的要求。但施工工藝也是比較繁雜，施工中容易出現很多質量問題。在施工中必須加強施工管理，提前采取防控措施保證CFG 樁的質量，從而保證鐵路路基的安全。本文也為相似工程CFG 樁的施工提供了借鑒。