應用CFG樁加固高速路橋軟弱地基的技術分析

樊卓

（湖南建工交通建設有限公司，長沙 410000）

1 CFG樁基本概念

1.1 含義及特點

水泥粉煤灰碎石樁（Cement，Fly-ash Gravel Pile，CFG樁），是由碎石、石屑、粉煤灰、適量水泥加水拌和，再經由成樁機具制成的具有一定黏結強度的樁。碎石樁由松散的碎石組成，在荷載的作用下碎石樁會產生膨脹變形，當樁處于軟土中時，樁體容易因膨脹而破壞。而CFG樁因為是低強度的混凝土樁，不僅可以進一步提高地基承載力，還因為其樁身有一定的黏結性，可以在較長范圍內受力，更能充分地發揮樁周摩擦阻力和端承力。另外，CFG樁對提高復合地基承載力幅度較大，普遍適用于加固填土、飽和非飽和黏性土、松散砂土和粉土等。總的來說，CFG樁的優勢主要表現在沉降變形小、施工相對簡單、造價較低、承載力提高幅度大、適用范圍廣、穩定性強、社會和經濟效益高等。目前來說，CFG樁廣泛運用于高速路橋的軟弱地基處理[1]。

1.2 CFG樁作用原理

CFG樁的加固和作用機理主要概括為：（1）CFG樁復合地基對地基起到了良好有效的置換作用，使之承載力得以提高；（2）褥墊層起到樁體和樁間土的荷載調整均化作用，改善樁體和樁間土的荷載承擔效果；（3）對于砂土和粉土來說，CFG樁復合地基還具有相對顯著的擠壓密實效果。樁體、樁間土和褥墊層的具體作用如下。

1.2.1 樁體

樁體作為CFG樁復合地基中主要承擔荷載的作用部分，主要承擔上部和水平荷載。對于擠壓密實效果不同的地基來說，樁體還能起到一定的增強擠壓密實效果的作用和一定的置換作用。

1.2.2樁間土

樁間土是CFG樁復合地基中承擔荷載的重要組成部分，主要承擔豎向和水平荷載。在樁的施工過程中，樁間土受到擠壓密實作用，從而使樁間土的承載力提高，而樁間土的承載力提高后會讓樁周圍土側的應力增加，從而提高樁體本身的性能。

1.2.3 褥墊層

褥墊層作為CFG樁中的重要組成部分，主要是調整均化樁體和樁間土間所受荷載，同時減少樁體的向上刺入度及調整樁體、樁間土荷載分擔比。

1.3 CFG樁的主要質量要求

1）CFG樁樁位必須與設計相符，樁距誤差應不大于100 mm；CFG樁樁體垂直度允許偏差應≤1%，樁徑不小于設計值。

2）CFG樁樁長應滿足設計要求，樁端進入持力層不小于50 cm，樁頂高出設計標高50 cm。樁身強度≥20 MPa，樁體整體保持完整。

3）處理后的CFG樁復合地基承載力應不小于130 kPa。

2 CFG樁施工流程和施工技術

2.1 施工流程

CFG樁施工流程主要是：場地平整→放樣定位→埋樁頭→鉆機就位→振動沉管→投料拔管→移機→砍樁頭→接擴頭樁→鋪設褥墊層。

2.2 施工技術

2.2.1 CFG樁的成孔技術

（1）CFG樁的成孔機械設備主要有成孔設備鉆機，樁體位置測量定位儀器全站儀等。（2）為了避免出現因連續施打導致樁體混凝土縮徑或者樁身被擠等質量缺陷情況，CFG樁加固要采取間斷跳打，而不是連續施打。（3）使用CFG樁加固處理的整體范圍要包含該段路橋軟弱地基范圍內的所有應加固軟土，無論是可塑性紅黏土，還是粉質黏土或者風化巖，都要使用CFG樁加固處理。（4）CFG樁的成孔施工工藝流程為：安置調整打樁機→設置鉆孔深度→進行試鉆→達到深度后，再空鉆排土→控制鉆距→樁孔位置調整[2]。

2.2.2 CFG樁的成樁技術

（1）CFG樁的成樁機械設備主要有樁體混凝土輸送設備輸送泵，樁體混凝土拌和設備混凝土攪拌機等。（2）CFG樁的成樁施工要注意等到空鉆清理樁底雜物時，即開始配料，等到雜物清理完成后，嚴格按照相關要求進行樁體灌注處理。（3）CFG樁的成樁施工工藝：樁底雜物清理→按照要求進行配料→進行混合料灌注→提鉆速度的控制→完成基本灌注。

3 CFG樁質量控制要點

1）在CFG樁正式施工前，施工單位要進行CFG樁成樁工藝性試驗，通過工藝性試驗確定CFG樁的施工過程相關技術參數和具體施工工藝。在工藝性試驗中要做好對技術參數的記錄及保存，以作為后續正式進行CFG樁施工的基本依據和參考。

2）CFG樁的樁位施工順序與所處土層性質和設計樁距有關。對于高速路橋軟弱地基，需要運用的是隔樁跳打的打樁方式；針對滿堂布樁，則需要從中心向外圍推進或者是由一邊向另一邊推進的施工順序。

3）要安排專人做好CFG樁沉管過程中的相應沉管記錄。一般來說，每沉管1 m就要記錄一次電流數據，沉管記錄不僅可以明確土層變化，也能幫助復核工程地質勘察資料。

4）根據沉管記錄，要在CFG樁樁端到達持力層的時候，也就是鉆機基本動力明顯減弱的時候，根據設計樁長和樁機抬架位置進行相應的調整，以控制產生的擺動。

5）CFG樁的拔管速度會嚴重影響到樁體的質量，過快會導致樁徑偏小或縮徑斷樁，會導致產生離析，影響設計強度，因此，要嚴格控制拔管速度。一般來說，公路路橋軟弱地基拔管速度應在0.6～0.8 m/min為宜。

6）混合料的質量嚴重影響到CFG樁樁體強度和成樁質量，因此，混合料的和易性要進行嚴格控制。另外，在CFG樁施工過程中，還要進行樁體混合料的試塊試驗，以用來檢測不同齡期的混凝土實際強度從而判斷樁體達到的強度。

7）CFG樁的樁頂標高應比設計標高高0.5 m左右，高出的樁頂主要是適用于濕黏土的封頂。當樁體達到相應強度后，再進行開槽，要注意開槽的時候避免對樁體或者樁間土造成破壞。

8）嚴格測量確定樁頂標高后，再進行鑿除樁頭。鑿除樁頭的時候，為了保證樁頂的平整和保護樁身，不可以使用重物橫向擊打樁體，也不能僅僅是單邊的鑿除。

9）褥墊層的鋪筑必須要分層鋪筑并靜力壓實，層層到位，按照國家規范要求，土工格柵的鋪設要貼緊下承層，土工格柵要進行固定，既要保證平順拉直，也要保證上層和下層土工格柵至少錯開100 cm方可進行施工。另外，當使用搭接方法制作土工格柵時，搭接長度要滿足30 cm以上；使用黏結或者是縫接制作土工格柵時，黏結或者縫接長度要大于5 cm。

10）在CFG樁成樁過程中要利用在樁機頂部設置的垂球來控制CFG樁的垂直度，垂直度的偏差不能超過1%。

4 CFG樁常見問題出現的原因及解決措施

4.1 樁體斷樁的原因和預防措施

樁體斷樁的原因主要有：（1）混合料配合比不佳或者混合料攪拌時間不充分；（2）冬季施工時混合料的保溫措施做得不好；（3）拔管速度和高度控制不佳；（4）樁體樁頂處理不好。

為避免CFG樁發生斷樁的預防措施有以下幾種：（1）嚴格按照土層的不同進行混合料配比的調整，混合料攪拌時間一定要充分；（2）做好樁體施工工序間的配合工作，尤其是提鉆速度一定要與混凝土泵送量匹配，嚴格控制由于混凝土輸入量大于提鉆時產生的空孔體積，要讓混凝土面基本始終保持在鉆頭以上1 m，避免在樁體中形成充水孔洞；（3）冬季施工時要嚴格做好混合料的保溫工作，如果發現混合料出現保溫不良，要及時處理，不可將就使用；（4）嚴格控制拔管高度和速度，每次拔管后均要留下振搗時間。

4.2 混凝土泵送管堵管的原因和預防措施

在CFG樁樁體施工過程中，堵管的原因主要有：（1）施工現場外界氣候環境突然驟變，導致混合料在泵送管中產生變化，導致堵管；（2）CFG樁樁體施工過程中工序銜接不恰當或者混凝土泵送時間控制不當，導致混合料坍落度產生變化，引起損失，進而導致堵管；（3）混合料運送不及時，導致泵送不連續，需停機等待混合料時間過長導致堵管；（4）泵送機械檢修不及時，導致泵送過程出現故障致使堵管。

針對堵管產生的原因，解決措施主要有：（1）泵管要進行覆蓋灑水降溫，以減少外界環境突變對混合料產生的影響。（2）一旦施工現場發現輸送的混合料坍落度出現大的變化，要及時將混合料運送回拌和站進行再次處理。（3）當混合料運送不及時，停機等待時，要每隔一段時間，基本時隔10 min左右打一次反泵，以減少堵管發生的頻率。等待時間過長時，要及時對鉆機和泵管進行清洗，降低堵管可能性。（4）遇到機械故障時，先要迅速切斷電源，再及時清洗干凈泵機和泵管，避免因清洗不及時導致堵管。（5）施工現場的泵機司機和鉆機司機及現場管理人員要固定，且要準備有效的通信聯系工具，合理安排混合料的運送和泵送速度等，減少堵管現象的發生。

4.3 CFG樁樁體承載力不足的原因和預防措施

CFG樁在施工過程中，導致CFG樁樁體承載力不足的原因有：（1）樁體未真正穿透軟土地基或者恰好置于夾層上，容易造成樁體已經深入硬層的假象，導致樁體承載力不足；（2）設計時樁體樁長設計不佳，樁長不足，導致樁體承載力無法滿足設計要求。

針對樁體承載力不足主要解決措施有：（1）正式開始樁體施工前，要反復對地質進行復查，確保施工工程中樁體要深入硬層；（2）一旦發現樁體樁長等設計有所不足，施工單位要及時與設計單位取得聯系，提出變更建議，設計單位根據實際情況及變更建議，及時完善設計變更[3]。

5 CFG樁加固處理建議

1）勘察單位切實做好高速路橋工程的土質勘察工作，明確要進行加固處理的軟土性質，以便設計單位根據土質進行恰當設計。

2）設計單位要結合現場的情況，完善設計，若需變更時，設計單位要及時完成變更并指導施工單位切實做好變更后加固處理方案。

3）施工單位一定要嚴格遵守相關規范要求，切實做好CFG樁施工的每一步，要讓CFG樁發揮出其特性。

4）監理單位要加強重點工序和關鍵技術的監督管理，以確保CFG樁施工的科學性和完整性，從而保證CFG樁的加固作用。

6 結語

軟土地基的加固處理好壞關系到整個高速路橋工程的質量優劣，切實應用CFG樁做好對軟弱地基的加固處理，對保證整個工程質量有著重要的意義。在進行CFG樁施工時，各工序要遵循相關規范要求，合理合規地完成CFG樁對軟弱地基的加固處理。