CFG 樁施工控制及工藝性試驗研究

周磊

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 前言

試樁是為了確認建筑施工機械設備、施工工藝和方式以及建筑施工次序，并確認水泥的坍落度和含水率。此外，還需要規定混凝土攪拌持續時間和拔管速度，以防止斷樁等問題的發生。CFG 樁的檢查分為單樁靜載試驗、低應變檢測和綜合地基承載力測試。

許多學者已經對CFG 樁進行了深入的研究，李智杰總結了雙向水泥攪拌樁、釘形樁及管樁等樁型在該地區的可行性和可靠性，并且分析了高壓旋噴樁和CFG 樁無法成樁的原因，提出了布袋注漿樁作為替代方案。則對CFG 樁復合地基的承載力進行了理論計算，并與實際試驗進行了比較分析。研究發現，CFG 樁對樁間土沒有顯著的擠密作用；曾召田、呂海波等人對CFG 樁的設計、施工和檢測技術進行了深入分析，證明了采用CFG 樁復合地基的可行性，為類似工程提供了寶貴的參考經驗。可行性和可靠性，分析了高壓旋噴樁和CFG 樁不能成樁的原因，提出了布袋注漿樁來替代高壓旋噴樁的處理措施；馬永峰、張志豪等，曾召田、呂海波等，王旭、張延杰等探討了兩種復合地基的承載特性，試驗研究成果對飽和黃土地基處理提供了借鑒和經驗。張泰安、王軍琪通過對CFG 單樁及單樁復合地基的實驗研究，結合靜載測試和分析，張泰安和王軍琪提出了一種有效的靜載試驗方法，以鑒定CFG 單樁及單樁復合地基的強度。

“防患于未然，先行先試”是一種基本原則，通過對試樁工程施工的各項指標進行綜合評估，可以驗證施工技術方法的科學性和適用性。實驗結果可以為后續施工提供參考，幫助我們更好地完成工作。

2 工程概況

伊翠公路特大橋全長528.35m，橋梁均呈直線布置，構成了一條完整的交通網絡。樁基礎樁徑為1.0m 合計140 根，3088m；樁基為C30 混凝土共計2535.26m3，鋼筋共計107.42t。按照設計和規范的要求，我們進行了工藝性試樁。CFG 樁總長138812m，樁徑0.5m，樁間距2.0m，呈長方形布局，平均樁長4 ～10mm。試樁號分別為試樁10、試樁11、試樁12、試樁13、試樁14、試樁15、試樁16、試樁17、試樁18，設計樁長為5m，設計單樁承載力280KN。在這些樁中，低應變檢測樁的編號分別為10、12、14 和18；而單樁承載試驗樁的編號則分別為10、14 和12，試樁布置圖如圖1 所示，試驗現場如圖2 所示。

圖1 試樁布置圖（單位：m）

圖2 試驗現場

3 CFG 樁復合地基工藝試樁方案

3.1 施工流程

（1）準備工作。在開始試樁施工之前，應當對建筑施工場地實行徹底的清理，清除多余的物品，并嚴格按照規范要求使場地保持平整。同時，還要檢查一下供電、線路等工作情況；按照建筑施工前放置的建筑樁位，將釬子伸入地底，使用白灰標記，樁位誤差不得超過10cm；此外，還要確認長螺桿鉆機為履帶型走行鉆機，可以自動就位。在鉆機安裝完畢后，必須保證它的平整度和穩固性，以避免在建筑施工時出現傾倒或移動情況。為了保證鉆桿的水平程度，應在鉆架上掛上垂球，并使用前后左右的直角標準檢測塔身導桿，以校準鉆桿的高度，使其與樁位中央保持直角。為了保證鉆孔深度的正確性，應在樁架上安裝一個標準，便于在現場開展觀察和記載。此外，在鉆塔前安裝一個400A 的交流電流表，便于依據不同的地質條件實時監測電流變化，試驗現場如圖2 所示。

（2）混凝土制備。參照實驗室規定的施工配合比完成混合料拌和，通過計算機監控和打印機錄入，每盤料拌和時限嚴格控制在120s 以內，塌落度也要參照實驗室配合比規定的各種數據加以限制，坍落度一般在160 ～200mm。在鉆機起步時，應先關掉鉆頭閘門，然后上下移動鉆桿至鉆頭觸地時，再啟動電機鉆入，先慢后快，以確保澆筑質量。在每個鉆機到位前，應當通過自動調整操作系統校核導向架的垂直，以確保樁身的穩定性。如果出現鉆桿搖晃或難以鉆入，應當減慢鉆機轉速，以避免樁孔傾斜、定位，并避免鉆具損傷。此外，還應當依照鉆機塔上面的進尺標志，在成孔到達工程設計高度時，立即停車鉆入。在鉆入流程中，應當確保注漿軟管的安裝牢固，避免出現折角，以免發生堵爆管事故。為了更好地掌握鉆入流程中的電流變化情況，應當記下每米電壓值，并采集每米及其設計斷層面土樣，以便開展地質條件檢查。通常，鉆進速度應掌握在1.2 ～1.5m/min。

（3）灌筑成樁。在鉆井至工程設計高度后，終止鉆進，開啟泵送混雜料灌注，當鉆桿芯管裝滿混雜料后，采取靜止提升鉆桿，控制提升灌注速率在2.5 ～3m/min，澆筑時樁頂標準應超過工程設計標準50cm，并在樁頂下方2.5m 區域內實行震動搗固，以確保澆筑質量。做好樁的灌注后，應當對樁頂實行土封，以確保其良好的保護。

3.2 試驗方法

（1）低應變檢測。在樁頭截取完成后，使用低應力反射波法對樁身加以測量，以保證其整體性和混凝土強度，并使用鋼卷尺檢驗樁徑是否滿足要求。反射波法是一種垂直激振技術，它根據分析樁身不同部位的反光波傳播時間、幅值、波形特征和頻率等信息內容，來確定樁身的反光情況。

（2）樁身混凝土鉆芯取樣檢測。當需要進行低應變檢測時，可以使用全長鉆芯法。在樁身的上、中、下三個部分取樣，并至少取三個試樣進行混凝土抗壓測試，以評估樁身的強度、密實度和垂直度。

（3）靜載荷試驗。利用壓重平臺裝置和預制塊作為反力控制系統，液壓油泵和千斤頂將負荷增加到樁頂，并施以豎向式壓強，隨后，負載逐級加在樁頂上，由荷重傳感器檢測荷載，并在計算機上實時顯示樁頂所受負荷的多少。經過手動補載和判穩，流量控制器可以有效地控制油泵，使加載和補載過程變得平穩。當樁身發生變形沉降時，電子位移傳感器將會對樁頭作出對稱分布，以便及時記錄各種負荷影響下樁頂的下沉量。電子位移傳感器利用磁力表座安裝在兩根1200 型槽鋼制成的基準梁上，兩端固定在基準樁上，距離試樁中心保持5m的距離。為了更好地完成測試，我們將負載分為兩個級別：增加和卸載。每級加載量為實際試驗最大荷載的十倍，第一級負荷為二倍。卸載則按照級別執行，每級卸載量為裝載時的兩倍。

（4）變形觀測。在每一層負荷增加后，應每隔5分鐘、10 分鐘和15 分鐘進行測讀，1 小時后，每30 分鐘再次測讀，直至到達相對穩定的標準，方可增加下一層負荷。卸載時，每一層壓力持續一星期，分別在第15、30、60分鐘進行測讀，卸載至0 后，維持3 個星期。

3.3 預防斷樁

在CFG 樁施工中，我們采用長螺旋鉆機進行開挖。當鉆機安裝完畢后，開動電機，將螺旋鉆桿鉆入地底。在下料流程中，我們使用線錘檢測鉆桿的垂直，并記下鉆機工作流程中的電壓值。當鉆至工程設計高度時，我們開啟泵壓攪拌料，并在攪拌料下到孔底后均勻提鉆。為了確保鉆頭矛尖永遠埋在攪拌料中，并防止斷樁，需要按照泵入攪拌料量調節提鉆頻率。如果發現攪拌料問題，請按下聯動開關按鍵，以便及時停機提鉆。拔管頻率過快或許會引起樁徑偏小或縮頸斷樁，而拔管頻率過慢則會引起水泥料分配不勻，樁頂浮漿較多，從而使樁體硬度不夠，甚至出現混和料離析現象。在施工進程中，應嚴控拔管速度，一般情況下，拔管速度應保持在2.5～3m/min。

4 CFG 樁試驗結果

4.1 樁身完整性檢測

通過低響應反射波法檢查CFG 試樁，可以準確地評估樁身的整體性。樁頭遭受縱向激振時，應力波會沿著樁身方向流傳，并在樁身缺口部份及樁底產生反映，從而可以準確地測量出反射波的走時、相位、頻譜等參數，并利用多種數據處理方法，如頻譜分析、傳遞函數分析等，對樁身質量做出綜合數據分析，以確保樁身的穩定性。經過低響應反射波法測試，4 根CFG 試樁的時域信號特征顯示：2L/c 時間前沒有任何缺口反射波，而樁底反射波則存在，其相鄰頻差△f ≈c/2L，表明樁身穩定性良好。

4.2 復合地基承載力檢測

根據《鐵道施工地基處理技術法規》（TB10106-2010）附錄C，C.0.12 條規范，檢測的三點，當增加至設計強度的二倍時，p-s 曲線均表現出平緩圓滑的特點，而且按照相應變化值（s=0.008d=16mm）設定的強度也超過了最高加載壓強的一半，因此，單樁復合地基的允許強度可以取400kPa 的一半，以確保其安全性和可靠性。200kPa 是一個極高的電壓。結果得出，本次檢測的3 點CFG 試樁單樁復合地基容許承載力均滿足設計要求。

4.3 基樁承載力檢測

對3 根CFG 試樁進行了復合地基單樁載荷試驗，以檢驗其單樁豎向抗壓容許承載力是否滿足設計要求。根據《鐵道施工地基處理技術法規》(TB10106-2010)附錄B，B.0.10 條的規定，在檢測過程中，3 根樁均未出現異常狀況，Q ～s 曲線平緩圓滑，如圖3 所示，因為樁頂最高下沉小于40mm，所以，我們將測試最高加載壓力設定為單樁豎向耐壓極限承載力，其中一半作為單樁軸線耐壓允許承受能力，即280kN，CFG 試樁的單樁軸線耐壓允許承受能力均達到了設計要求。

圖3 10#樁Q-s 曲線

4.4 參數評價

通過工藝試驗，跨伊翠公路特大橋9#墩-1#樁基獲得主要試驗參數，護筒埋設采用內徑1.4m，壁厚6mm，長度3m 鋼護筒。使用高強度鋼制的導管，內徑達300mm，每節長度為3m，并配有1.5m 長、1m 短的管道，由粗絲扣和法蘭螺栓相連，插頭處使用橡皮圈封口，以確保防水效果。使用前泌水試驗，無漏水現象發生。首封混凝土采用儲砼量2m3的大料斗，滿足導管埋深1m 的要求。在水泥澆注流程中，管道的埋深被控制在2 ～6m，使得整體澆注流程變得順利而高效。這些主要試驗數據以及其他獲得成果指標能夠指導現場沖擊鉆機成孔工藝的施工，該項工藝試驗成果可以推廣，可用于后續沖擊鉆機進行本標段其他地質情況類似的樁基鉆孔樁施工。

5 結語

（1）基于跨伊翠公路特大橋CFG 樁施工項目，總結出了CFG 樁復合地基工藝試樁方案與試驗方法。

（2）使用低應變測定方法對樁體整體性加以詳細檢查，并根據單柱靜載試驗，計算出樁側摩阻力和樁端阻力，最后通過復合地基承載力測試，獲得復合地基的強度和下沉信息。

（3）根據檢測結果得出，單樁豎向抗壓容許承載力、單樁復合地基容許承載力、單樁豎向抗壓容許承載力均滿足設計要求，試驗研究方法對CFG 樁在路基加固工程中具有推廣應用的實際意義。