論CFG 樁加固高速路橋軟弱地基的技術

高 毅

[中路黃河（山西）交通科技集團有限公司,山西 太原 030000]

0 引言

我國部分地區地質條件復雜多變，存在軟弱地基、地下水位高、地震活動頻繁等不利因素，給高速公路橋梁的建設、維護帶來巨大挑戰。需采用有效加固技術提高地基的承載力，保證高速公路橋梁結構安全[1]。CFG樁是一種新型地基加固技術，由水泥、粉煤灰和水按一定比例混合而成的樁基機構，通過專用打樁機械打入地基中形成樁體，與周圍土體形成有效的復合地基，具有成本低、施工快等優點，已在我國高速公路橋梁工程中得到廣泛應用[2]。該文旨在探討CFG 樁加固高速公路橋梁軟弱地基的技術，為今后類似項目的設計和施工提供參考。

1 CFG 樁加固地基的機理

1.1 CFG 樁的加固和作用機理

（1）置換作用：CFG 樁在地基中形成的樁體，可以置換掉部分軟弱土層，減少地基的總體變形量，提高地基的整體剛度。

（2）褥墊層作用：CFG 樁的頂部鋪設一層褥墊層，可以將上部結構的荷載均勻地傳遞給樁體和樁間土，避免局部荷載集中，降低樁頂的應力水平[3]。

（3）擠壓密實作用：CFG 樁在地基中的沉管和拔管過程，可以對周圍的砂土和粉土產生擠壓作用，使其密實度增加，承載力提高，沉降減小。

1.2 CFG 樁的樁體、樁間土和褥墊層的具體作用

（1）錨固作用：通過樁體與地基土的摩擦力、黏結力抵抗上部結構的水平力，提高橋梁穩定性。

（2）隔水作用：通過樁體的密實性，阻止地下水的上升，降低地基的含水率，減少地基軟化。

（3）樁間土作用：樁間土與樁體相互作用形成整體，共同承受上部結構的荷載，提高地基整體承載力。

（4）緩沖作用：樁間土的變形可緩解樁體的應力集中，減少樁體破壞。

（5）褥墊層作用：CFG 樁的褥墊層是指樁頂部鋪設的一層厚度一般為0.5 m 左右的碎石或碎磚等材料，可以起到調整均化作用，即通過褥墊層的厚度、密實度的調整，使上部結構荷載分布更加均勻，避免局部荷載集中。褥墊層的硬度、韌性可保護樁頂不受上部結構沖擊[4]，延長樁頂使用壽命。褥墊層的土工格柵或鋼筋網等材料可用于連接樁體和上部結構，增強樁體、上部結構的整體性。

2 CFG 樁施工流程和施工技術

2.1 施工流程

CFG 樁施工主要流程：①場地平整：清理平整施工場，為后續施工提供良好的條件；②放樣定位：施工前根據設計圖紙定位CFG 樁的樁位、樁號；③埋樁頭：施工前將鋼管一端埋入地面，作為CFG 樁樁頭[5]；④鉆機就位：將鉆機移動到指定樁位，與鋼管連接；⑤振動沉管：使用鉆機振動功能將鋼管沉入地下形成樁孔；⑥投料拔管：用泵送機械將混合料從鋼管的上端輸送到鋼管下端，同時用鉆機將鋼管從樁孔中提出，形成CFG 樁；⑦移機：將鉆機從一個樁位移動到另一個樁位，進行下一根CFG樁的成孔和成樁；⑧砍樁頭：使用切割機切除樁頭部分，使樁頂與地面平齊；⑨接擴頭樁：成樁過程中用鋼筋、混凝土連接樁頂與擴頭樁樁底，形成CFG 樁復合基礎；⑩鋪設褥墊層：成樁過程中，用砂石或碎石鋪設一層褥墊層[6]。CFG 樁施工工藝流程見圖1。

圖1 CFG 樁施工工藝流程

2.2 施工技術

CFG 樁的成孔技術：①需使用成孔設備，如鉆機等進行成孔作業，成孔后灌注混合料形成樁體；②為保證樁體的質量，需使用全站儀等儀器測定樁體位置，采用間斷跳打方法，避免樁體縮徑或擠壓[7]；③CFG 樁加固范圍需包括所有的軟弱地基，以提高地基承載力及抗變形能力。CFG 樁的成孔施工工藝流程見圖2。

CFG 樁的成樁技術：①使用輸送泵、混凝土攪拌機等機械設備進行成樁施工；②清理樁底雜物的同時配制混合料，按照規定的壓力、速度將混合料灌入樁孔中形成樁體；③嚴格控制配料及灌注過程，保證成樁質量[8]。CFG 樁的成樁施工工藝流程見圖3。

圖3 CFG 樁的成樁施工工藝流程

3 CFG 樁質量控制要點

CFG 樁的質量控制要點主要包括CFG 樁的質量要求及施工階段的質量控制。

3.1 CFG 樁的質量要求

CFG 樁的主要質量要求如下：

（1）按照設計要求控制樁距誤差≤100 mm，以保證樁體、樁間土的有效配合。

（2）垂直度偏差≤1%，保證樁體受力均勻穩定。（3）樁徑根據土層情況、荷載要求確定，誤差≤5%。

（4）CFG 樁長根據地基層的深度、承載力確定，誤差≤10%，樁身強度≥20 MPa，樁頂高需超出設計標高50 cm，保證樁體穿透能力及錨固效果[9]。

3.2 CFG 樁施工質量控制要點

CFG 樁施工質量控制要點如下：

（1）施工前，進行成樁工藝性試驗，確定技術參數和工藝方法。試驗中要記錄電流、壓力、速度等數據，作為后續施工的依據和參考。

（2）施工時，根據土層性質和樁距選擇合理的樁位施工順序。對于軟弱地基，采用隔樁跳打方式，避免樁間相互影響；對于滿堂布樁，需按照一定規律進行對稱施工，保證樁基均勻穩定。

（3）施工后，做好沉管記錄，反映土層變化和樁體質量。每沉管1 m 記錄一次電流數據，與試驗數據對比，檢查樁體的密實度、完整度，驗證工程地質勘察資料的準確性。

（4）基于沉管記錄調整樁長及樁機抬架位置，保證樁長準確、樁機適應。根據沉管深度、設計深度的差值調整樁長；根據沉管阻力、樁機性能的匹配調整樁機抬架位置。

（5）控制拔管速度，保證混合料充分灌注。拔管速度一般控制在0.6～0.8 m/min，避免混合料的分離、凝結，造成樁體空洞、裂縫，同時防止混合料溢出，造成樁體過度灌注，樁頂超高。

（6）檢測混合料用量保證混合料的強度及穩定性。按照樁孔的容積、混合料密度計算用量，進行試塊試驗，避免影響樁體質量[10]。

（7）測定樁頂標高，樁頂標高一般比設計標高高0.5 m 左右，避免樁頂暴露或破壞，避免樁頂被埋沒或污染。

（8）鑿除樁頭，保證樁頂的平整清潔。用錘子、鋼筋剪等工具沿樁頂的外圈，自上而下，自外而內，逐層逐圈鑿除，直到樁頂與設計標高相符或略低于設計標高。

（9）鋪設褥墊層，保證褥墊層的厚度、密實度符合要求。用鏟車或人工，將碎石或碎磚等材料分層鋪筑在樁頂上，每層厚度約0.1 m，用碾壓機進行碾壓，鋪設褥墊層的上下層應用土工格柵進行搭接，保證褥墊層的連接及整體性。

（10）控制CFG 樁垂直度，保證CFG 樁的受力均勻穩定。用垂球或水準儀等儀器進行檢測，保證CFG樁的垂直度誤差不超過1%，避免CFG 樁的偏斜。控制CFG 樁的垂直度的時機是在成孔、成樁階段，成孔、成樁過程中需及時檢測調整CFG 樁的垂直度。

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

CFG 樁斷樁會影響樁基的承載力，其主要原因包括：①配合比不佳，樁體強度減弱；②攪拌不充分，樁體內部應力增大；③保溫不到位，影響混合料的流動性、穩定性，樁體的收縮、開裂增多；④拔管速度過快，樁體的空洞裂縫增加，易斷樁。

斷樁的預防措施包括：①控制好配合比，按照設計要求和施工條件制成均勻的混合料，進行試塊試驗，保證混合料的質量和數量；②加強攪拌，使用專用的攪拌機，將水泥、粉煤灰和水充分攪拌成均勻的混合料，避免分離和凝結；③做好保溫，使用保溫罐或保溫車，將混合料從攪拌站輸送到打樁機，保持溫度在15 ℃以上；④控制好拔管速度，使用專用打樁機，按照規定的速度，將鋼管從樁孔中提出，保證灌注和充填度，避免裂縫。

4.2 混凝土泵送管堵管的原因和預防措施

造成混凝土泵送管堵管的原因包括：①氣候環境驟變，影響混合料的溫度及流動性，導致混合料的凝結硬化；②工序銜接不合理，混合料坍落度變化，導致堵管；③混合料運送不及時，泵送不連續，導致堵管；④泵送機械檢修不及時，影響泵送機械作業時突發故障，導致堵管。

堵管的解決措施主要包括：①降低泵管溫度，采用灑水降溫措施，保持混合料的溫度穩定；②坍落度變化明顯的混合料需重新運送到攪拌站進行重新攪拌，恢復混合料的流動性、穩定性；③加快混合料運送速度，使用專用保溫運輸設備，加快混合料運送，減少混合料停留時間，保持混合料的溫度及流動性；④及時檢修泵送機械，定期或不定期進行清洗、潤滑、維護等工作，保證泵送機械的性能正常；⑤固定人員，有效通信，確定好各工序的負責人、操作人員，使用通信工具及時溝通協調，保證工序銜接順暢。

4.3 CFG 樁樁體承載力不足的原因和預防措施

樁體承載力不足會影響CFG 樁的安全性，甚至導致橋梁結構失效。

樁體承載力不足的原因：①樁體未穿透地基或置于夾層上，導致樁體承載力不足；②樁長設計不合理，未根據地基層的深度、承載力及上部結構荷載要求合理確定樁長，導致樁體承載力不足。

樁體承載力不足的解決措施如下：①施工前仔細核查地質情況，確保施工時樁體能夠深入地層；②如發現樁體、樁長等設計不合理，施工方需及時向設計方反應，提出變更要求，設計方需結合實況及變更要求及時變更設計；③必要時可重新沉管或增加樁長，保證樁體的穿透能力、錨固效果，提高樁體承載力，或增加樁徑、樁密度，保證樁體剛度，提高樁體承載力。

5 CFG 樁加固處理建議

為保證CFG 樁加固處理的質量和效果可采取以下措施：

（1）做好土質勘察，獲取地基的實際情況和土質特性，確定CFG 樁的設計參數，以及選擇合適的成孔及成樁技術。

（2）結合現場情況，調整優化CFG 樁的設計方案，適應地基的變化和需求，提高CFG 樁承載力、穩定性，降低CFG 樁的成本和時間。

（3）嚴格遵守規范，采用合理的施工方法和操作技巧，進行CFG 樁的成孔、成樁、質量控制等工序，保證CFG 樁的施工質量及效率，保證CFG 樁安全可靠，避免出現質量問題。

（4）加強監督管理，CFG 樁加固處理中加強對CFG 樁施工過程、施工結果的有效監管。采用合適的檢測方法，儀器檢測評價CFG 樁的承載力、完整性和強度等指標，保證CFG 樁的檢測質量及施工精度，提供CFG樁的施工記錄日志，保證CFG 樁質量符合要求。

6 結論

綜上所述，CFG 樁復合基礎的應用對于保證高速路橋工程質量及施工安全意義重大。CFG 樁施工時，需按照設計要求、施工條件進行成樁工藝性試驗，驗證CFG樁的施工可行性，確定CFG 樁施工參數，為后續施工提供依據；做好沉管記錄、拔管速度、混合料量、樁頂標高、樁頭鑿除、褥墊層鋪設、CFG 樁垂直度等方面的質量控制，保證混合料充分灌注及樁孔充填度，避免樁體出現空洞、裂縫，防治斷樁變形，從而保證CFG 樁施工質量。