市政道路軟基綜合處治方法及CFG樁施工技術(shù)應(yīng)用

汪浩然

（肥西縣建設(shè)工程監(jiān)測(cè)中心有限責(zé)任公司，安徽 合肥 231200）

1 市政道路軟基綜合處治方法

1.1 工程概況

該工程位于晉江市陳埭鎮(zhèn)，沿線主要為養(yǎng)殖場(chǎng)地、漁塘、農(nóng)田和溝渠等，地形較為平坦，地面稍有起伏，地貌類型為海灣堆積地貌，屬濱海潮間-潮上帶，線路所經(jīng)地面標(biāo)高為1.12m～17.6m，地形相對(duì)低洼。沿線分布農(nóng)田、樹(shù)林、漁塘、道路和溝渠等，地形地物較復(fù)雜。穿越的地貌單元為海岸沖淤積階地，地形起伏不平，高程變化在1.12m～13.95m。通過(guò)地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)，土層中主要包括淤泥、粉質(zhì)黏土和中砂等物質(zhì)，淤泥含大量腐蝕物質(zhì)，富含有機(jī)質(zhì)，有異味，易污手，干強(qiáng)度中等，韌性中等，局部為池塘淤積土。該層天然含水量高、孔隙比大以及強(qiáng)度低，屬于高壓縮性土，層厚2.10m～20.20m[1]。

粉質(zhì)黏土主要呈現(xiàn)淺黃色或者淺灰色，可塑性較強(qiáng)，強(qiáng)度和韌性處于中等水平，力學(xué)強(qiáng)度不高，厚度變化范圍為1.6m～9.5m。該施工屬于軟土，淤泥的厚度較大，需要采用軟土地基的方式進(jìn)行處理。結(jié)合工程實(shí)際情況，將軟基處理劃分為4 個(gè)工區(qū)。施工材料需求計(jì)劃見(jiàn)表1。

表1 施工材料需求計(jì)劃

1.2 水泥攪拌樁處治法

在市政道路施工過(guò)程中，由于軟土地基具有含水率高、地基沉降量大等特點(diǎn)，極易出現(xiàn)沉降異常的情況，導(dǎo)致重大的安全事故。因此，無(wú)法直接采用常規(guī)施工技術(shù)，須選用水泥攪拌樁處治方法，按照施工技術(shù)流程圖（如圖1 所示），提高軟土地基的處治效果。深入分析該工程的具體情況，選用浮筒式水泥攪拌樁施工技術(shù)。在具體作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)各區(qū)域地質(zhì)的差異，設(shè)置不同長(zhǎng)度的試驗(yàn)段，不斷提高不同路段路基的承載能力[2]。施工前期準(zhǔn)備階段，技術(shù)人員應(yīng)采集道路的信息，收集軟土地基試樣，進(jìn)行室內(nèi)配比試驗(yàn)，確定最佳的水灰比、水泥摻量和施工參數(shù)等，符合水泥攪拌樁和墊層控制參數(shù)的要求，見(jiàn)表2。

圖1 水泥攪拌樁施工技術(shù)流程

表2 浮筒式水泥攪拌樁及墊層的控制參數(shù)

核心施工流程如下：1）設(shè)備定位。施工人員根據(jù)施工圖紙定位方向，利用RTK、GPS 等現(xiàn)代化技術(shù)，在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確標(biāo)注樁位，要求樁位的平面誤差與高層誤差＜20cm，合理布置設(shè)備機(jī)械設(shè)備[3]。為增強(qiáng)軟土地基的處治效果，須重點(diǎn)檢查攪拌頭翼片數(shù)量、攪拌速度、垂直度和攪拌軸尺寸，保證任意位置的攪拌次數(shù)都能超過(guò)20 次。2）下鉆噴漿攪拌。調(diào)試機(jī)位空間位置和垂直度后，操作人員可啟動(dòng)升降馬達(dá)和攪拌馬達(dá)，攪拌頭向下運(yùn)轉(zhuǎn)，為符合軟土地基的性質(zhì)，噴漿壓力應(yīng)在0.5MPa～1.0MPa。3）控制攪拌速度。當(dāng)攪拌至設(shè)計(jì)深度且定噴作業(yè)結(jié)束后，須進(jìn)行提升攪拌作業(yè)，重點(diǎn)控制提升速度，使土體與漿液充分融合，但要避免噴漿情況。4）下鉆噴漿攪拌。攪拌頭運(yùn)轉(zhuǎn)方向應(yīng)沿導(dǎo)向架方向，一邊噴漿一邊攪拌，重點(diǎn)控制噴漿流量和下鉆速度。5）提升復(fù)攪。在提高攪拌桿的同時(shí)需要復(fù)攪，但要防止發(fā)生噴漿現(xiàn)象。在具體作業(yè)過(guò)程中，處于攪拌樁實(shí)鉆上部的1/3 位置，即可復(fù)攪，當(dāng)漿液位于出漿口高度時(shí)，噴漿攪拌30s。6）移位。按照施工流程的要求，移動(dòng)到下一個(gè)樁位，重復(fù)以上施工流程。

為達(dá)到市政道路軟土地基預(yù)期處治效果，凸顯浮筒式水泥攪拌樁的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值，須進(jìn)行成樁試驗(yàn)，檢查水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量。采用噴漿法對(duì)水泥進(jìn)行攪拌樁成樁試驗(yàn)，根據(jù)施工的實(shí)際情況，樁徑為500mm，根據(jù)各施工段的實(shí)際情況調(diào)整樁長(zhǎng)，樁間的距離為1.2m，根據(jù)等邊三角形在路基坡腳線1m 外布樁，完成以上工作后可以正式施工[2]。技術(shù)數(shù)據(jù)要求水灰比為0.45～0.55，水泥固化劑摻入量＞55kg/m，明確施工允許偏差，見(jiàn)表3。成樁7d 內(nèi)對(duì)樁的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度超過(guò)0.55MPa 為合格，在28d 后進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)驗(yàn)，最終強(qiáng)度要大于0.982MPa。成樁試驗(yàn)工作能夠確定該水泥配比是否能在施工現(xiàn)場(chǎng)使用，并對(duì)水灰比進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)地質(zhì)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的施工技術(shù)[4]。

2 CFG 樁施工技術(shù)應(yīng)用

2.1 施工技術(shù)準(zhǔn)備工作

該施工采用CFG 樁施工技術(shù)，樁直徑為0.5m，樁間距離為1.3m，樁長(zhǎng)度為6m，采用正三角布置方式。在正式試樁前，施工人員對(duì)施工圖紙和施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行審查，編制CFG 樁施工技術(shù)試驗(yàn)方案，審批后再進(jìn)行技術(shù)校驗(yàn)。根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求，CFG 樁體強(qiáng)度需要在C12 以上，試樁使用C15 商混[6]。CFG樁結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 CFG 樁結(jié)構(gòu)圖

2.2 CFG 樁材料要求和地基承載力設(shè)計(jì)要求

2.2.1 材料要求

混凝土的外加劑、摻合料都應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)合格后，可運(yùn)用于工程施工，并根據(jù)配合比配制各種混合料[5]。當(dāng)用長(zhǎng)螺旋鉆打孔時(shí)，鉆至設(shè)計(jì)深度后須確定鉆桿提拔的時(shí)間，拔管的速度與混合料泵送的時(shí)間要匹配。

2.2.2 地基承載力設(shè)計(jì)要求

樁徑應(yīng)在350mm～600mm，根據(jù)設(shè)計(jì)要求檢驗(yàn)混凝土強(qiáng)度，樁間距應(yīng)為樁徑的3～5 倍。褥墊層選擇碎石、粗砂和中砂等，砂石粒徑不應(yīng)超過(guò)30mm，厚度約為150mm～300mm，不能選擇卵石。在具體作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)參考地質(zhì)條件、變形要求和結(jié)構(gòu)類型等，適當(dāng)調(diào)整作業(yè)要求和技術(shù)參數(shù)。

2.3 核心作業(yè)技術(shù)

2.3.1 長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)施工技術(shù)

在施工準(zhǔn)備階段，作業(yè)人員應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范要求，檢測(cè)并配比混合料，將坍落度控制在160mm～200mm，選擇3根樁作為試驗(yàn)樁，了解各位置的作業(yè)參數(shù)，例如提鉆速度、鉆進(jìn)速度，設(shè)計(jì)最佳的配合比。施工要點(diǎn)如下：1）場(chǎng)地平整和定位放線。作業(yè)平臺(tái)高程應(yīng)超過(guò)樁頂高程0.5m，寬度超過(guò)鉆機(jī)寬的1/2，用工具和設(shè)備平整施工平臺(tái)，測(cè)量放樣，施工流程如圖3 所示。鉆機(jī)就位、對(duì)中，將樁位放置于指定位置后，移動(dòng)CFG，校正塔身導(dǎo)桿，使樁位中心與鉆桿垂直。作業(yè)前須準(zhǔn)確標(biāo)注進(jìn)尺深度，符合成孔設(shè)計(jì)深度要求。2）鉆進(jìn)成孔。了解樁位序號(hào)、孔深及標(biāo)高等，將鉆頭閥門(mén)關(guān)閉，啟動(dòng)馬達(dá)鉆進(jìn)，按照先慢后快的方法，逐漸加快鉆進(jìn)速度。在鉆孔期間，鉆機(jī)平臺(tái)須處于平衡狀態(tài)，當(dāng)遇到特殊情況，應(yīng)將鉆桿移動(dòng)至表層，仔細(xì)沖洗鉆頭活門(mén)。3）泵料、提鉆和成樁。當(dāng)CFG 樁成孔滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高要求后，停止鉆進(jìn)作業(yè)，啟動(dòng)混凝土輸送泵。當(dāng)壓灌作業(yè)時(shí)，泵斗內(nèi)須預(yù)留混凝土容量，超過(guò)出料斗底面400mm，避免大量空氣進(jìn)入。利用輸送泵傳遞混合料時(shí)，禁止先提管后輸送泵料，提管速度2m/min～3m/min，要求與混合料的速度相配合，同時(shí)灌注高度應(yīng)比設(shè)計(jì)高度高約0.5m。

圖3 GFC 樁長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)施工流程圖

要遵守相關(guān)注意事項(xiàng)和技術(shù)要求。當(dāng)鉆機(jī)達(dá)到施工現(xiàn)場(chǎng)后，對(duì)鉆機(jī)塔身導(dǎo)桿進(jìn)行檢查，保證鉆桿能與樁位中心位置垂直，將偏差控制在100mm 內(nèi)，CFG 樁的垂直度偏差控制在1%內(nèi)，每次都要檢查垂直度后再施工。在鉆進(jìn)過(guò)程中，長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)保持勻速進(jìn)入，當(dāng)鉆進(jìn)0m～4m 時(shí)，鉆機(jī)的電流為120A，當(dāng)鉆進(jìn)4m～7m 時(shí)電流為130A，當(dāng)鉆進(jìn)7m～8m 時(shí)電流為160A，保證能滿足樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)要求。在灌注混合料前，需要制作混合料試塊以及坍落度試驗(yàn)，按照28d 養(yǎng)護(hù)，測(cè)試抗壓強(qiáng)度。將鉆桿向上提升30cm，打開(kāi)鉆頭滑瓣，進(jìn)行混凝土灌注，使混合料泵送數(shù)量與提鉆速度相互匹配。在鉆桿芯中填滿混合料后，灌注同時(shí)上提鉆頭，進(jìn)行連續(xù)灌注。使用鉆頭中的混合料，將鉆孔中的雜質(zhì)推到地面，保證混合料質(zhì)量。完成一根樁基施工后，移動(dòng)鉆機(jī)，施工人員對(duì)下一個(gè)樁位進(jìn)行復(fù)核工作。7d 后，當(dāng)樁體強(qiáng)度滿足作業(yè)要求時(shí)，即可進(jìn)行基槽開(kāi)挖作業(yè)，若樁頂與地面間的距離不超過(guò)1.5m，則選擇人工開(kāi)挖方式，若二者間距離超過(guò)1.5m，則選擇機(jī)械+人工混合開(kāi)挖方式，防止施工階段損壞樁頭。

2.3.2 振動(dòng)沉管施工技術(shù)

在樁基達(dá)到相應(yīng)位置后開(kāi)始沉管施工，直到固定標(biāo)高后，停止沉管，并向管中投放混合料，到混合料與管口齊平為止。利用電動(dòng)機(jī)留振5s～10s 后拔管，沉管離開(kāi)地面后封頂，對(duì)下一個(gè)孔位進(jìn)行施工。開(kāi)始鉆孔后，勻速鉆進(jìn)，將鉆機(jī)電流調(diào)整為70A，鉆井深度達(dá)到6m 后，判斷是否成孔，確定成孔后停止鉆進(jìn)[7]。

當(dāng)沉管到標(biāo)高位置后，及時(shí)投料，如果混合料的數(shù)量不足，就在拔管過(guò)程中補(bǔ)充，保證投料質(zhì)量。電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)馬達(dá)后，要原地留振，時(shí)間為5s～10s，同時(shí)拔出沉管，速度控制在1.2m/min～1.5m/min。在淤泥中，要降低拔管的速度，并且禁止在拔出過(guò)程中反插。樁管離開(kāi)地面后，施工人員檢查樁管的質(zhì)量，確定符合施工設(shè)計(jì)要求后，用濕黏土等材料封頂，填寫(xiě)施工記錄。CFG 樁施工結(jié)束后，等待7d～28d，對(duì)樁身以及復(fù)合地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，判斷是否達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際施工中，須嚴(yán)格控制拔管速度，與試樁參數(shù)吻合，并且導(dǎo)口位置在混凝土面下方1m 處。同時(shí)，將拔管速度控制在112m/min～115m/min，在成樁階段，拔管不應(yīng)留振，防止混合料離析，影響樁身強(qiáng)度[8]。

2.3.3 樁基靜載檢測(cè)技術(shù)

在單樁水平靜載施壓過(guò)程中，用千斤頂加載水平推力，將加載力控制在最大試驗(yàn)加載量的1.2 倍以上，相鄰樁提供方向推力，還可以通過(guò)設(shè)置專項(xiàng)反力結(jié)構(gòu)的方式提供反向推力。需要根據(jù)工程樁自身的受力特性進(jìn)行加載，可以采用維持荷載法對(duì)樁身橫截面彎曲應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量。如果在檢測(cè)中，樁身出現(xiàn)斷裂或者水平位移為30mm～40mm，就需要停止加載，保持測(cè)讀和水平位移測(cè)量同步。為更好地測(cè)試靜載條件下樁基的承載力和變形情況，應(yīng)仔細(xì)計(jì)算樁基靜載試驗(yàn)配重，確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。選擇配重時(shí)，須考慮樁基的材料、長(zhǎng)度和直徑等因素，核心計(jì)算如公式（1）所示。

式中：H為樁基沉降量；L為樁基長(zhǎng)度；Q為試驗(yàn)荷載；W為配重。

以單樁豎向壓縮靜載試驗(yàn)Q-S曲線為基礎(chǔ)，應(yīng)用樁基靜載檢測(cè)技術(shù)，分析原始沉降數(shù)據(jù)，判斷曲線的發(fā)展趨勢(shì)。在對(duì)樁身施加荷載過(guò)程中，樁身沉降沒(méi)有到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的情況下，荷載沒(méi)變化。如果達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，就需要繼續(xù)增加荷載，直到滿足終止試驗(yàn)的條件為止。可以根據(jù)檢測(cè)對(duì)象、目的以及范圍對(duì)單樁的承載力進(jìn)行檢測(cè)，在樁基靜載檢測(cè)中，檢測(cè)的重點(diǎn)是樁身的荷載量和沉降。可以使用鉆芯法對(duì)局部的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)一個(gè)孔的直徑、深度以及垂直度，確定樁身的完整性，保證施工質(zhì)量，說(shuō)明樁基檢測(cè)對(duì)CFG 樁施工具有重要作用。

2.3.4 低應(yīng)變樁基檢測(cè)技術(shù)

該檢測(cè)技術(shù)的主要用途是測(cè)量混凝土樁身完整性，可以確定樁基的破損程度，如果樁基的截面和變化幅度較大，就可以采用其他方法輔助檢測(cè)。其中樁長(zhǎng)為從樁頂點(diǎn)到樁底部位置的長(zhǎng)度，樁身截面為施工橫截面。在采集和篩選信號(hào)階段，根據(jù)樁基直徑，布置2～4 個(gè)傳感器作為檢測(cè)點(diǎn)，并且傳感器設(shè)置要相互對(duì)稱。將實(shí)心樁的中心作為激振點(diǎn)，在距離樁中心2/3 半徑位置確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在空心樁基中，激振點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)都需要設(shè)置在樁壁1/2 厚度中，二者與樁中心連線的夾角為90°。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地基施工是市政道路施工中的重要組成部分，該文對(duì)軟基綜合處治方法及CFG 樁施工技術(shù)進(jìn)行分析，確定在施工處理中需要注意的問(wèn)題和使用的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)該方式提高施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用水平，降低市政道路中出現(xiàn)施工問(wèn)題的概率。采用軟基綜合處治方法及CFG 樁施工技術(shù)，能提高市政道路路基建設(shè)的穩(wěn)定性和承載力。希望通過(guò)研究軟基綜合處治方法及CFG 樁施工技術(shù)，為同類型施工提供參考，促進(jìn)市政道路施工的共同發(fā)展。