CFG樁技術(shù)在公路軟基處理中的應(yīng)用分析

賈亞紅

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西太原 030000）

0 引言

為推動社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國公路工程建設(shè)里程數(shù)不斷增加。在實際施工中，大多數(shù)公路工程的施工環(huán)境較差，經(jīng)常會遇到軟土等特殊地基，如果沒有采取有效措施進(jìn)行妥善處理，路基易出現(xiàn)不均勻沉陷、失穩(wěn)等現(xiàn)象[1]。現(xiàn)階段，常用的軟基處理方法有堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、強(qiáng)夯法、粉噴樁法、CFG 樁法等。其中，利用CFG 樁技術(shù)，可在樁間土與樁體之間通過褥墊層形成復(fù)合地基，提高地基的承載力?；诖?，文章就CFG 樁技術(shù)在公路軟基處理中的應(yīng)用展開探討。

1 軟基的特點

1.1 壓縮性高

土體的體積會隨著應(yīng)力的不斷變動而發(fā)生變化，稱為土的壓縮，土體的體積在荷載作用下會逐漸變小。軟土的壓縮性比較高，壓縮系數(shù)一般不低于0.5MPa-1，甚至?xí)笥?00MPa-1。

1.2 含水率大

一般情況下，軟土的含水率大于35%，甚至可能達(dá)到300%。軟土的含水率比較大，這會極大程度地影響軟基的強(qiáng)度、壓縮性[2]。

1.3 透水性差

軟土的透水性較差，若液限值較低，則軟基結(jié)構(gòu)將呈單粒狀，顆粒粒徑比較大；若液限值較大，則軟基結(jié)構(gòu)將呈絮凝、蜂窩狀等。

2 CFG 樁的成孔方式與作用機(jī)理

2.1 CFG 樁的成孔方式

所謂CFG 樁，也稱為水泥粉煤灰碎石樁，是指利用水泥、砂、粉煤灰、碎石、水?dāng)嚢瑁⑹褂枚喾N不同的施工方法或施工機(jī)械設(shè)備成樁的一種施工技術(shù)[3]。在公路工程軟土路基處理中，經(jīng)常會使用CFG 樁技術(shù)，其具有便于施工、施工成本低、環(huán)境污染少等優(yōu)勢。CFG 樁的成孔方式主要包括：

2.1.1 泥漿護(hù)壁鉆孔灌注成樁

當(dāng)?shù)鼗蟹植加酗L(fēng)化巖、碎石土、人工填土、砂土、粉土、黏性土等，可選用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注成樁方式。

2.1.2 長螺旋鉆孔灌注成樁

當(dāng)人工填土、粉土、黏性土地基位于地下水位以上時，可選用長螺旋鉆孔灌注成樁方式。采用該成樁方式進(jìn)行成孔施工時，軟土?xí)艿斤@著的擾動，其一，長螺旋在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)下沉過程中，將會剪切破壞土體，消減土體的強(qiáng)度，增加土體的變形程度[4]；其二，在長螺旋提鉆過程中，土體中的水顆粒將會受到孔隙壓力、游離破壞作用，致使土體流變。

2.1.3 長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁

若施工現(xiàn)場對泥漿、噪聲污染提出十分嚴(yán)格的要求，且地基中分布大量的砂土、粉土、黏性土等，可采用長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁方式[5]。

2.1.4 沉管灌注成樁

若地基中分布大量的人工填土、淤泥質(zhì)土、粉土、黏性土等，可采用沉管灌注成樁方式。

2.2 CFG 樁的作用機(jī)理

CFG 樁的主要基礎(chǔ)為碎石，按照施工配合比來均勻攪拌粉煤灰、石屑、碎石等，形成高黏結(jié)強(qiáng)度的樁體。將一定量的粉煤灰、水泥加入碎石樁體中，可提高混合料的和易性[6]；將一定量的石屑材料加入碎石樁體中，可提高樁體的膠結(jié)強(qiáng)度，有助于級配的優(yōu)化，樁體與樁間土通過褥墊層形成軟基處理樁體。與其他加固樁體比較，CFG 樁中摻入了較多粉煤灰廢料，可降低施工成本，并有效提高樁間土的承載能力。

CFG 樁的作用機(jī)理為：第一，樁體排水與加筋，CFG 樁體中存在固結(jié)排水通道，其排水功能顯著；樁間土的強(qiáng)度與樁體的強(qiáng)度存在較大區(qū)別，可形成較強(qiáng)的土層豎向加筋作用，有助于復(fù)合地基承載力的提高。第二，樁體置換，樁間土存在較大的應(yīng)力，CFG 樁具有較高的承載力，具有顯著的剛性樁特點與樁體置換作用[7]。第三，樁體擠密，通過進(jìn)行擠壓、振動施工，能夠?qū)ν馏w起到顯著擠密的作用，有助于樁體承載力與樁間土強(qiáng)度的提高。

3 工程案例

某公路工程，路基寬度為25m，設(shè)計速度為60km/h，總長度為17.4km。在該公路工程部分施工路段中，存在軟土路基，為有效解決軟土路基問題，綜合考慮多種影響因素后，決定選用CFG 樁技術(shù)。CFG 樁施工現(xiàn)場如圖1 所示。

圖1 CFG 施工現(xiàn)場

4 CFG 樁技術(shù)施工要點

4.1 施工前期準(zhǔn)備

第一，根據(jù)設(shè)計要求，繪制樁位平面布置圖，制訂科學(xué)的施工流程，準(zhǔn)備施工所使用的機(jī)械設(shè)備與原材料[8]。第二，編制施工技術(shù)交底書與施工作業(yè)指導(dǎo)書，施工前對施工圖紙進(jìn)行認(rèn)真審核，對各種施工技術(shù)難題進(jìn)行深入了解，做好施工技術(shù)交底。第三，進(jìn)行測量放樣；同時，為保證車輛運輸?shù)耐?，?yīng)整平處理施工場地。

4.2 鉆機(jī)就位

根據(jù)相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范要求，精準(zhǔn)定位鉆機(jī)位置，樁位點需與鉆頭矛尖保持在同一豎直線上，鉆桿應(yīng)保持垂直狀態(tài)，然后固定鉆機(jī)，為保證鉆機(jī)始終處于水平狀態(tài)，應(yīng)合理調(diào)整鉆機(jī)液壓閥。將垂球懸掛在鉆架上，在鉆架上標(biāo)記其掛球的對照位置，確保鉆桿的垂直度[9]；在進(jìn)行CFG 樁施工前，施工單位應(yīng)派專門人員檢查樁位的垂直度，滿足施工要求后，方可進(jìn)行鉆進(jìn)施工。

4.3 混合料的制備

第一，根據(jù)施工設(shè)計方案，該工程選用C15 混凝土制備CFG 樁樁體，選用42.5 號普通硅酸鹽水泥。水泥在進(jìn)入施工現(xiàn)場與使用前均需進(jìn)行質(zhì)量檢測，檢測合格后才能夠用于制備混合料。第二，粉煤灰的質(zhì)量深受其級配、粒徑的影響，在粉煤灰中，若球形顆粒比例較大，則需水量較小，活性較高，相應(yīng)的能夠?qū)⒎勖夯业幕钚猿浞职l(fā)揮出來，有助于CFG 樁整體性能的提高，故在選用粉煤灰過程中，應(yīng)首選細(xì)料[10]。第三，在CFG 樁施工中，主要使用碎石、砂作為骨料，應(yīng)選用質(zhì)地堅硬的卵石、砂礫等作為碎石；砂的含泥量、含水率要具有良好的級配，同時含泥量、含水率均應(yīng)控制在規(guī)定范圍內(nèi)。第四，在試驗室中配制混合料，將混合料的坍落度控制在16～20cm，在利用攪拌站制備混凝土過程中，為保證混合料的使用性能，應(yīng)進(jìn)行精準(zhǔn)計量，在攪拌站中依次加入碎石、水泥、粉煤灰、泵送劑、砂，每1 盤混合料至少要攪拌1min。第五，利用罐車，將拌制好的混合料運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，在使用混合料之前，施工技術(shù)人員應(yīng)對混合料的坍落度進(jìn)行檢查，檢查其是否在16～20cm；根據(jù)施工要求制備混凝土試件，拌和站應(yīng)根據(jù)試驗配合比生產(chǎn)混合料，以保證混合料的質(zhì)量。

4.4 鉆進(jìn)沉孔

第一，完成全部準(zhǔn)備工作后，開始在確定的點位上進(jìn)行鉆孔。在鉆孔時，應(yīng)關(guān)閉鉆頭閥門，將鉆桿向下移動，當(dāng)鉆頭接觸地面時，以先慢后快的速度起送鉆機(jī)。同時，可對鉆孔偏差情況進(jìn)行檢查，減少鉆桿的搖晃，若鉆桿無法進(jìn)尺或發(fā)生搖晃時，為避免樁孔發(fā)生偏斜或受損，需降低鉆速。

第二，當(dāng)鉆進(jìn)到設(shè)計標(biāo)高時，在鉆機(jī)塔身做標(biāo)記，有效控制鉆孔的深度。當(dāng)鉆進(jìn)到標(biāo)記位置時，為保證孔深滿足設(shè)計要求，需對作業(yè)面的標(biāo)高差異進(jìn)行全面考慮，然后進(jìn)行合理調(diào)整。

4.5 壓灌成樁

第一，在鉆機(jī)鉆進(jìn)到設(shè)計標(biāo)高以后，混凝土泵車可以開始運輸混合料，當(dāng)鉆桿孔內(nèi)填滿混合料時，開始對鉆桿進(jìn)行提升，同時灌注混合料，在泵送混合料的同時進(jìn)行拔管操作。第二，由專門人員指揮施工現(xiàn)場，混合料泵送人員與鉆機(jī)操作人員應(yīng)協(xié)調(diào)合作，保證鉆桿提升與泵送混合料之間的默契配合，有效提高成樁的施工質(zhì)量。一般來說，鉆機(jī)的提升速度應(yīng)控制在3m/min，若遇到含水砂層，為避免出現(xiàn)斷樁或塌孔等問題，可適當(dāng)降低鉆桿的提升速度。第三，泵送混合料的速度應(yīng)與鉆桿提升速度保持協(xié)調(diào)，鉆桿中的混合料表面應(yīng)比鉆桿底部的出料口高，施工作業(yè)面標(biāo)高與樁頂標(biāo)高相同時，單樁灌注施工結(jié)束，為保護(hù)樁頂，應(yīng)利用合適濕度的黏土進(jìn)行封頂，為避免樁頂受凍，黏土厚度應(yīng)控制在50cm。第四，CFG 樁成樁結(jié)束后，需檢驗成樁的質(zhì)量，利用吊線法檢測鉆桿的傾斜度，樁體的垂直允許偏差不得超過±1%；利用鋼尺來檢測樁身的直徑大小，不得小于設(shè)計值；利用經(jīng)緯儀檢測樁位在縱橫方向的偏差，不得超過±5cm。

4.6 鉆機(jī)移位

單樁施工結(jié)束后，需向下一個樁位移動鉆機(jī)繼續(xù)施工。在鉆孔時產(chǎn)生的土體會覆蓋鄰近的樁位；鉆機(jī)就位后，標(biāo)定的樁位有時會壓住支撐腳，致使樁位發(fā)生移動，因此在進(jìn)行鉆機(jī)移位過程中，為保證樁位的精準(zhǔn)性，需對樁位進(jìn)行認(rèn)真復(fù)核。

4.7 后續(xù)處理

單樁施工結(jié)束后，需進(jìn)行其他后續(xù)處理工作。第一，綜合使用小型施工機(jī)械設(shè)備與人工作業(yè)，對樁間土進(jìn)行清理；樁周圍應(yīng)設(shè)有保護(hù)層，厚度控制在0.2m。第二，完成樁間土清理后，沿著樁頂，利用混凝土切割機(jī)環(huán)向切割一條縫，深度控制在0.5m，再利用楔子截掉樁頭。第三，當(dāng)CFG 樁樁頂?shù)膹?qiáng)度滿足設(shè)計要求后，需先打磨平整樁頂，根據(jù)施工技術(shù)要求，對樁身的完整性與地基的承載力進(jìn)行檢測，判斷其是否滿足施工要求。

5 CFG 樁施工質(zhì)量的控制措施

5.1 竄孔的預(yù)防

在軟基施工中，采用CFG 樁技術(shù)，可提高地基的承載力，加固軟土土體，滿足施工要求。如果軟土中分布大量的飽和粉土或粉細(xì)砂，在鉆孔過程中，土體會受到葉片的擾動，在土體發(fā)生液化現(xiàn)象時，易發(fā)生竄孔現(xiàn)象。為預(yù)防竄孔現(xiàn)象，在CFG 樁施工過程中，可采取以下措施：第一，在分析土層實際情況的基礎(chǔ)上，選用合適的鉆具，減少竄孔范圍內(nèi)的打樁數(shù)量，適當(dāng)提高鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度，為不影響鉆孔施工進(jìn)度，施工時需及時清除鉆孔中排出的棄土。第二，為降低竄孔的發(fā)生率，在CFG 樁施工過程中，應(yīng)加大樁間距，降低對已打樁的影響。第三，在出現(xiàn)竄孔后，不得繼續(xù)提鉆，應(yīng)持續(xù)泵送混合料，直至竄孔樁的液面上升至原位置。

5.2 卡樁、斷樁的預(yù)防

在該工程中，CFG 樁的樁身比較長，地層中含有較厚的砂層，樁基負(fù)荷幾乎達(dá)到負(fù)荷極限值，同時施工機(jī)械設(shè)備易發(fā)生故障問題，因此，可能出現(xiàn)卡樁、斷樁問題。為預(yù)防出現(xiàn)以上問題，施工單位應(yīng)做好施工機(jī)械設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)工作，確保施工機(jī)械設(shè)備的正常運行；施工機(jī)械設(shè)備操作人員應(yīng)不斷提高自身的操作技術(shù)水平，保證施工質(zhì)量。

5.3 拔管速率的控制

在CFG 樁施工過程中，拔管速度對成樁質(zhì)量存在較大影響，如果拔管速度偏慢，水泥泥漿會出現(xiàn)分布不均現(xiàn)象；如果拔管速度偏快，易出現(xiàn)縮徑斷樁、成樁樁徑偏小等問題。所以，在整個施工過程中，嚴(yán)格控制拔管速度，以2～2.5m/min 為宜。

5.4 混凝土灌注質(zhì)量的控制

在對混凝土進(jìn)行灌注過程中，若混凝土壓力減小，無法排出上部1～3m 樁中混凝土中產(chǎn)生的細(xì)微氣泡；因上部樁體部分受力，若上部樁體的密實度偏小，CFG 樁樁體則易發(fā)生質(zhì)量問題。為解決以上問題，可采取以下一些控制措施：第一，施工結(jié)束后，混凝土初凝結(jié)束前，為提高混凝土的密實度，利用振搗棒振搗上部混凝土；第二，若混凝土的坍落度不滿足施工要求，混凝土易出現(xiàn)蜂窩現(xiàn)象，這就需要對混凝土的坍落度進(jìn)行嚴(yán)格控制。

6 結(jié)語

綜上所述，軟土的壓縮性強(qiáng)、強(qiáng)度小，在公路工程施工中遇到軟基，若沒有進(jìn)行適當(dāng)處理，會對路基的承載力造成不利影響，易出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，降低公路工程的整體施工質(zhì)量。通過使用CFG 樁技術(shù)，可形成復(fù)合地基，提高軟基的承載力。文章依托某一公路工程，詳細(xì)闡述了CFG 樁技術(shù)要點，并提出了相關(guān)質(zhì)量控制措施，以期對類似工程施工起到一定的參考作用。