ＣＦＧ桩在软土路基中的技术应用

刘荣辉

摘要:近几年来,随着我省高速公路的快速发展,在公路工程的建设中出现了一种新型软基处理技术CFG桩,随着这种技术的不断推广以及经过多个通车项目的验证,这种新型技术的处理效果已经越来越被广大的公路建设者所接受认同,得以蓬勃发展。本文将就CFG桩这一新型技术进行深入探讨,以供同行兄弟借鉴。

关键词:CFG桩;应用原理;技术要求;注意事项

1 CFG桩应用原理

CFG桩它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接,无论桩端落在一般土层还是坚硬土层,均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载作用下,桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样,由于桩的作用使复合地基承载力提高,变形减小,再加上CFG桩不配筋,桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料,大大降低了工程造价。

CFG桩的特点和适用性与一般碎石桩相比,碎石桩系散体粒料桩,桩本身没有粘结强度,主要靠周围土的约束形成桩体强度,并和桩间土组成复合地基共同承担上部填筑土石重量的垂直荷载。土越软对桩的约束作用越差,桩体强度也越小,桩传递垂直荷载的年龄也就越差。

CFG桩具有一定粘结强度的桩,在外荷载作用下,桩身不会象碎石桩那样出现鼓胀破坏,并可全桩长发挥侧摩阻力作用,桩落在好的土层上具有明显的端承力,桩承受的荷载通过桩周的摩阻力和桩端阻力传到深层地基中,其复合地基的承载力可以大幅度提高。刚性桩与散体材料桩不同,刚性桩可以全桩长发挥桩的侧摩阻力,桩端落在好的土层上也可以较好的发挥桩端的端阻作用。若将碎石桩加以改进,使其具有刚性桩的某些性状,则桩的作用大大增强,复合地基承载力会大大增加。这样在碎石桩中掺加适量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和,制成一种粘结强度较高的桩(即CFG桩),该桩的刚度远远大于碎石桩的刚度,但和刚性桩相比刚度相差较大,该桩只是一种具有高粘结强度的柔性桩。CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成柔性桩复合地基。

CFG桩适用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土地基;既可用于挤密效果好的土,又可用于挤密效果差的土。当CFG桩用于挤密效果好的土时,承载力的提高既有挤密作用,又有置换作用;当CFG桩用于挤密效果差的土时,承载力的提高只与置换作用有关。CFG桩和其它复合地基的桩型相比,它的置换作用很突出,这是CFG桩的重要特征。当天然地基土是具有良好挤密效果的砂土、粉土时,成桩过程中的振动可使地基土大大挤密(振密),有时地基承载力可以提高2倍以上;对塑性指数高的饱和软粘土,成桩时土的挤密作用微乎其微,几乎等于0,承载力的提高唯一取决于桩的置换作用。由于桩间土承载力小,土的荷载分担比小,会严重影响加固效果,所以对于强度很低的饱和软粘土,须慎重对待,现场做试桩试验,来确定CFG桩的适用性。

2 CFG桩的施工

2.1 配合比设计

CFG桩混合料由水泥、粉煤灰、石屑、碎石和水组成,其配合比按图纸要求。坍落度控制在3~5cm,采用普通硅酸盐425#水泥,碎石粒径为2~4cm,材料质量应符合规范要求。

2.2 施工准备

施工轴线测量放样,并就近设水准点,以便作沉降观测。

在正式开工前进行试桩,以核对地质条件是否准确,检验设备是否运转正常,工艺选择是否合适,与设计数据对比是否有差异,以便作相应调整。试桩时注意观察记录沉管下沉速度、突然变化的深度,因为此时沉管可能刚穿过淤泥层。记录好该深度后在继续振动下沉管0.5m,量取沉管深度,以便于计算桩体材料用量。试验桩应设置5根,对其中的3根进行标准贯入试验,并对其中的两根进行荷载试验。

2.3 CFG桩施工次序为横向由路中心往两侧施工,纵向由涵洞中心向两侧施工,且采用隔桩跳打的方法。CFG桩桩体材料推荐重量配合比为水泥:石屑:碎石=1:1.53:3.529:8.855,施工时应进行加水量试验,坍落度按3~5cm控制。CFG桩成桩28天后方可进行抽芯检测,28天龄期的抗压强度大于10Mpa。

2.4 施工工艺流程

CFG桩主要采用振动沉管成桩工艺。

施工工艺

一则是对桩间土产生扰动或挤密作用的施工工艺,如振动沉管打桩机成孔制桩,称为挤土成桩;

二则是对桩间土不产生扰动或挤密的施工工艺,如长螺旋钻孔灌注成桩,称为非挤土成桩。

不同施工工艺适用于不同土质,分以下几类:

长螺旋钻孔灌注成桩:适用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土地基。

泥浆护壁钻孔灌注成桩:适用于有粘性土、粉土、砂土、人工填土、碎石砾石及风化岩层分布的地基。

长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩:适用于有粘性土、粉土、砂土分布的地质条件,以及对噪音和泥浆污染要求严格的场地。

沉管灌注成桩:适用于粘性土、粉土、淤泥质土、人工填土以及无密实厚砂层的地质条件。

2.5 施工注意

沉管:桩机就位须水平、稳固,调整沉管使其与地面垂直,确保垂直度偏差不大于1%。

启动电动机,开始沉管,在沉管过程中应注意保证桩机稳定,严禁倾斜和错位。沉管过程中应做好记录,激振电流每沉1m记录一次,对土层变化处在记录表中特别加以说明。

配料、投料:按设计并经现场试配检验合格的配合比拌制桩体材料,在沉管过程中既可用料斗进行空中投料,待沉管到设计标高后须尽快投料,直到管内混合料面与钢管投料口平齐。在饱和含水量砂层中施工,为防止桩管内进水造成混合料离析,桩管未入土前先向钢管内灌1.0~1.5m3的混合料。

投料的多少关系到桩身质量的好坏,如上料不够,须在拔管过程中空中投补料,以保证桩身完整及成桩桩顶标高满足设计要求。

混合料的搅拌须均匀,搅拌时间不得少于1分钟。

拔管:当混合料加至钢管投料口平齐后,开动电动机,沉管原地留振10秒左右,然后边振边拔管。

拔管速度按均匀线速控制,一般控制在0.8m/s,当沉管拔至离地表2m时,再减慢一半,且留振10秒。

褥垫铺设:CFG桩施工前铺设20cm厚的砂垫层,待袋装砂井和CFG桩施工后再铺设10cm砂垫层,然后在其上铺土工格栅。

其他注意事项

砂垫层应采用洁净的中粗砂,含泥量不应大于3%,渗透系数不小于5×10-3cm/s;除图纸特别要求外,软土处理应打穿淤泥层,如软土埋置深度大于20m的则以20m控制;软土路基加载时,填筑速率应由施工观测来控制。填筑速度根据以下标准进行双控:路基中心的表面沉降速率宜控制在10mm/d,坡脚处的侧向位移宜控制在5mm/d以内;其他不详事宜参照《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-96)执行。

结束语

综上所述,CFG桩作为一种新型的工艺技术从而逐渐地顶替以往传统的工艺技术,把好其施工过程中质量的控制是极其重要的。为了能达到这一目的,只有从生产过程中的各道工序进行着手把关,才能有效地进行控制,因此,我们有必要对工艺中的每道工序进行深入了解,进行探讨研究,及时发现工艺中的不足,采取有效措施,确保工程质量。

参考文献

[1]江显昌.软土地基上的构造物处理方法[J].引进与咨询.2005年04期.

[2]张诚厚.高速公路软基处理.北京.中国建筑工业出版社.1998.