贵广铁路9标CFG桩检测及分析

徐 峰

1 工程概况

贵广铁路GGTJ-9合同段,起讫里程 DK567+174.16～DK628+043.27,线路长度60.984 km。本标段软基处理加固深度为10 m时,采用CFG桩加固。采用直径50 cm,间距为1.2 m桩体,呈正三角形布置。要求CFG桩必须穿透软弱土层至硬底层,对于第四系地层一般应嵌入砂类土或硬塑黏性土,深度不小于2 m。CFG桩布置见图1。

2 施工配合比设计

泵送混合料理论配合比为：水泥∶河砂∶碎石∶粉煤灰∶外加剂∶水=1∶4.78∶6.08∶1.00∶0.01∶1.00;现场泵送混合料施工配合比为：水泥∶河砂∶碎石∶粉煤灰∶外加剂∶水 =1∶4.97∶6.08∶1.0∶0.01∶0.67。150×150×150标准立方体抗压强度不小于15 MPa,坍落度控制在160 mm～180 mm的混凝土。采用混凝土搅拌站集中拌和,搅拌时间为2 min,混凝土搅拌运输车运送。

3 桩身完整性与承载力检测

CFG桩在选择DK580+550～DK580+650段路基工程首次对桩身完整性及承载力进行了检测。

3.1 桩身完整性检测

3.1.1 完整性检测

在CFG桩浇灌过程中现场制作6组混合料标准立方体试件,3组标准养护(温度 20℃±1℃,湿度不小于95%),3组同条件养护,试件3 d,7 d,28 d抗压强度见表1。

表1 CFG桩抗压强度对比表 MPa

桩身完整性在其达到设计强度70%以上后采用RSM-PRT低应变测试仪对该段686根CFG桩桩身完整性全部检测,其中一类桩617根,二类桩 13根,断桩 56根,无三类桩。一类桩占90%,二类桩占1.9%,断桩率为8.1%。经开挖验证发现大部分断桩位置都在0.8 m～2.0 m范围之内,断口处呈现新鲜混凝土面,断桩是由于开挖桩间土和破桩头时对桩身的扰动造成的,二类桩主要是由于提钻过快导致桩身局部夹泥。波速平均值在4 000 m/s左右,经抽芯验证检测桩长与施工桩长偏差在±30 cm以内。

3.1.2 低应变反射波法测试注意问题

1)桩头的处理：桩头的处理以露出新鲜含骨料的混凝土面为止,在桩中心处打磨1个直径约7 cm的点,围绕着这个点在距桩心2/3～3/4半径处再打磨3个点,4个点尽量平整、干净。2)传感器的安装：传感器的安装必须通过耦合剂与桩面粘结,且应与桩顶面垂直,耦合剂选择粘性好的黄油,检测量大时既经济又实用。3)击振点及击振方式的选择：对于CFG桩测试一般采用尼龙锤或小铁锤击振。尼龙锤与小铁锤相比,脉冲宽、频率低、衰减快,浅层缺陷和微小缺陷很难做出判断,当根据信号发现浅层部位异常时,建议用小铁锤,其重量小、能量小、脉冲窄、频率高,可较准确的确定浅层缺陷的程度和位置。4)桩周土层的影响：当桩周土从软土层变化到硬土层时,采集的波形曲线会在相应位置处产生类似扩径的反射波,而当桩周土从硬土层变化到软土层时,采集的波形曲线会在相应位置处产生类似缩颈的反射波。如果不考虑桩周土对采集波形曲线的影响,不了解桩侧的地质情况,容易对基桩产生误判。

3.2 复合地基承载力检测

3.2.1 承载力检测

软土路基采用CFG桩处理的最终目的就是使其复合地基承载力和变形模量满足设计要求。根据《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》要求,检测数量为总桩数的2‰,且每检验批不少于3根。在成桩28 d后,采用静载试验方法对此段3根CFG桩进行复合地基承载力和变形模量试验,试验结果如表2所示。

表2 CFG桩复合地基承载力统计表

3.2.2 静载试验应注意的问题

1)试验点的选择与处理：复合地基静载试验的试验点在平面上应均匀分布,当土性分布不均匀时,试验点选择应考虑土性对复合地基承载力的影响,选择有代表性的点,试验点选取后应先用低应变对桩身进行完整性检测,排除断桩和缺陷桩。因为CFG桩承载力主要依靠桩身与桩周土的摩阻力和桩底的端阻力提供,所以不要在雨后立即做静载试验,试验点选好后将桩头凿平,将桩周围的土铲除或填充与桩头平齐夯实。静载试验褥垫层采用细砂,厚度应取2 cm～3 cm。经试验表明,褥垫层厚度与桩、土荷载分担密切相关,褥垫层越厚,土承担的荷载越多,桩承担的荷载越少,反之亦然。当褥垫层太薄,会导致桩顶应力集中,桩间土承载能力不能充分发挥,应该由桩间土承担的荷载转移至桩上,容易发生桩头压碎或桩过早首先达到单桩极限承载力,导致复合地基承载力实测值偏低。采用圆形承载板,直径与桩间距相同,安装后应用水平尺测量承载板是否水平,调整水平后将千斤顶安放在承载板中心位置。用于观测承压板沉降的百分表或位移传感器,当不能居中安置时,必须对称设置于承压板的板面上,且应使伸缩杆垂直于板面;百分表应带有磁性表座,并应在保证百分表测头垂直承压板板面的前提下具有便利定位的能力,使用的位移传感器连同其托梁,也应具有相应的能力;表座拖梁的支点(固定点)与承压板中心的距离应大于1.5b,与地锚等反力装置之反力点的距离不得小于0.8 m;2)堆载方式：静载试验需要的反力装置有很多种,经统计此标段CFG桩复合地基承载力检测数量很大,所以采用混凝土预制块堆载,混凝土预制块可以循环使用,吊装方便,每个预制块重5 t左右。堆载时,每层预制块交错布置,不允许留通缝,外围用钢丝加固。加(卸)荷使用的千斤顶的额定量程不应小于预计极限荷载的1.4倍;当使用重物堆载时,重物应一次备齐并应不小于预计极限荷载的1.2倍;当使用千斤顶和重物联合加载时,其加载总能力不得低于极限荷载的1.4倍;3)加载：试验荷载应分级施加,施加荷载时应保持静力条件级荷载对承压板中心的竖向传递。第一级荷载(含设备自重)易接近,后续各级荷载增量可取预估极限荷载的1/10～1/7,我们一般采取块法进行试验,每施加一级荷载后,隔15 min观测一次沉降,累积观测达2 h后,再施加下一级荷载,试验总加载重量不宜小于设计值的2倍,当承压板周围土层明显的侧向挤出,或荷载增加不大,沉降急骤增大,荷载—沉降曲线出现陡降段,或在某级荷载下,24 h沉降速率不能达到稳定标准(＜0.1 mm/h)时,可终止试验,末级荷载的前一级荷载可定为极限荷载。当需观测卸荷回弹时,每级卸荷量可取每级加荷量的2倍～3倍,每级卸荷后每隔15 min观测一次回弹量,1 h后再卸下一级荷载,荷载卸除后,宜继续观测2 h～3 h。数据处理：根据实测数据绘制 p—s,s—lgt,s—lgp曲线,如图2～图4所示。

4 经验体会

1)CFG桩混合料状态的好坏是灌桩顺利与否的必要条件。2)合理的钻孔施工顺序是保证成桩质量的关键,要结合设计桩位、间距、地质条件及混凝土配合比初、终凝时间确定合理的布桩顺序。3)对于饱和、流塑性淤泥层CFG桩施工工艺十分困难,缩颈、离析等情况较为普遍,影响成桩质量,在该地质条件上施工时要特别注意。4)施工过程中的监测及反馈是保证成桩质量的有效手段,要通过钻进速度、钻机状态、地表变化、临桩观测、混凝土灌注量、低应变检测、静载荷试验等手段控制成桩质量。

[1] TB 10218-1999,铁路工程基桩无损检测规程[S].

[2] JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].

[3] TB 10018-2003,铁路工程地质原位测试规程[S].