石武客专CFG桩混凝土选配及质量控制措施

2010-08-20陈纪中

山西建筑 2010年5期

王鸿陈纪中

CFG桩(Cement Flying-ash Gravel pile)是水泥粉煤灰碎石桩的英文简写。原材料通常由水泥、粉煤灰、粗骨料(碎石等)、细骨料(砂等)与水按一定配合比拌和而成。其桩体自身具有较高刚度和模量,它与桩间土、褥垫层共同构成复合地基来承受上部荷载[1,2]。CFG桩具有性能优越、造价低廉等优点,使得它广泛应用于工程建设项目。

1 工程概况

石武客专河北某段总长2 044.05 m。线路以填方通过冲洪积平原,地形平坦开阔,线路中心最大填土高9.52 m。沿途地层为粉质黏土,黄褐色,软塑～硬塑,含少量颗粒;粉土,黄褐色,潮湿,中密,土质均匀;粗砂,黄褐色,中密～密实,潮湿,成分以石英、长石为主;中砂,黄褐色,潮湿,中密,含少量黏性土颗粒;细砂,黄褐色,稍湿、饱和,稍密～密实,含少量黏性土颗粒;粗细圆砾土,杂色,潮湿,密实,充填物以砂颗粒为主。

考虑到以上沿线第四系覆盖层的土质情况属于压缩性土质,属不良地质区域。结合石武客专对地基变形沉降标准的要求较高,设计上采用CFG桩复合地基来加固原有地面。CFG桩桩体采用C20素混凝土灌注,设计桩径为0.5 m,方形布置,DK322+100～DK324+100靠边线的3排桩,桩距为1.8 m,其余的桩距为1.6 m。地基加固深度根据地质在9 m～27 m范围内。桩冒采用1 m×1 m×0.3 m钢筋混凝土,上铺50 cm厚的碎石垫层和双向受力100 kPa/m土工格栅。

2 CFG桩原材料选配

根据施工要求对CFG桩的原材料进行选配,经检测各组分均满足规定。石武客运专线对CFG桩的设计强度为C20,采用两级配的连续级配碎石,如图1所示。其中5 mm～10 mm级配碎石与 10 mm～20 mm级配碎石比例为3∶7。AC所包围的区间为连续级配区间,B线为实测粗骨料筛分曲线,粒径范围在2.36 mm～19.00 mm。

水泥规格为P.O42.5型。粉煤灰为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级,但必须是F类(即干排灰)。CFG桩混凝土原材料理论设计配合及其各组分所占比例为水泥∶粉煤灰∶细骨料∶粗骨料∶水∶外加剂=1∶0.82∶3.76∶5.42∶0.91∶0.04,现场施工要求施工配合比与理论设计配合比相同,在此基础上各组分按照原材料含水情况加以适当调整。混凝土设计坍落度在160 mm～220 mm范围,实际值符合要求,30 min坍落度损失范围在20 mm～25 mm,7 d抗压强度超过设计强度的95%,28 d抗压强度应高于设计强度的150%。图2为细骨料级配曲线,其中区域AB间为Ⅰ区、区域CD间为Ⅱ区、区域EF间为Ⅲ区,G线为细骨料颗粒级配曲线。

原材料具体参数见表1。

表1 原材料性能规格

3 CFG桩混凝土质量控制

3.1 试桩

在标准养护条件下养护混凝土28 d强度能达到设计要求,如图3所示。混凝土在0 d～15 d前期强度增长非常迅速,在28 d时趋于稳定,后期强度也有所增长,但增长较为缓慢。当混凝土灌入到地面以下以后受湿度、温度等系列环境的影响,使得混凝土的强度达不到设计要求,因此CFG桩必须经过试桩后才能进行正式全面施工。选择符合设计要求和规范的平整场地进行试桩,试桩的数量不少于3根,成桩后28 d进行钻心取样,当桩的强度达到设计要求后,经审批进入全面施工阶段。

3.2 外加剂与混凝土的生产和运输

CFG桩采取打孔灌石灰或者打入竹筷的方式来进行定位。其设计强度为C20。C20低标号混凝土各方面的材料都要求较低,但对于外加剂的要求却比较高[8]。根据现场情况,中午12:30的气温为31℃。拌合站的位置为DK327+600,要把混凝土运输到DK320+000约需要1 h,使用该车混凝土的时间约为90 min,高气温、长时间的等待对外加剂的保坍性和保水性等性能的要求都很高。混凝土生产时拌和中的计量误差和拌合时间都要达到规范和设计要求,这时混凝土可能出现坍落度过小或过大的情况,当坍落度过大时会影响混凝土强度,而过小时难以泵送,需要现场的工作人员及时处理。对于坍落度过大的混凝土要加入同标号的干料,在灌车上高速旋转3 min即可,对于坍落度过小的混凝土加入同标号的水泥浆,高速旋转3 min,在这一过程中必须有专业的试验人员进行指导操作。