浅谈珠三角地区道路复杂软基路段的CFG桩处理方法

2015-10-31代勇

建材与装饰 2015年18期

关键词：持力桩体软土

代勇

（上海市政工程设计研究总院集团佛山斯美设计院有限公司广东佛山 528200）

浅谈珠三角地区道路复杂软基路段的CFG桩处理方法

代勇

（上海市政工程设计研究总院集团佛山斯美设计院有限公司广东佛山 528200）

根据道路场地的地质选择合适的软基处理方法，并针对工程施工中CFG桩出现的问题，对产生的原因进行分析，总结其防治措施，旨在提高CFG桩成桩率，保证施工质量。

软土；CFG桩；长螺旋钻管内泵压；拔管速率

1　概述

鼎湖大道贯穿肇庆新区，是联系肇庆新区与端州区、鼎湖城区、四会市、肇庆国家级高新区以及新区内部各功能组团之间的重要交通干道。鼎湖大道与已建的广肇城轨共线，道路红线宽120m，城轨布置于20m中央绿化带内，两侧布置双向8车道主路和双向4车道辅路，近期仅实施主路，为肇庆新区的主要交通干道，为保障道路、地下管线正常使用以及满足行车舒适性，按《城市道路路基设计规范》要求，需严格控制路基工后沉降。

2　地质情况

本区域属喀斯特地貌，基岩溶洞发育明显。经勘察揭示，道路场地地基由人工填土层（）、第四纪冲积层（）、残积土层（）及石炭系大塘階石磴子段（）灰岩等组成。第四系土层由粉质粘土、淤泥质土及饱和砂土等组成，典型钻孔柱状图见图1。

图1　ZKL110钻孔柱状图

场区淤泥、淤泥质土分布范围广泛，具有双层结构。其中层号3淤泥，埋藏较浅，分布较广，厚度一般在5～12m；层号6淤泥质土埋藏较深，厚度变化较大。沿线淤泥质土，具含水量大、压缩性高、力学强度低、灵敏高等特点，土质不均，夹层以及上下层变化也较大，易产生侧向滑移、不均匀沉降、蠕变及软土震陷等地质灾害。

3　软基处理设计原则

通过理论计算分析，若对ZKL110孔位处的软基不进行处理，工后沉降将达到0.8～0.95m，不满足道路使用要求。道路中央绿化带内的城轨已建成，城轨桥桩分别采用了嵌岩桩和摩擦桩，且道路机动车道边距离城轨桥桩仅6m，不宜在现状桥墩附近堆载，避免桩基偏载位移，故鼎湖大道不宜采用堆载预压处理。鼎湖大道施工工期仅1年，用于路基处理的时间约6个月左右，较为适合的处理方式为复合地基。经地勘资料显示，软土具有含水量大、有机质含量高的特点，不适宜采用水泥搅拌桩处理，推荐采用CFG桩处理，桩径0.5m，一般路段间距为2.3m，要求复合地基承载力标准值不少于120kPa，在大桥台后50m、中桥台后30m以及箱涵两侧15m范围CFG桩间距为1.8m，要求软基处理后复合地基承载力标准值不少于150kPa。为了使各桩体承受的荷载能均匀分布，在各桩托板顶面设置50cm碎石垫层，碎石垫层的压实度不小于95%，碎石垫层之上铺设土工格栅，提高路基整体性。

图2　CFG桩处理设计图

4　本道路CFG桩施工要求

珠三角地区CFG桩施工工艺应用最为广泛的有振动沉管和长螺旋钻管内泵压，相比之下，长螺旋钻管内泵压施工工艺的噪声低、泥浆污染少、成孔制桩时振动小、降低新打桩对已打桩产生的不良影响、并且穿透能力强，可顺利穿透砂层、圆砾等较硬土层，进而提高施工效率。受鼎湖大道路中城轨桥墩及路外民居的限制，本工程选用长螺旋钻管内泵压工艺施工。

CFG桩长度根据设计要求及结合现场地质情况实际确定，以粘土层作为持力层时应进入持力层0.5m，以粗砂或砾砂、碎石层作为持力层时应进入持力层1.0m。

桩料应拌和均匀，每批料拌和时间不宜小于60s，混合料塌落度控制在160～200mm。桩机就位后，应认真校对位置，以确保桩体垂直度偏差不大于1%。成桩后，钻管的提拔速度宜控制在2～3m/min。

5　施工时的问题防治

CFG桩采用长螺旋钻管内泵压工艺施工，该工艺虽在我国工程建设中应用近20年，但因场地地质分布差异较大和施工人员的技术水平参差不齐，本项目在施工过程中也出现以下问题：

5.1偏桩

在地面不平坦、未整平压实，桩机垂直度又未调整好，造成桩体倾斜，尤其避免桩机过度倾斜而致倒伏。CFG桩施工时，若钻进时遇到地下硬物如孤石、旧建筑基础等，或是遇到倾斜的软硬交界处使桩尖滑移，均易出现桩体垂直度偏差过大的情况。

为尽量避免偏桩发生，施工前场地务必要平整压实，施工时桩机无明显下沉，若工期紧张需在雨期施工时，为防止地面浸水变软，可铺垫一定厚度的碎石；施工前要选好合格的桩管，稳桩管要双向校正；放桩位点最好用钎探人工查找地下物（钎长1.0～1.5m），施工时尽量避开地下硬物，对过深的地下物用补桩或移桩位的方法处理；根据土性选择合理的打桩顺序，尽量采用隔桩跳打，满堂布桩应采取从中心向外推进或从一边向另一边推进的方案，减少新打桩对已打桩的挤压作用。

3.教师启发学生思考：列出比例的主要根据是什么？主要是“4个玩具汽车可以换10本小人书，假设14个玩具汽车可以换x本小人书”这两句话。

5.2桩距不均

一般施工前，施工单位会根据布桩图放点，在点位处插小木桩或撒白灰做记号，当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。但由于长螺旋钻管内泵压工艺施工的CFG桩排出的土较多，经常将邻近的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动，导致施工桩位偏差太大，桩距不均匀。因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，以保证桩位准确。对于打桩产生的弃土，要及时进行清运，清运时须注意不能对已打桩的桩体造成损害，并避免对桩间土和未施工桩工作面的干扰和破坏。

5.3缩颈和断桩

在饱和粘土中成桩，桩机的振动力较小，当采用连打作业时，新打桩对已打桩的作用主要表现为挤压，使得已打桩被挤成椭圆形或不规则形，严重之处就会产生缩颈和断桩。

若出现该情况，先查实灌桩填料没有严格按配合比进行配料、搅拌以及搅拌时间是否不够；或是否雨季施工时防雨措施不当，填料中混入较多的水分，坍落度过大，从而使强度降低；采用隔桩跳打，待已打桩结硬强度较高后，再在中间补打新桩，并注意对已打桩的保护，避免碰撞、推挤；根据土层分布适当调节拔管速度，切忌过快；如出现缩颈或断桩，可采取复打、翻插或加桩补打处理。

5.4桩体强度不均匀

经取芯检测，部分桩体的强度不均匀，原因可能是拔管速度掌控不利。速度太快可能导致缩颈断桩，速度太慢又会使桩端水泥含量变少，桩顶浮浆过多，混合料容易发生离析，造成桩身强度不均匀。

5.5窜孔

CFG桩施工过程中，尤其在饱和粉土、粉细砂层中施工时，打完前一根桩，接着打相邻桩时，随着钻杆的钻进，发现已打完尚未结硬的桩顶突然下落，当新打桩灌入混合料时，已打桩的桩顶又有一定程度的回升甚至恢复原标高，这就是发生了窜孔。如发生窜孔，可采取以下措施有效防止其发生：被加固地基尽量采用大桩距，目的在于减少新打桩对已打桩的剪切扰动；改进钻头，提高钻进速度，缩短成桩时间；减少在窜孔区域打桩推进排数，尽快远离已打桩，减少对已打桩扰动能量的积累；必要时采取隔桩、隔排跳打方案，并及时清除成桩弃土，缩小施工误差，保证施工进度。当地下水位较高时，在路基外设置临时排水沟，可有效释放土体积累的能量。

施工过程中出现窜孔时，当提钻灌注到发生窜孔土层时，停止提钻，连续泵送混合料直到窜孔桩混合料液面上升至原位为止，养护期结束进行桩身完整性和承载力检验，若满足设计要求则可认为发生窜孔桩合格可用。

5.6短桩

在桩体检验中发现，有少量桩底未进入持力层，导致承载力检测时不合格，分析其主要原因为，桩机操作人员经验不足，未能根据钻进过程中的电流值判断是否进入持力层，同时也未能对地质钻孔资料进行核对，导致提前灌桩。若出现此种情况，可通过对桩间土钻探查明CFG桩欠桩长度，若欠桩长度小于2m，可对桩体进行复压，稳定后再对桩端进行扩孔接桩处理；若欠桩长度超过2m，对原桩进行复压后，在桩间加桩补打处理，可考虑长短桩布置。

5.7地表沉陷

与发生短桩的原因类似，由于本地区属喀斯特地貌，CFG桩以粘土或砾砂作为持力层，当下部粘土层较厚时，就有可能夹藏小型土洞、溶洞，桩机操作人员在桩底进入持力层后仍往下钻进，就有可能冲破洞壁，且当桩机钻进时间过长时，洞体就极易坍塌，从而引发地表沉陷。解决这一问题的办法就是严格控制桩底进入持力层深度，达到设计要求桩长即可终孔灌桩，盲目加大桩长反而会过犹不及。