公路工程软基处理中CFG桩施工技术应用

2017-06-21张爱荣

科学家 2017年7期

张爱荣

摘要 CFG桩法用于淤泥质土处理，可有效提升地基承载力。为此，本文在充分了解CFG桩加固原理的基础上，结合具体工程案例，对公路工程软基处理中CFG桩施工参数及施工工艺进行了分析与探究。

关键词公路工程；软基处理；CFG桩

中图分类号 U4 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）07-0041-02

水泥粉煤灰碎石桩即为CFG桩，其发展基础为素混凝土桩基工艺。主要通过碎石、石屑、粉煤灰及适量掺加一定水泥搅拌而成，其具有较强黏结性。CFG桩结合桩间土，利用碎石及土工格栅垫层构成CFG复合地基，进而达到承载力提升及沉降减少的目的。相比普通碎石桩，CFG桩成桩质量高，变形小，且具有良好经济性。在黏性土、淤泥、粉土等软土地基中CFG桩得到了广泛应用，为起到良好软基加固效果，本文通过具体工程案例，详细探讨了CFG桩施工工艺。

1 CFG桩复合地基加固机理

CFG桩、桩间土及褥垫层是构成CFG桩复合地基的主要成分。利用一定变形褥垫层能够把上部基础传递的基底压力按照相应比例向桩与桩间土传送，保证两者能够一起受力。CFG桩复合地基加固机理主要体现在以下几个方面：

1）桩体置换作业。CFG桩复合地基内通过水解、水化反应，水泥和粉煤灰产生凝固反应，形成稳定的结晶化合物，此类化合物能够将碎石、石屑等孔隙完全填充，随后粘结此类骨料，达到桩体抗剪强度、变形模量有效提升的作用。

2）挤密效应。选取振冲沉管法施工，可挤密桩间土。振冲荷载影响下，能够将单粒、松散结构转变为密实的稳定结构，并改善土体物理力学性能，达到单桩承载力提升的目的。

3）褥垫层调整均化作用。一般情况下，CFG桩褥垫层厚度范围为10cm～30cm，通过褥垫层可降低桩体承担荷载，充分发挥桩间土承载力，进而达到调整均化基底接触压力，达到桩土共同作业。

4）排水效应。CFG桩需在普通混凝土拌合料添加适量粉煤灰，其渗透性较强。桩体相对于土体构成了良好渗透性的竖向排水、减压通道。可加快土体排水及固结速度。

2 工程案例分析

某公路软基工程处理长度为200m长，44.8m～59.5m为其宽度范围。因具有平缓地势，地表都为水田，11.97m为路堤中心最大填高。表层存有5m硬壳，软土厚度在10m以内，14.7m为其最大埋深。软土以淤泥质土为主，大部分为软塑状，局部呈现出流塑状。中砂层位于底层，砾岩位于下伏基岩。具体物理性质指标如表1所示。通过施工现场地质勘察结果显示，本工程复合地基承载力在200kPa以上，为此，可选取CFG桩作为设计地基处理方案，通过计算加固时可选取直径为500mm振冲沉管CFG桩施工，1.5m为桩间距，加固宽度为路基坡脚外2m，打穿软土层为加固深度，并向砾岩内深入50cm。要求将两层双向土工格栅（50kN/ m）、砂砾石垫层（60cm厚）设置到CFG桩顶部位置，设计总根数为5 424根、总长度为92 213m。

3 公路工程软基处理中CFG桩施工参数

水泥、粉煤灰等为构成CFG桩混合料的主要材料，施工前应严格按照施工规范规定进行室内配合比试验，要求在60秒以上控制各盘料搅拌时间，混合料坍落度则需控制在30mm～50mm之间。设计要求室内块体试样28d龄期无侧限抗压强度控制在C15以上。按照设计要求及施工现场实际情况，CFG桩施工参数如下：

1）按照当前施工地质情况，CFG桩施工到现场表面，8m～15m为施工桩长范围。

2）CFG桩直径为500mm，配合比为水泥：水：石：砂：粉煤灰=1：0.72：4.46：1.26：0.66。

3）桩机拔管速度为每分钟1.20m～1.50m。

4）桩垂直度偏差需控制在1%以下。

5）C15为桩身混凝土强度，其充盈系数应控制在1以上。

6）60mm～80mm为混凝土坍落度范围。

7）90A～100A为振动电流范围，到达砾岩振动电流需控制在90A以上。

4 公路工程软基处理中CFG桩施工工艺

4.1 平整场地

施工前，需彻底清理干净施工场地，将地表种植土及时挖除。向设计高程位置填換褥垫层，并选取压路机一层一层进行碾压施工，以设计褥垫层顶面高程作为场地顶面高程控制面。整体CFG桩顶面高程需深入褥垫层一定深度，一般为10cm～20cm。平整场地，避免积水。按照设计桩长及场地高程，进行螺旋管装配长度的确定，与设计桩长相比，螺旋管装配长度应多出5m～6m。以螺旋管节初节法兰盘为起点，将0.5m为单位的长度标记画在桩机机架上，为观察钻进过程、钻杆进入深度记录提供便利。

将电流互感器安装到钻机塔身前，且安装一个400A交流电流表，马达打开后，即可进行互感器终端电流表显示值等方面的详细检查，以此保证电流互感器能够正常运转。基线与水准点可在现场进行复核测量，按照施工图将CFG桩桩位点准确放出，并对桩位高程测量出来，记录好原始测量数据。按照相关记录数据，将各个桩的钻进深度计算出来，为施工控制提供便利。

4.2 钻进成孔

钻机就位后，即可选取钻进塔身四周垂直标杆对塔身导杆进行详细检查，并作为校正工作，保证钻杆垂直对准桩位中心，要求在1%以下控制CFG桩垂直度容许偏差，50mm以内桩位容许偏差。

钻孔施工前期，需对芯管顶部气眼的通畅性、混凝土输送软管接头是否良好进行详细检查，避免扭曲问题产生。钻孔施工中，要求先将钻头阀门关闭，将钻杆向下移动到钻头位置并与地面接触，随后将马达开启进行钻进施工。通常应按照由慢至快的顺序进行施工，尽可能不要晃动钻杆，避免出现钻孔偏差问题。

4.3 泵压混合料

向设计桩底标高位置钻进后，即可停止施工，开始泵送混合料，如混合料填充满钻杆芯管后，需及时进行拔管施工，要求先泵料后拔管。选取静止提拔法进行钻杆施工，按照工艺性试验进行各项参数的确定，以此對钻杆提拔速度、混凝土泵送量等进行严格控制，确保提拔具有连续性，禁止提拔速度过快。要求在每分钟2m～3.5m之间控制成桩提拔速度。同时，在施工中还需确保排气阀能够正常作业，避免水泥浆堵塞排气阀。完成注浆作业后，桩头需覆盖水泥袋加以保护，与设计桩顶标高相比，施工桩顶高程应多出0.5m以上。

4.4 移机

完成上一根桩施工后，需重新进行钻机就位，开始下一个桩施工。

5 公路工程软基处理中CFG桩施工质量控制

1）成桩工艺性试验需在施工前进行，为地质资料及设备、工艺的正确性提供可靠依据，同时，对各项工艺参数进行确定，如混合料配合比，坍落度、搅拌时间等。要求在在表2规定内控制CFG桩桩位、垂直度及有效直径。

2）选取电子计量法在拌合站对CFG桩桩体混合料进行集中搅拌，通过混凝土罐车向施工现场进行运送。混合料上料顺序为碎石、卵石—水泥、粉煤灰及泵送剂—砂。保证在砂与石之间放置水泥、粉煤灰及泵送剂，保证在60s以上控制各盘料搅拌时间。

3）钻机就位之后，保证钻杆与桩位中心垂直相对，且在50mm之内控制桩位容许偏差。选取钻架挂垂球的方式，在其四周进行垂直度测量，保证在1%以内控制CFG桩垂直度容许偏差。