CFG桩在市政道路软土路基加固处理中的应用

2021-04-01芒市住房和城乡建设局皇甫宗致

中国建设信息化 2021年5期

文｜芒市住房和城乡建设局皇甫宗致

0 引言

路基的稳定性对市政道路的安全和稳定有关键影响，城市道路下往往涉及各种地下设施及管线需要施工，导致路基处理的工期要求较紧，在遇到软土地基时就需要采取快速加固软基的技术。而水泥粉煤灰碎石桩，简称CFG 桩，就是一种能够较快处理软土地基的手段。CFG 桩是由水泥、粉煤灰、碎石在一定比例下配置的低强度水泥混凝土，在软基内打入CFG 桩后，能够充分利用桩间土形成复合地基，将上部荷载传递至更深层的地基中，实现快速处治的同时还能节约造价，具有较好的技术性能和经济效果。

1 CFG 的概念

水泥粉煤灰碎石桩由水泥、粉煤灰、碎石、砂等拌和而成，通过将高粘结强度桩体与桩间土体的结合形成复合地基，提高桩基的稳定性和承载力，实现对软土地基的有效加固。CFG 复合地基的承载力主要来源于CFG 桩、褥垫层与桩间土的相互作用，通过CFG 桩自身的强度以及CFG 桩与桩间土的摩擦力，形成对上部荷载的承载力。通过褥垫层的设置实现对CFG 桩和桩间土刚性的控制，实现CFG 桩与桩间土承载力的有效传递，保证了复合地基的稳定性，避免CFG 桩在使用过程中发生不均匀沉降。作为一种快速有效的市政道路工程地基处理措施，CFG 桩加固技术越来越受到广泛应用。但是CFG 桩的施工工艺仍然有较多需要注意的环节，施工不当将严重影响土基处治的质量，导致道路在运营时发生不均匀沉降、塌陷等病害。

2 CFG 桩处理市政道路软基地基的实践

2.1 工程概况

本项目位于国内西南地区某市政道路工程一期填土区，道路总长为2513.105m，沿线地质为淤泥及淤泥质软土，在进行道路施工前需对软弱地基进行加固。项目范围内原场地为鱼塘和农地，现地面已经用人工填土进行平整，地势较为平坦。根据勘察报告，自上而下地层结构为：人工填土（2.1～3.5m 高）、第四系路交互项沉积淤泥、燕山期花岗岩残积粘性土，燕山期花岗岩风化带。根据道路等级，本次设计要求软基处置后的工后沉降值不得超过30cm。

2.2 本项目CFG 桩软基治理方案

充分考虑本项目的工期安排和地质情况后，决定采取CFG 桩法进行道路软弱地基的处置，以CFG 桩、褥垫层、桩间土作为复合地基。根据设计要求，本次设计CFG 桩采用42.5 普通硅酸盐水泥，桩基强度为C15，直径为40cm，桩基位置至少达到持力层1.5m，采用矩形方式布置，间距1.8m，顶部铺设中粗砂土层，厚度不低于50cm。为避免泥浆和噪声对周边环境和居民生活造成较大影响，本次采用长螺旋钻孔、泵压成桩工艺进行CFG 桩的钻孔和成型。施工前需进行填土翻挖、排水设施施工等工序，保证打孔及成桩过程的排水顺畅。

3 软土路基中CFG 桩的施工要点

3.1 施工准备工作

在进行CFG 桩的打孔成桩施工前，需要做好施工准备工作。首先应彻底清理地面，将地面杂草、杂物等进行清除后，对场地进行平整。施工人员应熟悉并准确理解设计图纸中的要求，并重新复合地质资料，明确桩位后放线、标记，同时按要求布置沉降观测网点，方便后期进行监测。此后可以进行第一次全面的地基沉降观测，记录相关数据。在打孔、成桩前，还需要根据施工组织计划充分落实相关的人员、机械和材料，对机械和材料等开展检验、试验，确保材料满足CFG 桩的质量要求，确定水泥、碎石、粉煤灰、水等原料的配合比、搅拌速度、时间等参数。

3.2 钻机就位

本项目选用长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩，钻孔前再次复核标记钻孔位置与设计图纸是否相同，确保按照设计的定位点进行钻孔施工。为了避免土基受到打孔扰动的影响出现不均匀塌陷，CFG 桩的施工应采用跳桩法，由中心位向周围展开。待长螺旋钻机进入指定地点后，应利用设备四周的垂杆校正钻机位置，保证钻杆与桩中心对正，一般而言桩位偏差不得超过5cm，钻杆垂直偏差小于1%。在钻机端头到达设计标高时应立即停止钻孔，进行CFG 混合料的泵送。

3.3 CFG 桩的配置

CFG 混合料的配置，事关CFG 桩的成型质量和承载力，拌料时应当严格根据试验室确定的配合比来进行，不得擅自改变原料配比。为保证CFG 桩的成型质量，灌注前还应再次确定各原材料的性能指标是否满足规范要求。在配置混合料时，上料的顺序应遵循碎石、水泥、粉煤灰、砂依次混入，混合料应充分均匀搅拌，避免原材料大量粘附筒壁或者飞扬出搅拌筒，坍落度控制在16-20cm，根据混合料的塌落度情况及时调整投入搅拌机的加水量。所拌和混合料的数量应根据成桩数量和运输距离妥善确定，拌和好的混合料应立即送往钻孔现场，运输过程中搅拌不得停止。

3.4 灌注成桩

在CFG 混合料送达现场后，应立即开始灌桩作业，通常最迟不得超过两个小时。在正式灌桩前仍需对材料进行检验，可以踏落度作为标准，对于长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩的CFG 桩，一般要求混合料的坍落度在16-20cm。在灌桩时，混合料的泵送量、泵送速度、拔管速度等都对CFG 桩的成桩质量有重要影响，应根据设计要求和施工组织计划中确定的参数进行灌桩，同时时刻关注桩体的均匀性及成型质量。拔杆时间应准确控制，拔管速度应于泵送量紧密匹配，当遇到饱和砂土或粉土时，切不可停泵等料。当灌注到CFG 桩顶位置时，应当继续灌注50cm 桩头，为后期沉降的发生预留长度。在钻杆拔出地面后，及时观察CFG 桩的成桩质量，并用湿黏土覆盖桩顶，方可移动钻机到达下一点位。在整个施工过程中，应当安排专人负责指挥和监督，确保施工安全及成桩质量。注意CFG 桩在施工时不可避免地会对周边土体产生扰动，因此可能导致周边的桩点位发生移动，在进行后续CFG 桩的施工前，仍需再次复核检验设计及桩中心的点位是否与设计相同。

4 质量控制措施

4.1 严格控制拨管的高度和速度

在实际施工时，在灌装的初期可能没有成桩的质量数据可供参考，此时尤其应注意拔管的速度与高度。通常拔管高度应控制在0.5-1m，在每次拔管后应暂停10s，并进行锤击避免混合料粘附管口，也可采用反插0.3-0.5m 的方法。由于混合料需要分段添加，因此为了确保成桩的完整性，管内混合料应高出拔管1.5m 以上，拔管速度应低于1.5m/min，当桩周围土质不良时，拔管速度应进一步放缓，避免出现成桩缩径现象。

4.2 按序跳打施工

CFG 桩的钻孔应遵照跳桩法，避免钻孔作业对范围内土层产生不利影响，跳打施工时应顺着同一方向、间隔次序有序推进。在成桩后应及时将标尺布置在桩顶，方便查看成桩的沉降情况，同时仔细观察钻孔灌桩施工对先前成桩是否产生挤压。整个钻孔灌桩过程均应保证桩基与桩中心垂直对正，施工过程中若发现孤石，应及时通知有关单位协商对策，可适当移动桩位但应保证桩体满足要求。

4.3 桩体裂缝控制

在破除桩头时，由于现场人员经验不足、锤击力量过大导致桩体出现裂缝，同时机械撞击、桩间土受到破坏等也可能造成桩体开裂，一般情况下裂缝会出现在距离桩顶1m 左右的位置，地面水、地下水可能通过裂缝到达桩体内部，造成更为严重的结构性破坏。因此为避免出现类似情况，在开挖桩间土时最好以人工为主，在破凿桩头时应注意控制力度。

4.4 成桩质量的检测

在CFG 桩成桩后应及时检测其质量，确保CFG 桩的性能满足设计要求，每个批次的检验个数不应小于5 根，检测的参数包括桩体强度、垂直度、复合地基的承载力等。其中垂直度偏差不得超过设计的1%，桩位偏差不应超过5cm。在检测承载力时，需要对单桩承载力和复合地基承载力均进行检测，并计算其沉降，一般施工结束一个月桩体强度满足荷载条件后，即可开展复合地基的检测工作。需密切关注各桩体的工后沉降情况，对于发现问题的桩体，及时通知有关部门处置。

经检测，本项目CFG 桩的单桩及复合地基承载能力均达到设计要求，表明本次项目CFG 桩的钻孔成桩取得了较好的效果。