CFG 桩在公路工程软土地基设备处理中的应用

杨 佳

（中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116100）

0 引言

随着公路工程建设的迅速发展，在公路工程建设进行过程中，遇到了大量的大型软土地和路基。软土地基工程具有承载力低、沉降大、固结难和完成持续时间长等不利的基础工程设计特点。如何更好地有效处理公路软土和软土地基已经成为公路和公路建设发展的重要学术研究课题。正确、合理选择基础软土层和地基处理实施方法，对有效控制基础施工进度，指导后期基础施工工程组织和现场布置实施具有重要的科学理论和技术实践应用意义。对公路CFG（Cement Fly-ash Gravel，水泥粉煤灰碎石桩）桩软土地基处理进行了深入研究。

1 问题的由来

近年来，基础设施工程建设事业取得了显著的发展，但是在基础设施工程建设发展过程中逐渐出现一些有关工程技术性的问题。在基础工程建设实践中，必然会遇到许多特殊的基础工程，例如地质软土问题，其中地质软土工程路基建设是非常需要认真面对的一个问题。国内软土路基分布广泛，成因复杂。因此，在建筑施工设计过程中，如何正确处理这些问题已经逐渐成为必须面对的一个现实技术问题。在施工处理软土地基时，应防患于未然，充分遵循“早发现、早处理”的理念，减少在施工过程中产生的损失，提高在以后的长期使用中的安全性。某施工现场如图1 所示。

2 CFG 桩的理论内涵和主要作用

2.1 CFG 桩的基本理论内涵

在桩体基础设施工程结构处理中，CFG 桩处理是基于保证桩体的稳定黏着性，实现桩体长度范围内的稳定受力，保证桩体基础工程结构的强度、稳定性。

2.2 CFG 桩的主要作用

随着软土地公路工程项目数量的不断增加，CFG 桩软土地基处理技术方法的实际应用也在不断得到深化。就实际应用过程而言，CFG 桩的实际应用主要具有以下3 个功能：

（1）置换功能。与其他软土地基上的天然的软土结构相比，CFG 桩的软土强度和结构弹性明显地比较高，可以有效实现软土地基结构的有效弹性置换，提高建筑地基的软土承载力和质量。

（2）挤压加固。在CFG 桩的广泛应用下，振动桩和沉管、挤压加固技术的广泛应用可以使桩身基础桩体荷载快速传递深入到深层土中，在有效消除桩身侧坡和摩擦层阻力的同时，实现桩身基础荷载结构的进一步深层挤密、挤压加固。

（3）柔性材料垫层功能，垫层技术是CFG 桩施工和设计应用的基本技术内容。在有效解决桩基与土壤变形应力问题的良好基础上，实现了土与桩间有效桩土接触应力的大幅增加。此外，在挤密、挤压桩的双重作用下，地基的固结施工速度进一步大大加快，降低了地基冲击力和承载力，对公路的运行稳定性能具有重大推动作用。

3 CFG 桩的施工工艺技术

3.1 现场施工放样

向孔内倒入石灰水或石灰粉，并在孔内插入符号标记，使用一次性木制、竹筷子，便于钻孔、掩埋过程中沿着废水和泥浆进入掩埋桩位后的检查搜寻。钻孔机已准确自动就位。钻机安装就位后，将活动钻杆放在垂直度上对准钻机桩位位置中心，确保CFG 桩位在垂直上的方向偏差≤1%。使用在一个钻机上悬挂一个垂直的圆球的方法，用以控制钻机位置。每根桩均要在施工前，测量员需要仔细检查每根桩的垂直线形和横向垂直度，符合要求后才能重新开始进行钻孔。某工程数据分析如图2 所示。

3.2 钻孔

图2 某工程数据分析

钻头开始钻孔时，向下缓慢移动探头钻杆，直到钻头完全接触钻井地面，并同时启动电机即可进行钻孔。先慢下来，然后再快。同时，检查每个钻杆的刻度偏差，并根据螺杆钻塔上的二十进尺刻度标记及时进行纠正。当孔钻钻孔达到工程设计标高时，停止继续钻孔。钻孔过程中，随时检查钻杆的横向垂直度，同时检查钻孔摇桩上的位置是否发生偏移，否则钻杆、钻头、钻孔摇桩位置也可能会发生偏移。

3.3 灌注混凝土

填充混凝土时，严禁强行拔管。拔出管子时，严禁边抽拔、边左右旋转，以保证管子和钢筋混凝土的连续均匀泵送。如果钢筋混凝土材料供应不及时，造成桩土钻机等建筑材料开裂状况，一段时间连续使用后就会可能造成桩土断桩或出现粘桩。

4 CFG 桩施工前期技术的具体工程应用

4.1 施工前期技术准备

充分全面的前期技术准备，可以为今后CFG 桩的具体工程技术应用开展打下良好的技术基础。在建筑施工前的准备工作过程中，施工人员同时应注意“三环一平”施工标准的具体实施。此外，还要相应对自动水准点位置进行功能复核和校正，并根据工程设计时的图纸要求设置一个控制柱。需要特别注意的是，一旦自动控制桩的所在位置无法确定，就要用白色石灰进行标记并加以记录，以确保合理配置控制桩的连接位置没有偏差。只有有效实现对这些质量指标的合理质量控制，为建桩工程前期设计做好合理准备，才能为推进CFG 桩的工程规范化和应用发展打下良好的理论基础。

4.2 材料施工过程中对材料的质量控制

水泥、粉煤灰和其他外加剂材料是在CFG 桩建筑工程中经常使用的主要施工材料。为了合理设计控制桩的整体结构性和稳定性，避免造成桩的断裂、承载力支撑不足等各种病害的发生，施工中应当严格控制施工所用材料。例如，在进行公路施工过程中，施工人员一般在公路水泥施工进场之初需要严格检查水泥测试检验报告和水泥质量合格证明文件等相关内容。在严格保证其结构规格、强度等主要性能指标与建筑工程施工技术内容要求相匹配的根本基础上，合理配置应用建筑工程施工，其他建筑材料也是如此。

4.3 CFG 桩控制管理

CFG 桩控制管理工作是大规模施工前的一个重要环节。在地质软基层的处理中，施工人员一般应首先负责进行整体地质环境条件的基本调查和地质复核，在严格控制具体条件以及成本基础上，代表相关工地单位进行现场试桩。

4.4 桩体搅拌机和桩体中的混合料搅拌

桩体混合料的施工质量安全控制工作是CFG 桩工程施工和设备应用的一个关键环节之一。在国际实践应用过程中，其施工搅拌材料质量管理控制过程应特别着重于以下2 个具体环节控制：①搅拌施工材料必须在各个搅拌点内进行及时搅拌，以便于保证各施工搅拌材料的及时充分投入使用；②在水泥搅拌生产过程中，水泥、碎石、粉煤的粒度用量控制是其一个核心内容。只有这样才能保证合理的质量配合比，保证材料搅拌时间，保证CFG 桩的实际应用符合标准，才能有效提高公路工程软土路基加固的质量，减少后期存在的一些问题，同时间接的给企业减少了一定的经济损失。

4.5 CFG 桩沉管工程

沉管工程是目前CFG 桩沉管工程技术应用的一个核心内容。螺旋钻杆主要技术有螺旋沉管式集成桩和螺旋泵式液压桩2 种主要制造技术。在建筑工程施工中，一旦已经安装好的机器安全就位，就等于可以将这种填充物水管安全下沉，并有效地将这种混合物安全投入水中运行。这样能有效避免重力振动锤对建筑桩间的土产生扰动，提高建筑整体桩土施工工艺质量。

4.6 现浇混凝土灌桩施工技术

在处理公路工程软地基时，采用现浇混凝土灌桩施工技术，可以提高公路工程地基的强度。采用现浇混凝土灌桩施工技术时，采用振动沉膜壁防渗墙，可以强化桩孔的强度。此外施工企业在应用现浇混凝土灌桩施工技术时，应合理搭配预应力混凝土灌桩和沉灌桩，一方面有效提高施工进度，另一方面有效控制施工成本，并且可以获得良好的公路地基加固效果。

4.7 预压法施工技术

在高速公路工程建设期间遇到软土地基时，采用预压法施工技术进行碎石桩施工，该技术施工速度快、成本较低，并且可以获得良好的施工效果。在施工过程中，利用软土的透水性特点，通过预压法向软土表面施加压力，在排出软土内的水分的同时，还能提高软土地基的密度。此外还应注意的是，软土地基受到压力作用后，原有的高程发生变化，需要增加调料量，在添加过程中应观测出现的沉降量，并且严格按照规范进行施工，避免地基出现质量问题。

4.8 水泥搅拌桩施工技术

水泥搅拌桩施工技术是公路工程软基施工中广泛应用的技术之一。利用水泥的固化作用，可以有效提高软土地基的强度。采用水泥搅拌桩施工技术时，要求施工企业具备较高的技术水平，才能充分发挥水泥搅拌桩施工技术的优势。

5 CFG 桩工程施工中的问题及安全控制措施

5.1 施工管道内部堵塞

CFG 桩工程施工运行过程中，管道堵管的主要形成原因可能是部分混凝土砂浆配合比不合理、混凝土砂浆搅拌设备质量不完全合格和部分CFG 施工设备存在缺陷。因此，在分层施工管理过程中，应严格按照钢筋混凝土的整体设计高度配比要求来进行分层施工，确保钢筋混凝土的整体坍落度在合理的施工控制高度范围内，同时还应加强施工机械的维护，保证发电设备的正常工作。

5.2 空心矩形桩头

空心矩形桩头的产生原因很可能主要是由于施工中间的排气阀不能正常进行工作，螺旋管内部的空气不能正常进行排出，混凝土管道泵送空气速度过快，拔管过快。因此，在正常工作运行过程中，要注意加强对自动排气阀正常工作运行状况的及时检查，发现气阀堵塞要及时进行清理。

5.3 清除桩体内部泥浆层

在施工过程中，桩身内部夹层水泥的主要形成原因可能是桩体拔管桩的速度过快或桩体材料粒径过大，软土桩体坍落的程度过小。因此，在建筑施工管理过程中，要严格保证施工钻头完全埋入施工软土中1 m 以上，并且要严格控制施工软土的最大坍落度和混凝材料的坍落粒径，以利于保证施工软土和工艺简易性。

5.4 沟道效应和流槽的形成原因

沟道效应和流槽的形成原因很可能主要是指在施工过程中由于钻杆扰动叶片的作用压力扰动了内部土壤，土壤内部受到钻杆扰动作用的压力扰动，从而容易造成材料窜槽。因此，在建筑施工打桩过程中，尽量选择采用较大间隔的施工方案，以大大减少施工打桩时的排数。

5.5 断筋裂桩

断筋裂桩的主要形成原因是钢筋钻孔机的速度过快，泵送出的混凝土与钢筋提升机的速度不完全匹配，空气未完全充分释放，混凝土未及时进行灌注，导致钢筋桩身严重断裂。桩身保护不好，施工过程时会容易造成其与桩身剧烈摩擦碰撞或外力扰动，导致断桩。CFG 桩开挖成型后，软土受力达到一定受力强度后才能正始开挖。开挖施工过程中，严禁扰动桩身。在加工切割钢桩时，应定期采用专用环形切割加工设备对桩基部进行多次环形纵向切割。

6 结束语

CFG 桩的技术标准化推广应用对公路工程中软土地基的施工处理有很大的影响。在公路工程建设中，只有充分认识工程CFG 桩在软土地基中应用的基本必要性，在明确工程CFG 桩的施工应用技术流程的根本基础上，才能有效地准确控制工程CFG 桩应用施工技术要点，以利于保证工程CFG 桩施工应用技术水平的不断提高，促进公路工程的进一步健康发展，同时才能保证软土地基处理的施工质量。