長螺旋鉆機(jī)施工CFG樁的應(yīng)用

劉珍榮 安金龍

1 工程概況

京津第二通道是國家干線(高速)公路網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分,根據(jù)北京高速公路建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn),對橋頭填土工后沉降控制指標(biāo)為5 cm,依據(jù)勘測設(shè)計報告,經(jīng)沉降計算路基填方6m～8m的工后沉降為24.5 cm～41 cm,為避免工后沉降過大,緩解橋頭跳車對路面、橋面及伸縮縫的破壞,提高車輛行駛的安全性和舒適性,綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工進(jìn)度等因素,對橋頭采用 CFG樁復(fù)合地基處理。

2 CFG樁復(fù)合地基簡介

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱,CFG樁復(fù)合地基是指通過改變樁長、樁距、褥墊層厚度和樁體配比,使復(fù)合地基承載力得到提高。它具有沉降變形小、施工簡單、造價低、承載力提高幅度大、適用范圍較廣、社會和經(jīng)濟(jì)效益明顯等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各類工程的地基處理和加固。一般有三種成樁施工方法:即振動沉管灌注成樁(適用于粉土、粘性土及素填土地基)、長螺旋鉆孔灌注成樁(適用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密實(shí)以上的砂土)和長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁(適用于粘性土、粉土、砂土以及對噪聲或泥漿污染要求嚴(yán)格的場地)。

3 施工工藝流程

本標(biāo)段橋位下的土質(zhì)組成為:輕亞粘土、中亞粘土、重亞粘土及重亞砂土。根據(jù)此土質(zhì)組成,選用長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁的方法進(jìn)行施工,施工工藝流程如圖 1所示。

1)測量放樣。測量樁位前應(yīng)對施工現(xiàn)場原始地面標(biāo)高進(jìn)行抄平測量,并用平地機(jī)平整碾壓后放出各樁的準(zhǔn)確位置,將線路縱坡、橫坡考慮在內(nèi)后,原地面標(biāo)高控制在±5 cm以內(nèi)。施工樁頂高程控制在高于設(shè)計墊層底標(biāo)高 30 cm處。根據(jù)設(shè)計圖紙將施工區(qū)域進(jìn)行劃分,并將各樁進(jìn)行編號,定機(jī)定人進(jìn)行管理。

2)樁位放點(diǎn)。樁位放點(diǎn)根據(jù)樁位平面布置圖及設(shè)計圖紙施工放樣,用鋼簽在樁位處打孔并填滿石灰做出標(biāo)記。樁位偏差控制在 100mm以內(nèi)。放點(diǎn)工作完成以后,報請現(xiàn)場監(jiān)理工程師進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

3)鉆機(jī)就位。施工前測量場地標(biāo)高,埋設(shè)控制樁,確定成孔控制深度,在鉆桿上做出控制標(biāo)志,作記錄并通知監(jiān)理報驗(yàn)。樁位點(diǎn)經(jīng)檢驗(yàn)合格,鉆機(jī)就位后,使鉆桿垂直對準(zhǔn)樁位中心,確保CFG樁垂直度容許偏差不大于 1%?，F(xiàn)場控制采用鉆架上掛垂球的方法測量該孔的垂直度。每一根樁施工前現(xiàn)場工程技術(shù)人員進(jìn)行樁位對中及垂直度檢查,滿足要求后方可開鉆。

4)鉆孔、提鉆、壓灌、成樁。鉆機(jī)就位穩(wěn)定后開始鉆孔,當(dāng)鉆具鉆至設(shè)計深度后空轉(zhuǎn)清土以便使孔底虛土被鉆出。鉆孔開始時,關(guān)閉鉆頭閥門,向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面時,啟動馬達(dá)鉆進(jìn)。一般應(yīng)先慢后快,當(dāng)鉆頭到達(dá)設(shè)計樁長預(yù)定標(biāo)高時,于動力頭底面停留位置相應(yīng)的鉆機(jī)塔身處做醒目標(biāo)記,作為施工時控制樁長的依據(jù)。在正式施工時,當(dāng)動力頭底面到達(dá)標(biāo)記處樁長即滿足設(shè)計要求。施工時還需要考慮施工工作面的標(biāo)高差異,作相應(yīng)增減。鉆至設(shè)計深度后,用混凝土泵通過管路把坍落度為 18 cm～20 cm的高流動混凝土打入孔底,與此同時提鉆,孔底單向活門自動打開,使混凝土流出,并使鉆具在混凝土內(nèi)埋深 0.3m～1.0m左右。提鉆速度必須與混凝土的泵入速度相匹配,即混凝土的灌入量使孔內(nèi)混凝土面抬升高度比鉆頭的位置始終高出 0.3m～1.0m,以防止出現(xiàn)斷樁。

5)移機(jī)。當(dāng)上一根樁施工完畢后,鉆機(jī)移位,進(jìn)行下一根樁的施工。施工時由于CFG樁排出的土較多,經(jīng)常將臨近的樁位覆蓋,有時還會因鉆機(jī)支撐時支撐腳壓在樁位旁使原標(biāo)定的樁位發(fā)生移動。因此,下一根樁施工時,還應(yīng)根據(jù)軸線或周圍樁的位置對需施工的樁位進(jìn)行復(fù)核,保證樁位準(zhǔn)確。

6)清理樁間土。CFG樁體達(dá)到一定設(shè)計強(qiáng)度后,用膠輪挖掘機(jī)將樁間土挖出,清理平整并壓實(shí)。

7)破除樁頭。樁間土清理完畢后,集中進(jìn)行樁頭破除。采用切割機(jī)進(jìn)行樁頭破除,能避免樁體遭到破壞。破除的樁頭及時運(yùn)走。

8)褥墊層施工。破除樁頭后進(jìn)行褥墊層施工。褥墊層厚度為50 cm,采用天然二灰穩(wěn)定砂礫(最大粒徑不超過3 cm),按照路基施工標(biāo)準(zhǔn)層層碾壓。

4 施工中的注意事項

1)操作手之間的配合。CFG樁成樁過程由現(xiàn)場工程技術(shù)人員指揮,樁機(jī)操作手和地泵操作手密切配合,按照先泵料后拔管的原則,防止CFG樁因先拔管后泵料而成吊腳樁。

2)嚴(yán)格控制提鉆速度。提鉆速度過快可能導(dǎo)致樁徑偏小或縮徑斷樁,而提鉆速度過慢又會造成水泥漿分布不勻,樁頂浮漿過多,樁身強(qiáng)度不足和形成混合料離析現(xiàn)象,導(dǎo)致樁身強(qiáng)度不足。

3)拔管的連續(xù)性。拔管過程中避免反插,若出現(xiàn)反插,由于樁管垂直度的偏差,容易使土與樁體材料混合,導(dǎo)致樁身摻土影響樁身質(zhì)量。

4)樁頂標(biāo)高的控制。樁頂標(biāo)高的控制應(yīng)根據(jù)施工機(jī)械采用理論和實(shí)際相結(jié)合的原則。關(guān)鍵為控制輸料量和最后一次泵送量。施工時應(yīng)做好最后一次泵送量成樁高度的理論計算和實(shí)際調(diào)整,施工時應(yīng)根據(jù)泵送一次輸出量、鉆桿內(nèi)混凝土量及實(shí)際孔深及時調(diào)整。

5)樁頭破除。在破除樁頭前應(yīng)準(zhǔn)確測量樁頂標(biāo)高,并在縱橫向掛線標(biāo)示樁頭水平位置。鑿除樁頭時嚴(yán)禁單邊打眼鑿樁頭,防止樁頭成斜面或破損,截取后的樁頭面應(yīng)是水平面。清理樁間土和截取樁頭時,應(yīng)采取相應(yīng)的預(yù)防措施,防止造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動樁間土。

5 成樁時應(yīng)注意的質(zhì)量問題及采取的相應(yīng)措施

5.1 樁位偏差

樁位偏差指樁軸心位置偏離設(shè)計樁位并超出規(guī)程、規(guī)范允許偏差值。造成樁位偏差主要原因如下:1)測量放線時,放線、設(shè)點(diǎn)發(fā)生偏差。2)施工中樁位點(diǎn)模糊不清,以致螺旋鉆機(jī)對準(zhǔn)樁位點(diǎn)時發(fā)生偏差。3)施工遇到障礙物時,發(fā)生偏差。4)樁位偏差經(jīng)常是人為的疏忽,應(yīng)加強(qiáng)管理引起注意。

采取相應(yīng)預(yù)防措施如下:1)加強(qiáng)管理,技術(shù)人員須持證上崗,嚴(yán)格按照規(guī)程、規(guī)范,設(shè)計要求進(jìn)行測放樁位。設(shè)置樁位點(diǎn)必須有明確標(biāo)志。2)要求施工機(jī)械安放穩(wěn)固水平,鉆桿垂直對準(zhǔn)樁位,遇到地下障礙物時必須及時清除。3)施工中,由于部分樁位被成孔時涌到地面的土掩埋,可預(yù)先用細(xì)鋼筋插入樁位點(diǎn),使之不被掩埋,可提高對樁位點(diǎn)的準(zhǔn)確度和施工效率。

5.2 堵管

堵管是指鉆桿在提升過程中,混凝土阻塞在鉆桿或輸料管中,不能連續(xù)灌注,嚴(yán)重時造成管路爆裂,危及人身安全。主要原因如下:1)螺旋鉆排氣不暢,施工人員對機(jī)械參數(shù)不明確或調(diào)整不當(dāng),螺旋鉆提升速度與泵送量不協(xié)調(diào)。2)混凝土泵送壓力偏低:混凝土中粗骨料粒徑過大過多。

采取相應(yīng)預(yù)防措施如下:1)每次泵送混凝土前應(yīng)檢查排氣孔是否通暢。2)嚴(yán)格控制螺旋鉆提升速度,并與泵送量保持良好協(xié)調(diào)。3)嚴(yán)格控制混凝土的原材料質(zhì)量及混凝土攪拌時間,保證混凝土有良好的和易性及流動性。

5.3 串孔

打完X號樁后,在施工樁相鄰的Y樁時,發(fā)現(xiàn)未結(jié)硬的X號樁的樁頂突然下落,當(dāng) Y號樁泵入混合料時,X號樁的樁頂開始回升,此種現(xiàn)象稱為串孔。發(fā)生串孔的原因如下:1)被加固土層中有松散飽和粉土、粉細(xì)砂。2)鉆桿鉆進(jìn)過程中剪切作用對土體產(chǎn)生擾動。3)土體受剪切擾動能量的積累,足以使土體發(fā)生液化。

采取相應(yīng)預(yù)防措施如下:1)減少在串孔區(qū)域的打樁推進(jìn)排數(shù),減少對已打樁擾動能量的積累。2)合理提高鉆頭鉆進(jìn)速度。

6 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,新材料、新工藝、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),對高速公路施工的要求也越來越高,施工企業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。CFG樁作為高速公路軟基處理中的一個新工藝,具有廣闊的市場前景,目前 CFG樁復(fù)合地基在理論和施工中都還存在不少問題,還有待加強(qiáng)。

[1] 黃 榮,鄧躍光.CFG樁復(fù)合地基的原理與設(shè)計[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),2010(4):8-9.

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[4] 吳彥明.長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓CFG樁施工及質(zhì)量控制[J].山西建筑,2010,36(6):101-102.