鐵路路基CFG樁地基處理工藝及質(zhì)量控制方法

廖志剛

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

水泥粉煤灰碎石樁(簡稱CFG樁)是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘結(jié)強度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基，提高了復(fù)合地基承載力。CFG樁地基處理加固效果顯著，采取CFG樁進行地基處理，施工便捷，噪音及周邊環(huán)境的污染小，適用性強，經(jīng)濟合理。

1 工程概況

鐵路路基為軟土地基，屬池河一級階地，地勢平坦開闊，路基基礎(chǔ)采用CFG樁加固，樁間距1.6～1.8 m，樁徑0.5m，正方形布置，樁長要求進入硬底層不小于1.0m，樁頂碎石墊層中間鋪設(shè)二層土工格柵。CFG樁水泥采用32.5級普通硅酸鹽水泥;碎石粒徑為5～25 cm;粉煤灰為Ⅱ級，樁身設(shè)計強度(28 d)為500 kPa。如圖1所示。

2 施工工藝

現(xiàn)場選用長螺旋鉆機作為施工機械，每臺鉆機配備一臺混凝土泵、一臺發(fā)電機和兩臺混凝土罐車。長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓成樁的施工工藝需進行成樁試驗。

1)試樁。施工前在加固范圍內(nèi)選擇2～4根樁作為試驗樁。通過工藝性試樁取得鉆速、鉆壓、混合料坍落度、混合料攪拌時間及拔管速度等施工技術(shù)參數(shù)，作為指導(dǎo)施工的依據(jù)。

圖1CFG樁地基處理標準斷面(單位:m)

2)確定施工順序。施工順序與土的性質(zhì)和樁間距有關(guān)，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，可采用隔樁跳打或連續(xù)施工。

3)樁機就位。樁位經(jīng)測量放樣后，用竹簽打孔，孔內(nèi)灌入白灰以便于在施工中容易準確地找到樁位，樁機就位后，應(yīng)由專業(yè)人員檢查樁機是否存在安全隱患。根據(jù)地面高程及樁底設(shè)計高程之差，在樁機塔身上自上而下用紅油漆標注刻度(以1 m間距最優(yōu))，作為樁長控制依據(jù)。樁機就位后，機長再次核對樁位，樁位(縱橫向)偏差應(yīng)＜50mm，調(diào)整垂直度，確保垂直度≤1%;同時應(yīng)保證樁的直徑不小于設(shè)計值。

4)鉆進成孔。鉆孔開始時，關(guān)閉鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸地時，啟動馬達鉆進，先慢后快，同時檢查鉆孔的偏差并及時糾正。在成孔過程中發(fā)現(xiàn)鉆桿抖動或鉆進困難時，應(yīng)放慢進尺，并檢查樁機穩(wěn)固性，防止樁孔偏斜和鉆具損壞。在試樁時，鉆進過程中應(yīng)做記錄，激振電流每沉1 m記錄一次，對土層變化處在記錄表中特別加以說明。

5)混合料攪拌及運輸。混合料攪拌在拌合站集中進行。按照配合比配料，每盤料攪拌時間按照普通混凝土的攪拌時間控制。一般控制在90～120 s，具體攪拌時間由試驗確定?；旌狭铣鰪S時塌落度控制在180～200mm?；炷恋倪\輸為混凝土罐車運輸。

6)灌注及拔管。鉆孔至設(shè)計標高后，停止鉆進，提拔鉆桿，泵送混合料灌注。首盤混合料灌注前，采用水泥砂漿潤滑管道。待鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管，灌注過程中勻速提鉆(2～3 m/min)，并保證混合料淹沒鉆具1 m。樁頂高程宜高出設(shè)計高程50～70 cm，灌注成樁后，樁頂蓋土封頂進行養(yǎng)護。在灌注混凝土的同時，要對混凝土做含氣量、塌落度的試驗。施工過程及時調(diào)整混凝土配合比。

7)移機。當一根樁施工完畢后，機械移位，進行下一根樁的施工。施工時由于CFG樁排出的土較多，經(jīng)常將鄰近的樁位覆蓋，有時還會因機械支撐時支撐腳壓在樁位旁使原標定的樁位發(fā)生位移。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行復(fù)核，保證樁位準確。

8)清理鉆渣。由于采用隔樁跳打法，打第二遍CFG樁前，必須采取濕挖法清理鉆渣(高出原地面部分)，宜用小型挖掘機清理，人工配合，嚴禁大型車輛及吊車進入成樁區(qū)域，防止對已成樁頭造成破壞。然后對地面進行平整，重新進行測量放樣。

9)鑿樁頭。樁達到一定強度(3～7 d)后，人工鑿除保護樁頭，然后人工挖除保護樁長內(nèi)的樁間土。

10)CFG樁檢測。CFG樁施工完畢28 d后，對CFG樁和CFG樁復(fù)合地基進行檢測，檢測包括室內(nèi)塊體試樣28 d齡期無側(cè)限抗壓強度、單樁承載力及低應(yīng)變檢測。靜載試驗采用單樁復(fù)合地基，根據(jù)試驗結(jié)果評價地基承載力。要求復(fù)合地基承載力≥500 kPa，檢測數(shù)量，靜載荷試驗數(shù)量取CFG樁數(shù)的1.0%，且每檢驗批不少于3根。

施工工藝流程如圖2所示。

圖2 CFG樁施工工藝流程

3 常見問題及處理與質(zhì)量檢測

1)提鉆與泵送

規(guī)范要求不允許先提鉆再泵料，要求先泵料再提鉆，尤其是在有樁尖承載力要求的情況下，但是在實際施工中，總是有先提鉆的情況。先泵料，目的是為了保證樁尖混凝土的質(zhì)量，防止提鉆時負壓造成樁間土中的水滲入樁體，相當于減少了實際樁長。

在實際施工時，總是先提20～30 cm，因為30m深的地層下土壓力很大，鉆頭閥門不易打開，施工隊先提鉆再泵料的目的是為了下開式鉆頭閥門有一個打開的空間，利用混凝土30m高的落差，沖砸開鉆頭閥門。因此，在實際施工時，可以做試驗，看看先泵料是否對鉆頭閥門的打開造成影響，如不影響閥門的打開，盡量按規(guī)范要求做。

2)斷樁

斷樁是指CFG樁成樁后，樁身混凝土面不連續(xù)，中間有垂直于樁中心軸線的開裂或間隔。斷樁是CFG樁最大的質(zhì)量事故。產(chǎn)生斷樁的原因為:①施工保護不夠，有大型工程機械在強度未達到的CFG樁區(qū)域運行，使樁被壓斷或把樁頭壓碎。最有效的防治辦法是，加強對CFG樁成樁區(qū)域的保護，嚴禁一切大型機械進入。②長螺旋鉆機的排氣閥被堵。要經(jīng)常檢查排氣閥，并將包裹排氣閥的混凝土鑿除。③灌注混凝土時，混凝土灌注供應(yīng)不及時。加強混凝土的調(diào)度，保證混凝土連續(xù)供應(yīng)，就可以防止因混凝土供應(yīng)不及時造成斷樁。④地質(zhì)原因，地下水豐富，易產(chǎn)生斷樁。對于這種原因造成的斷樁，施工中很難控制，對流塑狀和地下水豐富的地質(zhì)情況應(yīng)對CFG樁處理進行適應(yīng)性論證。⑤拔管和泵送混凝土配合不協(xié)調(diào)。設(shè)置一名指揮人員，用哨子或小旗對鉆機操作手和混凝土泵送人員進行指揮，做到拔管和泵送混凝土配合協(xié)調(diào)。⑥截除樁頭時樁被破壞。截樁頭時必須用鋸石機切割，從三個不同方向切割后，嚴禁用大錘敲擊的方法直接將樁頭打掉，應(yīng)該采用鋼釬插入鋸縫中將樁頭打掉，這樣就可以有效地避免斷樁。

3)樁頭空芯

主要是施工過程中，排氣閥不能正常工作所致。鉆機鉆孔時，管內(nèi)充滿空氣，泵送混合料時，排氣閥將空氣排出。若排氣閥堵塞不能正常將管內(nèi)空氣排出，就會導(dǎo)致樁體存氣，形成空芯。為避免樁頭空芯，施工中應(yīng)經(jīng)常檢查排氣閥的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)堵塞及時清洗。

4)樁端不飽滿

主要是因為施工中為了方便閥門的打開，先提鉆后泵料所致。這種情況可能造成鉆頭上的土掉入樁孔或地下水浸入樁孔，影響CFG樁的樁端承載力。為杜絕這種情況，施工中前、后臺工人應(yīng)密切配合，保證提鉆和泵料的一致性。

5)施工質(zhì)量控制

控制好鉆桿垂直度，其誤差應(yīng)符合規(guī)范要求，見表1。做好原材料試驗工作，施工中及時調(diào)整施工配合比。鉆至設(shè)計高程后，灌注混凝土時，必須先泵料后拔管。嚴格控制提鉆速度。做好成孔、攪拌、灌注、提鉆各道工序的密切配合、銜接。及時做好資料的整理工作。

表1 CFG樁施工的允許偏差、檢驗數(shù)量及檢驗方法

6)驗標質(zhì)量檢測

施工質(zhì)量檢驗主要應(yīng)檢查施工記錄、混合料坍落度、樁數(shù)、樁位偏差、褥墊層厚度、夯填度和樁體試塊抗壓強度等。CFG樁地基竣工驗收時，承載力檢驗應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗。CFG樁地基檢驗應(yīng)在樁身強度滿足試驗荷載條件時，并在施工結(jié)束28 d后進行。試驗數(shù)量宜為總樁數(shù)的0.5% ～1.0%，且每個單體工程的試驗數(shù)量不應(yīng)少于3點。應(yīng)抽取不少于總樁數(shù)的10%進行低應(yīng)變動力試驗，檢測樁身完整性。

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場地基處理施工試驗，對長螺旋取土工法的CFG術(shù)施工工藝、關(guān)鍵施工技術(shù)參數(shù)、工藝流程、過程質(zhì)量控制，以及質(zhì)量檢驗方法、檢驗頻度等進行了研究。獲取的技術(shù)參數(shù)可用于指導(dǎo)大規(guī)模施工。

［1］龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用［M］.杭州:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10001—2005 鐵路路基設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［3］趙鵬社，王亞國.鐵路路基CFG樁施工工藝質(zhì)量控制［J］.鐵道建筑，2010(7):108-109.

［4］王喜.CFG樁替代水泥攪拌樁在廣珠貨運鐵路軟基處理中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2012(4):111-113.