CFG樁軟土地基處理施工技術(shù)的應(yīng)用

曾木林

(廈門(mén)市中鐵源昌置業(yè)有限公司，福建 廈門(mén) 361000)

引言

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱，由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加適量水拌和形成具有高黏結(jié)強(qiáng)度的剛性樁體，通過(guò)調(diào)整水泥摻量及配比，其強(qiáng)度等級(jí)一般在C5～C25之間變化。作為一種新型的軟土地基的處理方法，CFG樁以前主要用于房建工程的地基處理。其適用范圍主要為黏土、粉質(zhì)黏土、粉土及砂土、淤泥質(zhì)土等，具有加速土體固結(jié)，沉降變形小、沉降穩(wěn)定快等特點(diǎn)，目前在工程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

一、CFG樁成樁機(jī)理

其主要形成機(jī)理是：在地基中采用特定的施工機(jī)械(如：長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)、沉管)鉆孔，利用高壓泵或普通方式將由水泥、粉煤灰、碎石、沙、水等材料配制而成的混合料灌注入成形的鉆孔中，在達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，即形成了水泥、粉煤灰、碎石樁(CFG樁)，由于其上鋪的碎石墊層的整體性，通過(guò)摩擦力的作用，使得施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的樁周?chē)耐馏w在受上部荷載作用發(fā)生下沉趨勢(shì)，將相對(duì)樁產(chǎn)生負(fù)摩擦作用，從而提高了樁自身的承載力；同時(shí)，由于反作用力的緣故，樁對(duì)其周?chē)欢ò霃椒秶詢?nèi)的土體又會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩擦力，不但阻止了樁周?chē)馏w的下沉，而且也提高了土體的承載力，這樣就使土體與CFG樁形成了共同受力的結(jié)構(gòu)，從而形成復(fù)合地基，提高了軟弱地基的承載力。其受力示意圖如圖1所示。

二、CFG樁的施工

2.1 施工機(jī)具

根據(jù)設(shè)計(jì)與所采用的施工方法的不同，CFG樁施工所配備的機(jī)械設(shè)備也有所不同。某工程中CFG樁的施工統(tǒng)一都采用長(zhǎng)螺旋、高壓泵壓灌的方法施工，其所用的主要設(shè)備有：①長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)(單機(jī)工效正常施工為120 m3/24h，即10m樁長(zhǎng)的樁為80～100根/24h)與長(zhǎng)螺旋鉆桿，常規(guī)深度為18m、23m，該工程設(shè)計(jì)深度為11m、14m；②混凝土泵，一般采用地泵(電動(dòng))30～60均可；③強(qiáng)制式雙臥軸攪拌機(jī)0.5m3。④輸送鋼管及高壓輸送軟管。⑤原材料計(jì)量設(shè)備(磅秤或電子秤)。最合理的機(jī)械配置是：2臺(tái)攪拌機(jī)、1臺(tái)高壓泵、1套鉆機(jī)為一個(gè)施工組合，不但能節(jié)省原材料，省去人工經(jīng)常洗管的麻煩，還可以提高施工效率，加快施工進(jìn)度。

2.2 施工材料

圖1 CFG樁受力示意圖

混合料的配合比應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，在實(shí)驗(yàn)室配制，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)樁施工檢測(cè)的成果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。配置混合料所需的水泥應(yīng)以普通硅酸鹽水泥為宜，依據(jù)單樁允許承載力的要求以及設(shè)計(jì)混合料強(qiáng)度的不同，水泥的用量不同，一般在330kg～360kg，同時(shí)應(yīng)摻入泵送劑，依季節(jié)的變化應(yīng)適量添加其他外加劑；所用碎石的粒徑應(yīng)小于10mm，如有條件時(shí)應(yīng)盡量采用卵石，而且混合料配比中砂率以不低于70%為宜，施工時(shí)坍落度一般在180～210mm之間，以便于混合料的流動(dòng)，保證泵送和灌注的順利進(jìn)行。

2.3 施工工藝

2.3.1 實(shí)驗(yàn)樁施工

在開(kāi)始大批量CFG樁施工以前，應(yīng)施工不少于3根的實(shí)驗(yàn)樁，在試樁完成兩周后即可進(jìn)行結(jié)果的檢測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)樁的施工，應(yīng)確定能正確指導(dǎo)以后施工的各種有用參數(shù)，如：確定設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)報(bào)告是否準(zhǔn)確，是否有易發(fā)生竄孔的土層；確定混合料的配合比是否能滿足施工要求；確定混合料的泵量、泵壓、泵送混合料時(shí)鉆桿的提升速度等。

2.3.2 平整場(chǎng)地

雖然長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)對(duì)施工場(chǎng)地的適應(yīng)性較強(qiáng)，但是為了保證CFG樁的施工質(zhì)量，有必要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理。根據(jù)鉆機(jī)的重量，要求原狀土強(qiáng)度不能低于50kPa，場(chǎng)地基本平整，地表坡度小于2°。開(kāi)始施工前應(yīng)使用推土機(jī)或裝載機(jī)進(jìn)行清表、平整、碾壓以滿足施工要求，對(duì)承載力達(dá)不到要求的地段應(yīng)進(jìn)行換填素土處理。

2.3.3 測(cè)量放樣

由施工測(cè)量人員按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行測(cè)量放樣，并在場(chǎng)地上用白灰或木樁標(biāo)出施工段的所有樁位，以便于連續(xù)不間斷的施工。

2.3.4 鉆機(jī)就位

移動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)入施工場(chǎng)地，支墊平穩(wěn)，鉆桿對(duì)準(zhǔn)樁位，檢查垂直度；攪拌機(jī)及高壓泵安放在場(chǎng)地內(nèi)，并將各種管線連接緊密。檢查高壓泵的排氣閥門(mén)，保證排氣順暢，否則容易在樁體內(nèi)產(chǎn)生比較大的氣泡，從而影響樁的質(zhì)量；檢查鉆桿上的泵送活門(mén)在泵送混合料的壓力下能否自動(dòng)打開(kāi)。

2.3.5 鉆進(jìn)成孔

開(kāi)動(dòng)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)的底標(biāo)高。在鉆進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)觀測(cè)鉆機(jī)上的電流表，如發(fā)現(xiàn)電流突然有變化時(shí)，表明土層發(fā)生了變化，需要改變鉆進(jìn)速度或遇到特別堅(jiān)硬的黏土層時(shí)，應(yīng)從鉆桿中加注水管適當(dāng)沖水，保證鉆桿的順利下沉。鉆進(jìn)過(guò)程中不需要有泥漿護(hù)壁，不過(guò)由于長(zhǎng)螺旋鉆的擾動(dòng)，在孔口會(huì)有部分松土。鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)底標(biāo)高后，應(yīng)檢查鉆頭上的土樣，確定是否已進(jìn)入設(shè)計(jì)土層，因?yàn)閷?duì)于CFG樁來(lái)說(shuō)，樁端土層的承載力是樁允許承載力的重要的一部分。

2.3.6 開(kāi)槽鋪筑砂礫墊層

施工完成后，鉆機(jī)移位至下一根樁處進(jìn)行施工。CFG樁完工后復(fù)合地基的基坑開(kāi)挖采用人工或機(jī)械、人工聯(lián)合開(kāi)挖的方式進(jìn)行。機(jī)械、人工聯(lián)合開(kāi)挖土預(yù)留人工開(kāi)挖厚度應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定，以保證樁的斷裂部位不低于基礎(chǔ)底面標(biāo)高。完成開(kāi)挖并整平后，按照設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)砂礫墊層，采用靜力壓實(shí)法壓實(shí)，當(dāng)基礎(chǔ)底面下樁間土的含水量較小時(shí)，也可以采用動(dòng)力夯實(shí)法。壓實(shí)后的墊層厚度與虛鋪厚度之比不得大于0.9。

三、CFG樁復(fù)合地基承載力計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，擠土成樁時(shí)，加固后樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值與天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的比值α=1.0～1.2；而非擠土成樁時(shí)，α=1.0。CFG樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值一般通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)合地基荷載實(shí)驗(yàn)確定，有時(shí)也可以按照下面的公式計(jì)算：

式中：fsp·k為復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；

m為面積置換率；

Ap為樁的截面面積，m2；

fk為天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；

α為加固后樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值與天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值之比；

β為樁間土強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù)，β=0.75～1.0；對(duì)變形要求高的建筑物應(yīng)取低值；

Rk為單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN。

單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rk取值：當(dāng)采用單樁靜載試驗(yàn)求得單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Ruk后，Rk=Ruk/γsp；其中γsp為調(diào)整系數(shù)，取值1.50～1.75，一般工程或基礎(chǔ)下樁數(shù)較多時(shí)應(yīng)取低值，重要工程、基礎(chǔ)下樁數(shù)較少或樁間土為承載力較低的黏性土?xí)r應(yīng)取高值。當(dāng)沒(méi)有單樁靜載實(shí)驗(yàn)資料時(shí)，采用如下公式計(jì)算：

式中：Up為樁的周長(zhǎng)；

qsi為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，查表可得；

qp為樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，查表可得；

Li為第i層土的厚度。

4.1 CFG樁的施工允許偏差符合下列規(guī)定

(1)樁長(zhǎng)允許偏差≤100mm；

(2)樁徑允許偏差±20mm；

(3)垂直度允許偏差≤1%；

(4)樁位允許偏差：對(duì)滿堂布樁基礎(chǔ)≤d/ 2。

4.2 CFG樁的成樁檢測(cè)

由于長(zhǎng)螺旋壓灌施工方法較好地保持了原狀地基土的強(qiáng)度，單樁靜載檢測(cè)或復(fù)合地基檢測(cè)時(shí)間可放寬至成樁后兩周內(nèi)進(jìn)行。檢測(cè)常用的方法是檢測(cè)樁阻極限承載力，而不是直接檢測(cè)復(fù)合地基的承載力值，因?yàn)榍罢咂诎踩坏蛻?yīng)變檢測(cè)作為樁身完整性參考指標(biāo)，但CFG樁為素混凝土樁，往往在機(jī)械開(kāi)槽時(shí)易被碰裂，此類(lèi)樁雖然易被判定為有裂隙的樁，但對(duì)其在復(fù)合地基中的作用并無(wú)影響。其檢測(cè)頻率為單樁靜載檢測(cè)總樁數(shù)的5‰～1%，且不應(yīng)少于3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)；同時(shí)每單位工程樁數(shù)按10%做低應(yīng)變檢測(cè)，以檢測(cè)樁身的完整性。

四、CFG樁的施工質(zhì)量檢測(cè)

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