CFG樁技術(shù)在公路軟土路基處理中的應(yīng)用

【摘 要】綜述了CFG樁對地基的加固機(jī)理，論述了其在公路軟土路基處理中應(yīng)用，并從多個(gè)角度論述了施工中質(zhì)量控制要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】CFG；褥墊層；沉管

引言

CFG樁是國內(nèi)上世紀(jì)80年代末研發(fā)的一項(xiàng)地基加固技術(shù)，其是在施工中與樁間土和褥墊層共同組成人工復(fù)合地基提高地基承載力，該種工藝可通過增長樁長將上部荷載傳遞到更深土層內(nèi)而具有承載力提升幅度大、模量高、沉降穩(wěn)定快等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于地基或路基處理工程中，采用該種工藝可顯著提高地基承載力并會(huì)減少工后剩余沉降，因此說該工藝具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1.CFG樁對地基的加固機(jī)理

CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂用水拌合而成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，施工時(shí)可采用多種機(jī)械制成可變強(qiáng)度樁，其是利用樁體的粘接性在全長范圍內(nèi)受力，通過樁周阻力、端承力和樁間土的垂直及水平向承載力與褥墊層共同構(gòu)成復(fù)合地基，樁體強(qiáng)度可根據(jù)水泥摻量及配比相應(yīng)變化，因此其是介于剛性樁和柔性樁間的樁型。該工藝可通過褥墊層與底基層連接，因此無論樁端落在一般土層還是堅(jiān)硬土層均能保證樁間土參與工作，樁體本身強(qiáng)度及模量大于樁間土，因而在荷載作用下樁頂應(yīng)力大于樁間土表面應(yīng)力，樁體則可將承受的荷載傳向較深土層而相應(yīng)減少樁間土承擔(dān)的荷載，樁體存在可提高路基承載力并減小其變形。其作用機(jī)理為加設(shè)在褥墊層上逐級加載，在初期階段荷載則可通過剛性基礎(chǔ)均勻加到褥墊層并通過其傳遞給樁和樁間土，且樁及樁間土對荷載的分擔(dān)比相當(dāng)于樁間土的置換率，隨著荷載增加會(huì)在樁頂形成應(yīng)力集中，由于褥墊層由碎石散體組成，因此散體顆粒會(huì)通過相對滑移而形成流動(dòng)補(bǔ)償來調(diào)節(jié)樁頂應(yīng)力，從而一定程度上消散樁頂應(yīng)力，荷載也轉(zhuǎn)向樁間土，而樁間土則會(huì)產(chǎn)生壓縮沉降并由褥墊層進(jìn)行補(bǔ)償，因而樁頂則會(huì)刺入褥墊層，此時(shí)由樁和樁間土在褥墊層的協(xié)調(diào)下共同承載，隨著荷載進(jìn)一步增加褥墊層的調(diào)節(jié)作用會(huì)逐步減弱，當(dāng)荷載增大到一定程度時(shí)新增加的荷載則主要由樁體承擔(dān)直至樁體承載力發(fā)揮到極限。加載過程中先是樁間土承載力充分發(fā)揮，樁體承載力作為儲(chǔ)備，在樁體承載力充分發(fā)揮前新加荷載主要由樁體后期承載力提供，后期加載過程中雖樁頂應(yīng)力在很大程度上增加，但由此導(dǎo)致的整體沉降取決于樁身的沉降變形，但該種變形量非常小，因此采用該工藝的工后剩余沉降量較小[1]。

2.CFG樁施工工藝

2.1 施工準(zhǔn)備 施工前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場的“三通一平”，清除地面和高空障礙物及地表雜草和表層腐殖土，之后應(yīng)將地表碾壓；對導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，并按照圖紙布設(shè)樁位，并應(yīng)設(shè)置控制樁，用白灰將樁軸線標(biāo)志出來并編號(hào)記錄；結(jié)合設(shè)計(jì)樁長以及沉管入土深度來確定機(jī)架高度和沉管長度，選擇合適施工機(jī)械進(jìn)場，并校正沉管垂直度偏差不超過1%。

2.2 材料控制 施工中采用的水泥、粉煤灰以及骨料、外加劑等應(yīng)在進(jìn)場前檢查其標(biāo)號(hào)、試驗(yàn)報(bào)告及質(zhì)量證明文件，確認(rèn)其各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合要求后方可使用；對采用的水泥應(yīng)以同廠家、同標(biāo)號(hào)、同等級、同生產(chǎn)日期并連續(xù)進(jìn)場的罐裝水泥分批，且每批不應(yīng)超過200噸；粉煤灰每批量不應(yīng)超過120噸，粗細(xì)骨料則應(yīng)以連續(xù)進(jìn)場的同料源以600噸和400噸為一個(gè)批次，外摻劑則應(yīng)不超過50噸，施工用水則應(yīng)對同一水源每個(gè)漲水季節(jié)進(jìn)行一次檢驗(yàn)。

2.3 試樁 在大面積施工前應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況選取具有代表性工點(diǎn)進(jìn)行試樁，試樁根數(shù)不應(yīng)少于5根，試樁的目的是為了取得符合設(shè)計(jì)要求的沉管速率、延米投料量、拔管速率、塌落電流及充盈系數(shù)等工藝控制參數(shù)，并在其質(zhì)量檢驗(yàn)合格后作出試驗(yàn)報(bào)告，將其中數(shù)據(jù)作為后期施工中參數(shù)的控制依據(jù)。

2.4 混合料拌合 CFG樁施工用料必須采取攪拌站集中拌和以控制混合料質(zhì)量，拌合中應(yīng)嚴(yán)格按照配合比配料，每盤料的拌合時(shí)間應(yīng)參照普通混凝土的拌合時(shí)間，一般控制在90-120s范圍內(nèi)，水的投加量以及拌合時(shí)間應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，最終混合料的坍落度控制在90-110mm范圍內(nèi)。

2.5 沉管成樁 樁機(jī)就位后則可啟動(dòng)馬達(dá)振動(dòng)沉管到設(shè)計(jì)深度后方可停機(jī)，停機(jī)后則應(yīng)立即向管內(nèi)投料，所投加混合料應(yīng)保證在成樁后其浮漿厚度不超過20cm，投料完成后則啟動(dòng)馬達(dá)留振5-10s后則開始拔管，拔管速度控制在1.2-1.5m/min，應(yīng)避免拔管速度過慢延長振動(dòng)時(shí)間導(dǎo)致樁頂浮漿增厚，并使混合料離析，或拔管過快造成局部縮頸或斷樁，拔管過程中應(yīng)嚴(yán)禁反插；拔管過程中應(yīng)避免長時(shí)間留振以防出現(xiàn)離析現(xiàn)象，拔管完成并確認(rèn)成樁符合設(shè)計(jì)要求后則可用碎石或級配砂石封頂，封頂完成后則可進(jìn)行移機(jī)施工下一根樁，如施工位于軟土則可采用靜壓振拔技術(shù)，并在沉管過程中避免啟動(dòng)振動(dòng)錘以減少對樁間土的擾動(dòng)[2]。

2.6 褥墊層施工 復(fù)合地基檢測合格后方可進(jìn)行褥墊層施工，當(dāng)樁間土的含水量較小時(shí)，褥墊層一般采用平板振動(dòng)儀進(jìn)行振密砂墊層，厚度一般為300mm左右，施工時(shí)應(yīng)控制振速，并保證振實(shí)后的厚度同虛鋪厚度比較不低于0.93，也可采用靜力壓實(shí)法進(jìn)行密實(shí)，如砂石料較干則可在虛鋪后進(jìn)行適量灑水后再進(jìn)行碾壓或夯實(shí)[3]。

3.質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 樁徑和垂直度 施工中應(yīng)保證每顆樁實(shí)際混合料灌注量不低于設(shè)計(jì)量，灌注后的充盈系數(shù)應(yīng)大于1，施工中除了保證塔身四周的垂直標(biāo)桿調(diào)節(jié)塔身導(dǎo)桿后尚應(yīng)采用水平尺檢查鉆機(jī)機(jī)架水平度，同時(shí)應(yīng)檢查鉆機(jī)塔身和鉆桿是否垂直，若垂直度不足則應(yīng)調(diào)節(jié)塔身垂直標(biāo)桿直至垂直度不超過1%。

3.2 拔管速率 施工中應(yīng)嚴(yán)格控制混合料泵送量與拔管速率相匹配以免出現(xiàn)停泵待料現(xiàn)象，并避免拔管速率過快形成樁徑偏小或縮頸斷樁，拔管速率過慢導(dǎo)致水泥漿分布不均勻而形成離析，最終導(dǎo)致樁頂浮漿過多并影響樁身強(qiáng)度。

3.3 樁長保護(hù) 成樁后一般應(yīng)較設(shè)計(jì)樁長加長0.5m左右以保證樁長，并在沉管拔出后用插入式振搗棒對樁頂混合料加振3-5s以提高該部位密實(shí)度，整樁施工完畢后應(yīng)用人工進(jìn)行樁間土清理和樁頭鑿除，鑿除樁頭時(shí)應(yīng)嚴(yán)禁用大錘直接夯擊樁頭將樁身震碎，而應(yīng)用鋼釬對稱將多余部分鑿除，后用小錘和鋼釬進(jìn)行樁頂找平，最終保證樁頂不存在斜面。

3.4 混合料強(qiáng)度控制 混合料拌合時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)配合比配料，拌合過程中應(yīng)經(jīng)常測定砂石含水量，并通過觀察混合料塌落度等來分析其配合比，并應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定做試塊以準(zhǔn)確檢測、反應(yīng)成樁的抗壓強(qiáng)度。

4.結(jié)語

CFG樁成樁強(qiáng)度和模量均超過樁間土，且荷載作用下樁頂應(yīng)力大于樁間土的表面應(yīng)力，因此樁體的存在大大提高了地基承載力，并降低了沉降量，從而可有效控制地基變形，同時(shí)該工藝施工速度快、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)決定其必將誒廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]閻明禮，張來剛．CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].北京:中國水力水電出版社，2001．

[2]周向軍.CFG樁在公路軟基處理中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2010年第1期.

[3]劉玉卓.公路工程軟基處理[M].北京:人民交通出版社，2002