CFG樁在市政道路軟基處理中的應(yīng)用

伍志成

【摘 要】目前國內(nèi)的市政道路工程具有地質(zhì)條件多變及地下管線復(fù)雜等特征，市政道路的軟基處理的質(zhì)量直接關(guān)乎到道路的壽命和穩(wěn)定性。本文結(jié)合筆者多年的市政道路軟基處理的經(jīng)驗(yàn)，通過對CFG樁加固軟弱地基的機(jī)理，針對CFG樁在市政道路軟基處理過程中的施工質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行分析，供業(yè)界人士參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】CFG樁；市政道路；軟基處理；質(zhì)量控制

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快，市政道路建設(shè)得到充分的發(fā)展。市政道路建設(shè)是帶狀的、承受動(dòng)靜荷載的人工建筑物，在軟土地質(zhì)地區(qū)的道路軟基處理中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)路基沉降過大、導(dǎo)致路堤失穩(wěn)、路面開裂等現(xiàn)象，對道路的壽命及影響的安全性造成極大的負(fù)面影響。CFG樁作為新時(shí)代處理軟弱地基的新方法，具有施工簡單、沉降變形小、承載力高、適用范圍較廣和經(jīng)濟(jì)效益明顯等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地解決市政道路建設(shè)受工后沉降、預(yù)壓期限制的軟弱地基處理，從而保證市政道路能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.CFG樁質(zhì)量要求

在軟基處理中，CFG樁的主要質(zhì)量要求：

（1）樁位必須與設(shè)計(jì)相符，樁頂位移偏差不大于100mm。

（2）樁垂直度≤1.0%。

（3）樁長設(shè)計(jì)要求，樁端持力層應(yīng)選擇在承載力相對較高的土層。

（4）樁徑的充盈系數(shù)要超過1.3。

（5）樁身強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

（6）單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

（7）樁身完整，無缺陷。

2.CFG樁其加固軟弱地基的機(jī)理

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(qiáng)度樁，用于市政道路軟基處理，主要是通過在路基和樁頂之間設(shè)置一定厚度的褥墊層保證樁、土共同承載，使樁、樁間土和褥墊層一起構(gòu)成復(fù)合地基。樁端持力層一般選擇承載力相對較好的土層。

3.CFG樁的施工工藝

CFG樁復(fù)合地基一般適用于處理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥質(zhì)土等軟土地基， 根據(jù)不同土質(zhì)類型及現(xiàn)場條件， 可選用不同的成樁工藝：

（1）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；

（2）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）振動(dòng)沉管灌注成樁， 適用于粉土、粘性土及素填土地基。

目前， 在道路軟土地基處理中經(jīng)常采用的施工工藝為振動(dòng)沉管灌注成樁法， 具體如圖1所示。

4.CFG樁施工的技術(shù)要求

（1）施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求由試驗(yàn)室進(jìn)行配合比試驗(yàn)，施工時(shí)按配合比配制混合料，混合料的坍落度宜為100mm，成樁后樁頂浮漿厚度不宜超過200mm；

（2）施工順序應(yīng)采用隔樁跳打，以減少發(fā)生樁徑擠小或縮頸的現(xiàn)象；

（3）施工拔管的速度要?jiǎng)蛩倏刂?，拔管速度?yīng)控制在1.2m/min～1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥質(zhì)土，拔管速度需適當(dāng)放慢；

（4）施工中應(yīng)注意對地表和已打樁樁頂位移的觀測，當(dāng)樁頂位移超過10mm時(shí)，需要對樁體進(jìn)行開挖查驗(yàn)；

（5）施工樁頂標(biāo)高宜高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.5m，并用土封頂，待養(yǎng)生結(jié)束后、鋪設(shè)墊層前予以鑿除，以避免樁頂部位混合料的離析；

（6）當(dāng)施工溫度低于5℃時(shí)，不宜進(jìn)行CFG樁的施工；

（7）在清土和鑿樁頭時(shí)，應(yīng)注意保護(hù)樁頂標(biāo)高以下樁身及樁間土，避免出現(xiàn)樁徑斷裂以及樁間土擾動(dòng)現(xiàn)象；

（8）待CFG樁達(dá)到28d齡期后應(yīng)進(jìn)行施工質(zhì)量檢驗(yàn)。樁的平面位置可用經(jīng)緯儀或皮尺檢測， 樁身質(zhì)量可采用低應(yīng)變試驗(yàn)檢測，單樁承載力可采用靜荷載試驗(yàn)檢測；

（9）CFG樁檢驗(yàn)完成后，可進(jìn)行墊層施工，墊層鋪設(shè)宜采用靜力壓實(shí)法，當(dāng)樁間土含水量較小時(shí)，也可采用動(dòng)力夯實(shí)法，夯填度（夯實(shí)后的墊層厚度與虛鋪厚度的比值）不大于0.9。

5.CFG樁施工的主要質(zhì)量問題及原因分析

振動(dòng)沉管灌注法工藝簡單，生產(chǎn)效率高，因此CFG樁常采用此工法，其主要施工程序?yàn)閳龅仄秸艠佣ㄎ弧駱额^→樁機(jī)就位→振動(dòng)沉管至設(shè)計(jì)深度→停振投料→振動(dòng)導(dǎo)實(shí)后拔管→留振→振動(dòng)拔管。由于CFG樁處理軟弱地基，地層多為飽和淤泥或淤泥質(zhì)土，施工時(shí)主要質(zhì)量問題及產(chǎn)生原因（表1）。

6.CFG樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

6.1 樁位控制

（1）在確保測量控制樁樁位準(zhǔn)確無誤的前提下，采用高精度的測量儀器（經(jīng)緯儀和50m鋼卷尺）進(jìn)行施工樁位放樣，插“竹簽”進(jìn)行明顯標(biāo)識及編號，并保護(hù)好。放樣樁位偏差不得大于20mm。

（2）準(zhǔn)確埋設(shè)樁尖，保證其正對放樣安插的“竹簽”，二者偏差不大于30mm。

（3）樁機(jī)就位后，利用樁機(jī)塔身前后和左右垂直標(biāo)桿檢查塔身導(dǎo)桿，校正位置，使樁管垂直對準(zhǔn)樁位中心，并用特制尺規(guī)檢驗(yàn)，使樁位偏差控制在50mm內(nèi)。

6.2 樁垂直度控制

（1）樁機(jī)就位后，保證樁機(jī)基座穩(wěn)固、水平，使樁管軸線垂直（垂直度應(yīng)小于1%）對準(zhǔn)孔位中心。

（2）開始沉管時(shí)應(yīng)控制速度，密切注意樁管是否偏斜，并及時(shí)糾正。

（3）樁機(jī)上配置水平尺，在沉管過程中，隨時(shí)檢查樁機(jī)的水平與穩(wěn)定，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整，嚴(yán)防傾斜和錯(cuò)位。

6.3 樁身質(zhì)量控制

6.3.1 混凝土拌制質(zhì)量控制

混合料配合比要根據(jù)場地的土質(zhì)情況及加固后要求達(dá)到的承載力由試驗(yàn)試配確定。配制的混合料和易性要好，坍落度（加筋5～7cm，素混凝土3～5cm）符合規(guī)范要求，初凝時(shí)間不小于5h，拌和時(shí)間不得少于90s，材料要求如下。

（1）碎石粒徑20～40mm，松散密度為1.39t/m3，雜質(zhì)含量小于5%。嚴(yán)格控制粗骨料粒徑，避免混凝土在樁管內(nèi)發(fā)生“架橋”現(xiàn)象。

（2）石屑粒徑2.5～10mm，松散密度為1.47t/m3，雜質(zhì)含量小于5%。

（3）Ⅱ級以上粉煤灰。

（4）32.5級以上普通硅酸鹽水泥。

6.3.2 沉管質(zhì)量控制要點(diǎn)

確定合理的施工順序和施工樁間距，盡量避免振動(dòng)、擠壓等外力擾動(dòng)，防范后續(xù)樁的施工對已施工樁的破壞。

（1）采用隔排隔樁跳打加大樁的施工間距（原則應(yīng)控制樁距大于3.5倍樁徑），或新打樁與已打樁間隔時(shí)間不應(yīng)少于7d。

（2）施打推進(jìn)方向從中間向外或從一邊向另一邊，不宜從四周轉(zhuǎn)圈向內(nèi)推進(jìn)施工，常采用逐排向后退打施工順序。

（3）樁長（深）一般根據(jù)設(shè)計(jì)樁長以及樁機(jī)抬架雙向控制。當(dāng)樁頭到達(dá)持力層時(shí)，瞬間電流將增大、電壓下降，沉管及上部的振動(dòng)錘會(huì)發(fā)生顫動(dòng)和輕微的擺動(dòng)。

（4）預(yù)制樁尖的混凝土強(qiáng)度等級不低于C30，其尺寸和鋼筋布置應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，在樁尖與樁管接觸出纏繞麻繩或墊硬紙襯等，使二者接觸處封嚴(yán)。對縫隙較大的活瓣樁尖及時(shí)修理或更換。

（5）灌注封底混凝土，樁管沉至地下水位以上0.5～1.0m時(shí)灌入0.05～0.1m3的封底混凝土。

6.3.3 混凝土樁身質(zhì)量控制

（1）樁管內(nèi)灌注混凝土后，留振5～10s再開始拔管。

（2）嚴(yán)格控制拔管速度，并做到勻速。在一般土層，拔管速度控制在1.2～1.5m/min較適宜，軟弱土層宜控制在0.6～0.8m/min。大量實(shí)踐證明，拔管速度太快將造成樁徑偏小或縮徑斷樁；拔管速度太慢，振動(dòng)時(shí)間過長，易使混合料離析，樁頂浮漿增厚。條件許可時(shí)，拔管速度宜通過施工前的工藝試驗(yàn)確定。

（3）拔管過程不允許反插，并保證混合料的灌注必須連續(xù)進(jìn)行。拔管時(shí)，如發(fā)現(xiàn)上料不足，須在拔管過程中空中投料，使樁管內(nèi)混凝土隨時(shí)保持2m左右高度，也應(yīng)高于地下水位1.0～1.5m。

（4）經(jīng)常檢查灌入量，一般用浮標(biāo)法或錘擊法測量。樁管每提升1～1.5m測量一次。

（5）成樁樁頂標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5m，用粒狀材料或濕粘土封頂，待樁基達(dá)到一定強(qiáng)度（一般3～7d）后開槽。

7.應(yīng)用實(shí)例分析

7.1 工程概況

某市政道路總長3.125km，按照城市Ⅰ級主干道標(biāo)準(zhǔn)修建，路面寬50m，設(shè)計(jì)行車速度60km/h。

由于該道路處于沿海軟基地帶，地層為約1.0m表土硬殼層（耕植土）、淤泥、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r。在鄰山K2+330～K2+660路段設(shè)計(jì)采用CFG樁+50cm砂墊層+土工格柵進(jìn)行軟基處理。

（1）CFG樁樁身強(qiáng)度C20，要求穿透淤泥層，進(jìn)入其下持力層（粘土層或強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r層）不少于1m。

（2）復(fù)合地基承載力特征值120kPa。

7.2 主要施工設(shè)備、機(jī)具

采用振動(dòng)式沉管打樁機(jī)架，配DZJ90型變矩式振動(dòng)錘，主要技術(shù)參數(shù)為電動(dòng)機(jī)功率90kW，激振力0～747kN，質(zhì)量6700kg。臺(tái)架按設(shè)計(jì)要求的單樁承載力進(jìn)行配重。樁管外徑φ325mm，采用預(yù)制樁尖和活瓣樁尖。

7.3 施工質(zhì)量控制效果

該工程CFG樁采用上述質(zhì)量控制方法，施工質(zhì)量全面滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

（1）該工程抽取試驗(yàn)樁14根，由某建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司采用壓重堆載法進(jìn)行單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明CFG樁復(fù)合地基承載力特征值均達(dá)到120kPA，滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）該工程低應(yīng)變動(dòng)力檢測抽取CFG樁243根，檢測結(jié)果顯示：I類樁219根，占抽檢總數(shù)的90.1%，Ⅱ類樁24根，占抽檢總數(shù)的9.9%，樁身質(zhì)量和樁身結(jié)構(gòu)完整性滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）路基填筑完成后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了3個(gè)月的沉降觀測（表2），5月6日～8月6日，觀測間隔2周。根據(jù)沉降觀測成果，各觀測樁點(diǎn)的累計(jì)沉降量為4～6mm，表明路堤穩(wěn)固。

表2 CFG樁處理軟基路段沉降觀測成果

8.結(jié)語

綜上所述，CFG樁能夠合理有效地處理好市政道路的軟土地基，成為道路建設(shè)中必不可少的環(huán)節(jié)。但除此之外，在CFG樁的質(zhì)量控制過程中，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)規(guī)范的要求組織實(shí)施，避免質(zhì)量事故的出現(xiàn)。同時(shí)還應(yīng)科學(xué)合理地設(shè)置褥墊層，達(dá)到減少基底應(yīng)力集中和地基不均勻沉降的效果。只有這樣，才能夠保證道路運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，延長道路的壽命。

參考文獻(xiàn)：

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