水泥粉煤灰碎石樁在軟土路基處理中的應(yīng)用

■徐曉蓮，余成英 ■鄂州職業(yè)大學(xué)，湖北 鄂州 436000

隨著國(guó)家交通發(fā)展和高速公路網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，高速公路建設(shè)突飛猛進(jìn)。在公路工程施工建設(shè)過(guò)程中，不可避免地會(huì)遇到軟土路基。眾所周知軟土路基具有含水量高、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、承載力低等諸多不利特點(diǎn)，如果不做任何處理或處理不當(dāng)，將會(huì)造成很多工程破壞問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響道路的正常通行。軟土路基處理的方法有多種，每種方法都有一定的適用范圍、局限性和優(yōu)缺點(diǎn)，這里僅介紹水泥粉煤灰碎石樁(簡(jiǎn)稱CFG 樁)在軟土路基中的應(yīng)用。

1 工程概況

鄂州市市政工程公司某擬建道路工程全長(zhǎng)3450 米，寬50 米。地處長(zhǎng)江一級(jí)階地地貌單元，有剝蝕殘丘、湖塘河叉發(fā)育。

根據(jù)本次鉆探揭露，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、臨近地勘成果，擬建道路勘察深度內(nèi)地層可分為4 層:(1)耕織土層:灰色、灰黃色，松散狀態(tài)，主要為耕織土，近期回填土、路基填土等。未經(jīng)處理不可作為路基持力層。(2)二層粉質(zhì)黏土:結(jié)構(gòu)松散、土質(zhì)均勻不一，強(qiáng)度低、壓塑性高，不宜作為路基持力層。(3)三、四層黏土:呈可硬塑狀態(tài)，強(qiáng)度較高，壓塑性中等偏低，可作為路基持力層。

根據(jù)本工程土質(zhì)特點(diǎn)結(jié)合水泥粉煤灰碎石樁的適用范圍(CFG 樁適用于軟弱粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土地基)，經(jīng)有關(guān)勘測(cè)及設(shè)計(jì)等單位專家共同研究論證后決定，對(duì)于軟土厚度超過(guò)6 米的路段，采用水泥粉煤灰碎石樁進(jìn)行處理。

該工程水泥粉煤灰碎石樁(CFG 樁)直徑40cm，共11320 支，總長(zhǎng)118400 米，試驗(yàn)樁200 支。水泥粉煤灰碎石樁采用正三角形布置，樁間距為1.5 米。水泥粉煤灰碎石樁樁頂鋪設(shè)雙向土工格柵、50cm 厚級(jí)配碎石墊層，碎石的最大粒徑不大于30cm。

2 材質(zhì)要求

水泥粉煤灰碎石樁(CFG 樁)成樁后樁身強(qiáng)度等級(jí)按設(shè)計(jì)要求達(dá)到C15 混凝土強(qiáng)度。材料技術(shù)要求如下:(1)水泥:采用強(qiáng)度等級(jí)為32.5 級(jí)及以上的普通硅酸鹽水泥，如果地下水具有腐蝕性時(shí)應(yīng)采用抗腐蝕水泥(如抗硫酸鹽水泥)，同時(shí)可添加防腐劑。(2)粉煤灰:粒徑應(yīng)在0.001-2mm 之間，小于0.074mm 的顆粒含量應(yīng)大于45%，燒失量應(yīng)小于12%。(3)碎石:級(jí)配良好，不含植物殘?bào)w、垃圾等雜質(zhì)。碎石的最大粒徑不大于50mm。(4)混合料配比:根據(jù)樁身強(qiáng)度要求(達(dá)到C15 混凝土強(qiáng)度)進(jìn)行配合比試驗(yàn)后確定。

3 施工工藝流程及技術(shù)要求

3.1 施工準(zhǔn)備

(1)核查地質(zhì)資料，結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇合適的施工機(jī)械和施工方法。(2)進(jìn)行滿足樁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度的配合比試驗(yàn)，確定各種材料的施工用配比。(3)平整場(chǎng)地，清除障礙物，挖除地表植物根系，標(biāo)記處理場(chǎng)地范圍內(nèi)地下構(gòu)造物及管線，并將場(chǎng)地整平，整平標(biāo)高=設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高+0.5m，地表碾壓至K30≥60MPa/m。(4)測(cè)量放線，定出控制軸線、打樁場(chǎng)地邊線并標(biāo)識(shí)。(5)施工前清除地表耕植土，進(jìn)行成樁工藝試驗(yàn)，確定施工工藝和參數(shù)。

3.2 施工機(jī)械準(zhǔn)備

施工機(jī)械選用振動(dòng)沉管機(jī)。施工機(jī)械的選擇應(yīng)符合地質(zhì)、環(huán)保及設(shè)計(jì)等要求。

3.3 施工順序

CFG 樁施工一般優(yōu)先采用間隔跳打法，也可采用連打法。具體的施工方法由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定(本工程采用跳打法施工)。在軟土中，樁距較大可采用隔樁跳打法，但施工新樁與已打樁時(shí)間間隔不少于7d;在飽和的松散粉土中，如樁距較小，不宜采用隔樁跳打;全長(zhǎng)布樁時(shí)，應(yīng)遵循由“由一邊向另一邊”的原則。連打法易造成鄰樁被擠碎或縮頸，在粘性土中易造成地面隆起;跳打法不易發(fā)生上述現(xiàn)象，但土層較硬時(shí)，在已打樁中間補(bǔ)打新樁，可能造成已打樁被振裂或振斷。

4 CFG樁(振動(dòng)沉管灌注樁)施工工藝

4.1 施工步驟

(1)振動(dòng)沉管機(jī)定位。振動(dòng)沉管機(jī)就位后，應(yīng)用沉管機(jī)塔身的前后和左右的垂直標(biāo)桿檢查塔身導(dǎo)桿，校正位置，使鉆桿垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心，確保CFG 樁垂直度容許偏差不大于1%。

(2)混合料攪拌?；旌狭蠑嚢枰蟀磁浜媳冗M(jìn)行配料，計(jì)量要求準(zhǔn)確，拌合時(shí)間不得少于1min?；旌狭霞铀亢吞涠?設(shè)計(jì)要求振動(dòng)沉管混合料法施工時(shí)，坍落度控制在16～20cm)根據(jù)采用的施工方法按工藝試驗(yàn)確定并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的參數(shù)進(jìn)行控制。在灌注混凝土應(yīng)備好熟料。

(3)鉆進(jìn)成孔。鉆孔開始時(shí)，關(guān)閉鉆頭閥門，向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面時(shí)，啟動(dòng)馬達(dá)鉆進(jìn)。一般應(yīng)先慢后快，這樣既能減少鉆桿搖晃，又容易檢查鉆孔的偏差，以便及時(shí)糾正。在成孔過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時(shí)，應(yīng)放慢進(jìn)尺，否則較易導(dǎo)致樁孔偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞。當(dāng)鉆頭到達(dá)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)預(yù)定標(biāo)高時(shí)，在動(dòng)力頭底面停留位置相應(yīng)的鉆機(jī)塔身處作醒目標(biāo)記，作為施工時(shí)控制孔深的依據(jù)。當(dāng)動(dòng)力頭底面達(dá)到標(biāo)記處樁長(zhǎng)即滿足設(shè)計(jì)要求。施工時(shí)還需考慮施工工作面的標(biāo)高差異，作相應(yīng)增減。

(4)灌注及拔管。在施工鉆至設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)準(zhǔn)確掌握提拔鉆桿時(shí)間，混凝土灌注量應(yīng)與拔管速度相配合，邊灌注邊提鉆，保持連續(xù)灌注，均勻提升，同時(shí)應(yīng)保證鉆頭始終埋入混和料中。遇到飽和砂土或飽和粉土層，不得停灌待料，避免造成混合料離析、樁身縮徑、斷樁和夾泥等。鉆孔應(yīng)先慢后快。成樁過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時(shí)，應(yīng)放慢進(jìn)尺?；旌土蠎?yīng)按設(shè)計(jì)配合比(室內(nèi)配比試驗(yàn)確定并通過(guò)成樁工藝性試驗(yàn)驗(yàn)證的配合比)經(jīng)攪拌機(jī)拌和，坍落度、拌和時(shí)間應(yīng)按工藝性試驗(yàn)確定的參數(shù)進(jìn)行控制，且拌和時(shí)間不得小于60S;攪拌的混和料必須保證混和料圓柱體能順利通過(guò)剛性管、高強(qiáng)柔性管、彎管和變徑管而到達(dá)鉆桿芯管內(nèi)。CFG 樁成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)，開始灌注混和料，當(dāng)鉆桿芯管充滿混和料后開始拔管，嚴(yán)禁先提管后灌料。鉆桿應(yīng)靜止提拔，施工中應(yīng)嚴(yán)格按工藝性試驗(yàn)確定并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的參數(shù)控制提拔速度和灌注量，提拔速度一般宜控制在2m～3m/min，并保證連續(xù)提拔，施工中嚴(yán)禁出現(xiàn)超速提拔。施工中應(yīng)保證排氣閥正常工作，施工中要求每工班經(jīng)常檢查排氣閥，防止排氣閥被水泥漿堵塞。灌注成樁完成后，樁頂采用濕黏土封頂，進(jìn)行保護(hù)。施工中每根樁的投料量不得少于設(shè)計(jì)灌注量。

(5)移機(jī)。當(dāng)上一根樁施工完畢后經(jīng)質(zhì)檢員檢驗(yàn)合格報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師檢查，核實(shí)樁長(zhǎng)及質(zhì)量后才能進(jìn)行下一根樁的施工。鉆機(jī)移位，進(jìn)行下一根樁的施工。施工時(shí)由于CFG 樁的土較多，經(jīng)常將臨近的樁位覆蓋，有時(shí)還會(huì)因鉆機(jī)支撐時(shí)支撐腳壓在樁位旁使原標(biāo)定的樁位發(fā)生移動(dòng)。因此，下一根樁施工時(shí)，還應(yīng)根據(jù)軸線或周圍樁的位置對(duì)需施工的樁位進(jìn)行復(fù)核，保證樁位準(zhǔn)確。

4.2 CFG樁施工工藝流程圖

5 質(zhì)量控制及檢驗(yàn)

5.1 質(zhì)量控制

(1)為檢驗(yàn)CFG 樁施工工藝、機(jī)械性能及質(zhì)量控制，核對(duì)地質(zhì)資料，在工程樁施工前，應(yīng)先做不少于2 根試驗(yàn)樁，并在豎向全長(zhǎng)鉆取芯樣，檢查樁身混凝土密實(shí)度、強(qiáng)度和樁身垂直度，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題修訂施工工藝;(2)CFG 樁的數(shù)量、布置形式及間距符合設(shè)計(jì)要求;(3)樁長(zhǎng)、樁頂標(biāo)高及直徑應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求;(4)CFG 樁施工中，每臺(tái)班均須制作檢查試件，進(jìn)行28d 強(qiáng)度檢驗(yàn)，成樁28d 后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行單樁承載力或復(fù)合地基承載力試驗(yàn)，其承載力、變形模量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求;(5)通常樁頂混凝土密實(shí)度差，強(qiáng)度低，對(duì)此采取樁頂以下2.5m 內(nèi)進(jìn)行振動(dòng)搗固的措施;(6)為保證施工中混合料的順利輸送，施工中采取強(qiáng)制式攪拌機(jī);(7)樁身每方混合料摻加粉煤灰量及坍落度控制根據(jù)設(shè)計(jì)和采用的施工方法按工藝試驗(yàn)確定并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的參數(shù)進(jìn)行控制;(8)清土和截樁時(shí)，不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動(dòng)樁間土;(9)冬期施工時(shí)混合料入孔溫度不得低于5℃，對(duì)樁頭和樁間土應(yīng)采取保溫措施;(10)跳打施工時(shí)應(yīng)及時(shí)清除成樁時(shí)排出的棄土，否則會(huì)影響施工進(jìn)度;(11)整個(gè)施工過(guò)程中，安排質(zhì)檢人員旁站監(jiān)督，并作好施工原始記錄，記錄鉆壓電流值、孔深、單孔混合料灌入量、堵管及處理措施等;(12)CFG 樁施工屬隱蔽工程，施工完畢報(bào)監(jiān)理簽認(rèn)后方可進(jìn)行下一道工序施工。

5.2 檢驗(yàn)

(1)所用的水泥和粗細(xì)骨料品種、規(guī)格及質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求:①檢驗(yàn)數(shù)量:同一產(chǎn)地、品種、規(guī)格、批號(hào)的水泥，每200t 為一批，不足200t時(shí)也按一批計(jì)。同一產(chǎn)地、品種、規(guī)格且連續(xù)進(jìn)場(chǎng)的粗、細(xì)骨料，分別每400m3 為一批，當(dāng)不足400m3 時(shí)也按一批計(jì)。各種原材料每批抽樣檢驗(yàn)1 組;②檢驗(yàn)方法:檢查產(chǎn)品質(zhì)量證明文件。在水泥庫(kù)抽樣檢驗(yàn)水泥強(qiáng)度、安定性、凝結(jié)時(shí)間，在料場(chǎng)抽樣檢驗(yàn)粗細(xì)骨料含泥量、篩分試驗(yàn)顆粒級(jí)配。

(2)CFG 樁混合料坍落度應(yīng)按工藝性試驗(yàn)確定并經(jīng)監(jiān)理工程是師批準(zhǔn)的參數(shù)進(jìn)行控制:①檢驗(yàn)數(shù)量:每臺(tái)班抽樣檢驗(yàn)3 次;②檢驗(yàn)方法:現(xiàn)場(chǎng)坍落度試驗(yàn)。

(3)樁體強(qiáng)度檢測(cè)方法、數(shù)量及標(biāo)準(zhǔn)見《客運(yùn)專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)［2005］160 號(hào)):①檢測(cè)數(shù)量:施工單位每臺(tái)班一組(3 塊)試塊;②檢測(cè)方法:每臺(tái)班制作混合料試塊，進(jìn)行28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度檢測(cè);③設(shè)計(jì)要求:樁身28d 邊長(zhǎng)15cm 立方體抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度10MPa～15MPa。

(4)樁身質(zhì)量、完整性檢測(cè)方法、數(shù)量及標(biāo)準(zhǔn)見《客運(yùn)專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)［2005］160 號(hào)):①檢測(cè)數(shù)量:檢測(cè)總樁數(shù)的10%;②檢測(cè)方法:抽芯檢測(cè)、小應(yīng)變檢測(cè)現(xiàn)結(jié)合。檢測(cè)頻率采用比例:抽芯1%-3%、小應(yīng)變15%-30%;

(5)單樁承載力及復(fù)合地基承載力檢測(cè)方法、數(shù)量及標(biāo)準(zhǔn)見《客運(yùn)專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)［2005］160 號(hào)):①檢測(cè)數(shù)量:總樁數(shù)的2‰，且每檢測(cè)批不少于3 根;②檢測(cè)方法:平板載荷試驗(yàn);③設(shè)計(jì)要求:抽取不少于總樁數(shù)的0.5‰的樁進(jìn)行單樁承載力檢測(cè)，抽取不少于總樁數(shù)的1.5‰的樁進(jìn)行單樁復(fù)合地基平版載荷板試驗(yàn)。承載力符合設(shè)計(jì)要求。

(6)CFG 樁的樁位、垂直度、有效直徑的允許偏差應(yīng)符合下表的規(guī)定。

表1 CFG 樁施工的允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量及檢驗(yàn)方法

6 土工格柵及誰(shuí)是墊層鋪設(shè)

CFG 樁施工完畢達(dá)到一定強(qiáng)度后，按設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)一層土工格柵，然后鋪上50cm 級(jí)配碎石，采用靜力壓實(shí)，注意監(jiān)測(cè)施工對(duì)擾動(dòng)樁間土的影響，以免產(chǎn)生橡皮土。

7 工程應(yīng)用效果

本工程竣工后，經(jīng)驗(yàn)收路段達(dá)標(biāo)率完好，到目前未出現(xiàn)不良沉降變形、結(jié)構(gòu)完整，取得了較好的效果。

8 結(jié)語(yǔ)

本文以鄂州市某道路工程應(yīng)用水泥粉煤灰碎石樁(CFG 樁)處理軟土路基為例，介紹了水泥粉煤灰碎石樁加固處理軟土路基施工工藝及所采取的技術(shù)措施，研究結(jié)果體現(xiàn)出水泥粉煤灰碎石樁(CFG 樁)對(duì)軟土路基加固處理，能夠很好的適應(yīng)當(dāng)前鄂州的交通條件、自然條件和經(jīng)濟(jì)條件，是一種比較合適的選擇。效果明顯，工期縮短明顯，投資節(jié)省了不少，且利于環(huán)保，相信這一技術(shù)今后在我國(guó)交通行業(yè)會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

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