CFG樁復(fù)合地基在軟基河閘工程中的運(yùn)用

李 波

(阜陽(yáng)市水利機(jī)械工程有限責(zé)任公司，安徽 阜陽(yáng) 236000)

1 研究背景

CFG樁又稱為水泥粉煤灰碎石樁，主要由碎石、粉煤灰、石屑、砂、水泥拌和形成。CFG樁是一種低強(qiáng)度混凝土樁，能夠充分利用樁間土承載力的共同作用，將上部荷載通過(guò)CFG樁傳遞到深層地基中，具有較明顯的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果。CFG樁的制作對(duì)設(shè)備選型、原料配合比、投料控制、沉管等工序要求非常嚴(yán)格。若采用不合格的CFG樁施工，將直接影響整個(gè)復(fù)合地基荷載效果，所以嚴(yán)格控制CFG樁制作工序，按照CFG樁規(guī)范要求進(jìn)行施工和監(jiān)測(cè)，保證軟基加固施工復(fù)合工程符合設(shè)計(jì)要求。在水工建筑物垂直荷載作用下，CFG樁和復(fù)合地基能夠承受較大荷載，提高軟土地基的強(qiáng)度，保證工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2 工程實(shí)例

某地需新建一處河閘，此河閘屬于續(xù)建配套與節(jié)水改造工程，河閘建立的主要目的是調(diào)配東溪和西溪水量分配，同時(shí)兼顧通航。河閘的主要建筑物閘室和閘首建筑物等級(jí)均為3級(jí)，次等建筑物導(dǎo)航和靠船建筑物等級(jí)均為4級(jí)，河閘工程整體為Ⅱ等大(2)類工程。河閘總長(zhǎng)53.4km，頂部高程為9.50m，導(dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)P=10%，導(dǎo)流時(shí)間段為全年，截流為10年一遇3月份西溪的水位。河閘施工總平面布置圖如圖1所示。

圖1 河閘施工總平面布置圖

2.1 工程地質(zhì)特點(diǎn)

對(duì)工程施工位置進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)，勘測(cè)結(jié)果顯示，該水閘建基面位于陸相沖積層第(2- 2)泥質(zhì)中粗砂層，約5.2m厚，中粗砂層擴(kuò)展范圍較為廣泛，透水性較強(qiáng)，土層無(wú)黏性，屬于流土破壞型土層。另外河閘施工場(chǎng)區(qū)基礎(chǔ)下還存在全新世海相堆積層(3)淤泥軟土，屬于欠固結(jié)軟土中的第Ⅲ類，在地層中最小厚度為10.21m，最大厚度達(dá)到22.8m，此淤泥軟土具有較大的壓縮性，呈現(xiàn)出流-軟塑狀，承載力和抗剪強(qiáng)度非常低，承載力特征值(fak)在55～65kPa之間，所以在此地基上施工極易出現(xiàn)不均勻沉降變形。綜合地質(zhì)勘探結(jié)果，此地基施工條件非常差，如不采取地基加固措施基本無(wú)法施工。工程技術(shù)人員綜合分析后確定河閘地基利用CFG樁處理形成復(fù)合地基，增加軟土地基的承載能力。

2.2 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)要求

(1)采用CFG樁形成復(fù)合地基，樁端需穿過(guò)(3)層進(jìn)入(4- 1)黏土層，該黏土層厚度在16.19～28.04m范圍內(nèi)，屬于軟-可塑狀壓縮性土，具有較高承載力，承載力特征值(fak)在150～200kPa之間。

(2)CFG樁主要應(yīng)用于河閘閘首、閘室等主體結(jié)構(gòu)的軟土地基處理，要求CFG樁形成的復(fù)合地基承載力特征值(fak)≥240kPa。

(3)根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，并結(jié)合河閘地質(zhì)特點(diǎn)，確定CFG樁布置方式采用正方形，樁端進(jìn)入(4- 1)黏土層至少1.5m。CFG樁樁徑為0.5m，東溪、西溪閘首CFG樁樁端高程分別為27.00、25.00m，導(dǎo)航墩CFG樁樁端高程為26.20m。

(4)CFG樁形成復(fù)合地基閘首、閘室、引航段承載力標(biāo)準(zhǔn)值分別為295、210、210kPa。CFG樁復(fù)合地基施工時(shí)沉降量要小于89mm。

(5)河閘CFG樁復(fù)合地基工程量見(jiàn)表1。

表1 河閘CFG樁復(fù)合地基工程量

(6)樁頂和基礎(chǔ)之間放置的褥墊層如圖2所示。

圖2 樁頂和基礎(chǔ)之間放置的褥墊層(單位：mm)

3 CFG樁復(fù)合地基施工

本工程存在施工面積大、特殊施工地質(zhì)、工程量較大、工程布置較難、工期時(shí)間短等難點(diǎn)，所以要想在保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上如期完工，控制CFG樁復(fù)合地基的施工質(zhì)量是其關(guān)鍵所在。

3.1 施工流程

CFG樁原材料進(jìn)場(chǎng)→原材料檢驗(yàn)→配合比確定→計(jì)量投料→拌合料攪拌→塌落度試驗(yàn)→試塊制作→檢驗(yàn)。地表處理→樁位檢測(cè)放樣→樁機(jī)就位→鉆桿垂直度檢查、調(diào)整→鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高→鉆桿內(nèi)填滿混合料→邊提鉆桿邊泵壓灌注混合料→清土→移機(jī)至下一樁位→樁間土開(kāi)挖→樁頭處理→樁體完整性檢查→樁體承載力抽檢→CFG樁驗(yàn)收。

3.2 性能試驗(yàn)

3.2.1室內(nèi)試驗(yàn)

經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)應(yīng)確定以下重要數(shù)據(jù)的參數(shù)并保證其精確度在工程要求范圍內(nèi)：混合料重度、抗拉強(qiáng)度、泊松度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、單性模量、初凝時(shí)間、終凝時(shí)間、塌落度等試驗(yàn)數(shù)據(jù)。為保證CFG樁的施工質(zhì)量，需提前開(kāi)展室內(nèi)試驗(yàn)，以施工區(qū)最軟弱地基土層作為試樣，確定CFG樁原料碎石、粉煤灰、石屑、砂、水泥及添加劑的配合比。CFG樁原料水泥按照工程質(zhì)量要求采用425#普通硅酸鹽水泥，最小水泥用量要大于300kg/m，按照室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果確定CFG樁混合料的配合比。CFG樁混合料的塌落度要控制在5cm以內(nèi)，最大水灰比要小于等于0.45，試塊采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方式，28d后抗壓強(qiáng)度(f)≥20kPa。

3.2.2CFG樁試驗(yàn)

在工程施工前，需要結(jié)合軟土地基情況、施工設(shè)備、樁間距離開(kāi)展試驗(yàn)樁施工，從而確定相關(guān)技術(shù)參數(shù)及成孔條件，指導(dǎo)具體施工方案，為工程施工提供理論基礎(chǔ)。

開(kāi)展CFG樁試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)施工地基進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中詳細(xì)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)后提交試驗(yàn)報(bào)告。試驗(yàn)時(shí)要記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)主要包括：確定適宜工程地基施工的相關(guān)儀器設(shè)備及參數(shù)、成孔沉管控制速度、沉管激振電流控制值、加料施工后沉管原地留振時(shí)間控制值及拔管速度控制值、CFG樁樁距等。

3.3 施工技術(shù)要求

(1)開(kāi)始施工前，先對(duì)施工地區(qū)地質(zhì)條件進(jìn)行復(fù)勘，按照施工平面圖進(jìn)行樁位放樣，并對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)、樁位、軸線進(jìn)行復(fù)測(cè)。

(2)地基開(kāi)挖方式采用人工和機(jī)械聯(lián)合的方式，預(yù)留人工開(kāi)挖厚度應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況確定，以保證施工安全，且地基土體擾動(dòng)較小。

(3)根據(jù)施工區(qū)軟土地基性質(zhì)CFG樁采用機(jī)械振動(dòng)錘擊沉管工藝進(jìn)行施工，施工前將場(chǎng)拌混凝土運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)展吊混凝土灌裝。相關(guān)機(jī)械振動(dòng)錘擊沉管設(shè)備在入場(chǎng)前應(yīng)核對(duì)設(shè)備重量、沉管內(nèi)壁直徑、設(shè)備性能，符合工程設(shè)計(jì)要求才能夠進(jìn)場(chǎng)。開(kāi)始施工后，對(duì)已施工完成的CFG樁要進(jìn)行防護(hù)，樁基施工方式采用隔樁跳打，從施工中心向外部進(jìn)行。施工時(shí)若遇到較硬夾層，采用鉆機(jī)預(yù)引孔保證施工質(zhì)量。

(4)工程褥墊層鋪設(shè)方法采用靜力壓實(shí)法，若測(cè)得基礎(chǔ)底面含水量較小，也可采用動(dòng)力夯實(shí)法。

(5)由于振動(dòng)式沉管設(shè)備無(wú)進(jìn)尺標(biāo)記，所以相關(guān)人員應(yīng)做好沉管記錄，沉管施工時(shí)要保證樁機(jī)穩(wěn)定性，避免施工錯(cuò)位，另外施工時(shí)還應(yīng)注意沉管下降速度，分析施工時(shí)有無(wú)擠偏現(xiàn)象，沉管施工達(dá)到設(shè)計(jì)深度后可停止沉管。

(6)樁孔施工完成后，利用料斗實(shí)施空中投料，投料時(shí)要保證鋼管料口和混合料面保持平齊，施工時(shí)如上料量不夠，在拔管時(shí)要補(bǔ)充投料，以保證CFG樁達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

(7)在成樁過(guò)程中，需要抽樣制作混凝土試塊，試塊為邊長(zhǎng)150mm的立方體，一組3塊，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，測(cè)量抗壓強(qiáng)度。

(8)CFG樁成樁后其樁頂標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)標(biāo)高至少0.5m。在褥墊層施工時(shí)，再將高出樁頂鑿除。待樁體達(dá)到一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行樁頭開(kāi)槽處理。拔管應(yīng)勻速控制，速度應(yīng)保持在1.2～1.5m/min，如施工地基為淤泥質(zhì)土，拔管速度應(yīng)適當(dāng)減慢至0.6～0.8m/min，拔管施工時(shí)不能進(jìn)行留振、反插操作。

(9)樁頭處理后，開(kāi)始鋪設(shè)褥墊層，褥墊層主要成分是未風(fēng)化、粒徑在8～20mm之間的碎石。褥墊層鋪設(shè)完成后使用20t靜力碾壓設(shè)備碾壓，應(yīng)至少碾壓10遍以上。另外褥墊層寬度要比基礎(chǔ)寬度大，且寬出部分要低于褥墊層厚度。

(10)施工過(guò)程中要有專業(yè)監(jiān)工人員，對(duì)施工情況進(jìn)行記錄，施工過(guò)程中如出現(xiàn)意外情況應(yīng)及時(shí)處理。

(11)CFG樁復(fù)合地基檢測(cè)要在施工后的28d開(kāi)展，主要檢測(cè)內(nèi)容包括單樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)、復(fù)合地基承載力檢測(cè)等。

4 施工技術(shù)問(wèn)題

(1)打樁操作時(shí)要隨時(shí)觀察地面有無(wú)隆起現(xiàn)象，打樁操作新出現(xiàn)的地面隆起主要與斷樁有直接關(guān)系。在打新樁位時(shí)，需要測(cè)量已經(jīng)打好但未結(jié)硬樁頂部的位移，從而確定樁徑具體縮小量。另外還要測(cè)量已結(jié)硬的樁頂部的位移，確定是否出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

(2)沉管達(dá)到工程設(shè)計(jì)深度后，要立即往樁芯內(nèi)填灌混合料，這兩個(gè)工序之間的間隔時(shí)間一定要短，但是填料前必須檢查沉管有無(wú)吞進(jìn)到樁尖，如有異常情況應(yīng)及時(shí)處理。

(3)拔管操作時(shí)應(yīng)避免反插，在具體施工時(shí)樁管垂直度會(huì)存在一定偏差，如出現(xiàn)反插現(xiàn)象，則會(huì)導(dǎo)致樁體混合料和土體混合，改變CFG樁性能，降低樁身性能，因此施工時(shí)應(yīng)切忌拔管反插。

(4)在拔出沉管前，若樁身混合料填筑面高于設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5m以上，需要采用振搗器振實(shí)。另外當(dāng)填料不足需要填補(bǔ)時(shí)，需要提前清理掉樁頂位置懸浮土質(zhì)，必要時(shí)要利用鋼膜插入孔內(nèi)，然后清理干凈懸浮土質(zhì)。

(5)為了避免樁頂部存在較多浮漿，混合料塌落度應(yīng)控制在30～50cm?；旌狭吓浔葢?yīng)按照事先確定的比例嚴(yán)格配置，另外要保證碎石、中砂所含雜質(zhì)小于5%?；旌狭厦看我獢嚢杈鶆?，攪拌時(shí)間要充足。

(6)保護(hù)樁長(zhǎng)是指在成樁時(shí)需對(duì)加長(zhǎng)的CFG樁進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，同時(shí)在基礎(chǔ)施工時(shí)將其剔除。在實(shí)際施工時(shí)保護(hù)樁越長(zhǎng)，樁體施工時(shí)越容易控制施工質(zhì)量，但施工成本相對(duì)增加。樁頂標(biāo)高設(shè)計(jì)時(shí)距地面應(yīng)小于1.5m，這時(shí)保護(hù)樁長(zhǎng)度為50～60cm，上部封頂直接用土進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

本河閘建基面位于陸相沖積層第(2- 2)泥質(zhì)中粗砂層，厚度較大，中粗砂層擴(kuò)展范圍較為廣泛，透水性較強(qiáng)，土層無(wú)黏性，屬于流土破壞型土層。采用CFG樁復(fù)合地基技術(shù)處理后，顯著提高了河閘建筑物的穩(wěn)定性，有效降低了河閘建筑物的工后沉降，提高了地基整體承載力。但在具體施工中，CFG成樁施工工藝通常對(duì)復(fù)合地基實(shí)際質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，需要提前了解施工區(qū)域的具體地質(zhì)條件，合理、科學(xué)地確定具體施工計(jì)劃，并做好質(zhì)量監(jiān)測(cè)，以應(yīng)對(duì)施工時(shí)突發(fā)情況。