CFG樁在市政道路軟土路基加固處理中的應用

文｜芒市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局 皇甫宗致

0 引言

路基的穩(wěn)定性對市政道路的安全和穩(wěn)定有關(guān)鍵影響，城市道路下往往涉及各種地下設(shè)施及管線需要施工，導致路基處理的工期要求較緊，在遇到軟土地基時就需要采取快速加固軟基的技術(shù)。而水泥粉煤灰碎石樁，簡稱CFG 樁，就是一種能夠較快處理軟土地基的手段。CFG 樁是由水泥、粉煤灰、碎石在一定比例下配置的低強度水泥混凝土，在軟基內(nèi)打入CFG 樁后，能夠充分利用樁間土形成復合地基，將上部荷載傳遞至更深層的地基中，實現(xiàn)快速處治的同時還能節(jié)約造價，具有較好的技術(shù)性能和經(jīng)濟效果。

1 CFG 的概念

水泥粉煤灰碎石樁由水泥、粉煤灰、碎石、砂等拌和而成，通過將高粘結(jié)強度樁體與樁間土體的結(jié)合形成復合地基，提高樁基的穩(wěn)定性和承載力，實現(xiàn)對軟土地基的有效加固。CFG 復合地基的承載力主要來源于CFG 樁、褥墊層與樁間土的相互作用，通過CFG 樁自身的強度以及CFG 樁與樁間土的摩擦力，形成對上部荷載的承載力。通過褥墊層的設(shè)置實現(xiàn)對CFG 樁和樁間土剛性的控制，實現(xiàn)CFG 樁與樁間土承載力的有效傳遞，保證了復合地基的穩(wěn)定性，避免CFG 樁在使用過程中發(fā)生不均勻沉降。作為一種快速有效的市政道路工程地基處理措施，CFG 樁加固技術(shù)越來越受到廣泛應用。但是CFG 樁的施工工藝仍然有較多需要注意的環(huán)節(jié)，施工不當將嚴重影響土基處治的質(zhì)量，導致道路在運營時發(fā)生不均勻沉降、塌陷等病害。

2 CFG 樁處理市政道路軟基地基的實踐

2.1 工程概況

本項目位于國內(nèi)西南地區(qū)某市政道路工程一期填土區(qū)，道路總長為2513.105m，沿線地質(zhì)為淤泥及淤泥質(zhì)軟土，在進行道路施工前需對軟弱地基進行加固。項目范圍內(nèi)原場地為魚塘和農(nóng)地，現(xiàn)地面已經(jīng)用人工填土進行平整，地勢較為平坦。根據(jù)勘察報告，自上而下地層結(jié)構(gòu)為：人工填土（2.1～3.5m 高）、第四系路交互項沉積淤泥、燕山期花崗巖殘積粘性土，燕山期花崗巖風化帶。根據(jù)道路等級，本次設(shè)計要求軟基處置后的工后沉降值不得超過30cm。

2.2 本項目CFG 樁軟基治理方案

充分考慮本項目的工期安排和地質(zhì)情況后，決定采取CFG 樁法進行道路軟弱地基的處置，以CFG 樁、褥墊層、樁間土作為復合地基。根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計CFG 樁采用42.5 普通硅酸鹽水泥，樁基強度為C15，直徑為40cm，樁基位置至少達到持力層1.5m，采用矩形方式布置，間距1.8m，頂部鋪設(shè)中粗砂土層，厚度不低于50cm。為避免泥漿和噪聲對周邊環(huán)境和居民生活造成較大影響，本次采用長螺旋鉆孔、泵壓成樁工藝進行CFG 樁的鉆孔和成型。施工前需進行填土翻挖、排水設(shè)施施工等工序，保證打孔及成樁過程的排水順暢。

3 軟土路基中CFG 樁的施工要點

3.1 施工準備工作

在進行CFG 樁的打孔成樁施工前，需要做好施工準備工作。首先應徹底清理地面，將地面雜草、雜物等進行清除后，對場地進行平整。施工人員應熟悉并準確理解設(shè)計圖紙中的要求，并重新復合地質(zhì)資料，明確樁位后放線、標記，同時按要求布置沉降觀測網(wǎng)點，方便后期進行監(jiān)測。此后可以進行第一次全面的地基沉降觀測，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。在打孔、成樁前，還需要根據(jù)施工組織計劃充分落實相關(guān)的人員、機械和材料，對機械和材料等開展檢驗、試驗，確保材料滿足CFG 樁的質(zhì)量要求，確定水泥、碎石、粉煤灰、水等原料的配合比、攪拌速度、時間等參數(shù)。

3.2 鉆機就位

本項目選用長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁，鉆孔前再次復核標記鉆孔位置與設(shè)計圖紙是否相同，確保按照設(shè)計的定位點進行鉆孔施工。為了避免土基受到打孔擾動的影響出現(xiàn)不均勻塌陷，CFG 樁的施工應采用跳樁法，由中心位向周圍展開。待長螺旋鉆機進入指定地點后，應利用設(shè)備四周的垂桿校正鉆機位置，保證鉆桿與樁中心對正，一般而言樁位偏差不得超過5cm，鉆桿垂直偏差小于1%。在鉆機端頭到達設(shè)計標高時應立即停止鉆孔，進行CFG 混合料的泵送。

3.3 CFG 樁的配置

CFG 混合料的配置，事關(guān)CFG 樁的成型質(zhì)量和承載力，拌料時應當嚴格根據(jù)試驗室確定的配合比來進行，不得擅自改變原料配比。為保證CFG 樁的成型質(zhì)量，灌注前還應再次確定各原材料的性能指標是否滿足規(guī)范要求。在配置混合料時，上料的順序應遵循碎石、水泥、粉煤灰、砂依次混入，混合料應充分均勻攪拌，避免原材料大量粘附筒壁或者飛揚出攪拌筒，坍落度控制在16-20cm，根據(jù)混合料的塌落度情況及時調(diào)整投入攪拌機的加水量。所拌和混合料的數(shù)量應根據(jù)成樁數(shù)量和運輸距離妥善確定，拌和好的混合料應立即送往鉆孔現(xiàn)場，運輸過程中攪拌不得停止。

3.4 灌注成樁

在CFG 混合料送達現(xiàn)場后，應立即開始灌樁作業(yè)，通常最遲不得超過兩個小時。在正式灌樁前仍需對材料進行檢驗，可以踏落度作為標準，對于長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁的CFG 樁，一般要求混合料的坍落度在16-20cm。在灌樁時，混合料的泵送量、泵送速度、拔管速度等都對CFG 樁的成樁質(zhì)量有重要影響，應根據(jù)設(shè)計要求和施工組織計劃中確定的參數(shù)進行灌樁，同時時刻關(guān)注樁體的均勻性及成型質(zhì)量。拔桿時間應準確控制，拔管速度應于泵送量緊密匹配，當遇到飽和砂土或粉土時，切不可停泵等料。當灌注到CFG 樁頂位置時，應當繼續(xù)灌注50cm 樁頭，為后期沉降的發(fā)生預留長度。在鉆桿拔出地面后，及時觀察CFG 樁的成樁質(zhì)量，并用濕黏土覆蓋樁頂，方可移動鉆機到達下一點位。在整個施工過程中，應當安排專人負責指揮和監(jiān)督，確保施工安全及成樁質(zhì)量。注意CFG 樁在施工時不可避免地會對周邊土體產(chǎn)生擾動，因此可能導致周邊的樁點位發(fā)生移動，在進行后續(xù)CFG 樁的施工前，仍需再次復核檢驗設(shè)計及樁中心的點位是否與設(shè)計相同。

4 質(zhì)量控制措施

4.1 嚴格控制撥管的高度和速度

在實際施工時，在灌裝的初期可能沒有成樁的質(zhì)量數(shù)據(jù)可供參考，此時尤其應注意拔管的速度與高度。通常拔管高度應控制在0.5-1m，在每次拔管后應暫停10s，并進行錘擊避免混合料粘附管口，也可采用反插0.3-0.5m 的方法。由于混合料需要分段添加，因此為了確保成樁的完整性，管內(nèi)混合料應高出拔管1.5m 以上，拔管速度應低于1.5m/min，當樁周圍土質(zhì)不良時，拔管速度應進一步放緩，避免出現(xiàn)成樁縮徑現(xiàn)象。

4.2 按序跳打施工

CFG 樁的鉆孔應遵照跳樁法，避免鉆孔作業(yè)對范圍內(nèi)土層產(chǎn)生不利影響，跳打施工時應順著同一方向、間隔次序有序推進。在成樁后應及時將標尺布置在樁頂，方便查看成樁的沉降情況，同時仔細觀察鉆孔灌樁施工對先前成樁是否產(chǎn)生擠壓。整個鉆孔灌樁過程均應保證樁基與樁中心垂直對正，施工過程中若發(fā)現(xiàn)孤石，應及時通知有關(guān)單位協(xié)商對策，可適當移動樁位但應保證樁體滿足要求。

4.3 樁體裂縫控制

在破除樁頭時，由于現(xiàn)場人員經(jīng)驗不足、錘擊力量過大導致樁體出現(xiàn)裂縫，同時機械撞擊、樁間土受到破壞等也可能造成樁體開裂，一般情況下裂縫會出現(xiàn)在距離樁頂1m 左右的位置，地面水、地下水可能通過裂縫到達樁體內(nèi)部，造成更為嚴重的結(jié)構(gòu)性破壞。因此為避免出現(xiàn)類似情況，在開挖樁間土時最好以人工為主，在破鑿樁頭時應注意控制力度。

4.4 成樁質(zhì)量的檢測

在CFG 樁成樁后應及時檢測其質(zhì)量，確保CFG 樁的性能滿足設(shè)計要求，每個批次的檢驗個數(shù)不應小于5 根，檢測的參數(shù)包括樁體強度、垂直度、復合地基的承載力等。其中垂直度偏差不得超過設(shè)計的1%，樁位偏差不應超過5cm。在檢測承載力時，需要對單樁承載力和復合地基承載力均進行檢測，并計算其沉降，一般施工結(jié)束一個月樁體強度滿足荷載條件后，即可開展復合地基的檢測工作。需密切關(guān)注各樁體的工后沉降情況，對于發(fā)現(xiàn)問題的樁體，及時通知有關(guān)部門處置。

經(jīng)檢測，本項目CFG 樁的單樁及復合地基承載能力均達到設(shè)計要求，表明本次項目CFG 樁的鉆孔成樁取得了較好的效果。

5 結(jié)論

CFG 樁具有性能穩(wěn)定、施工便捷、工期短、承載力較好、造價低等特點，能夠廣泛應用于道路軟土地基的處治。本文基于某項目CFG 樁的工程實踐，探討了利用CFG 樁處理道路軟土地基的施工要點和質(zhì)量控制措施，檢測結(jié)果表明本次項目CFG樁取得了較好的工程效果。