CFG樁技術(shù)在軟基工程施工中的應(yīng)用
——以省道213線沿灘區(qū)段改線項(xiàng)目為例

劉 陽(yáng)

(核工業(yè)華南建設(shè)工程集團(tuán)公司，廣東 廣州 510800)

0 引 言

CFG為軟基工程中常用的混凝土樁應(yīng)用技術(shù)，該混凝土樁的構(gòu)成材料主要包括砂土、粉煤灰、石頭屑以及碎石塊，最終通過(guò)水泥拌和成型，是一種強(qiáng)度相對(duì)較低的混凝土樁。在軟基處理項(xiàng)目中，CFG樁具有良好的應(yīng)用效果，能夠在低成本支出的情況下完成沉降明顯的軟基道路處理工作，本文結(jié)合省道213線對(duì)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 CFG樁技術(shù)概述

1.1 技術(shù)原理介紹

CFG樁是針對(duì)軟基工程的復(fù)合地基處理技術(shù)，在應(yīng)用過(guò)程中，施工人員需要將褥墊層、樁間土與CFG樁聯(lián)合構(gòu)建復(fù)合地基結(jié)構(gòu)，無(wú)論將CFG樁埋設(shè)在硬土還是軟土區(qū)域，樁間土都能在復(fù)合地基中起到載荷傳遞的作用。相對(duì)而言，CFG樁能夠承受比樁間土更高的負(fù)載應(yīng)力，而CFG承載的應(yīng)力能夠順著復(fù)合地基出現(xiàn)向深處轉(zhuǎn)移，施工人員可以適當(dāng)提升樁間土承受的載荷應(yīng)力，通過(guò)更均衡的應(yīng)力傳遞體系增強(qiáng)復(fù)合地基的整體載荷承載效果，進(jìn)一步規(guī)避地基變形、沉降等隱患問(wèn)題[1]。相對(duì)而言，褥墊層設(shè)計(jì)是CFG樁技術(shù)應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，施工單位需要合理設(shè)計(jì)褥墊層來(lái)確保樁間土與樁基本體載荷承受能力的充分發(fā)揮，對(duì)CFG樁與樁間土的效果發(fā)揮具有促進(jìn)作用。在CFG施工期間，施工單位需要支出較多成本，其應(yīng)用效果在大量工程項(xiàng)目中得到驗(yàn)證，能夠大幅度提升軟基處理效率，對(duì)于縮減改線項(xiàng)目施工周期具有積極意義[2]。

1.2 技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

CFG樁技術(shù)應(yīng)用人員需要嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范開(kāi)展施工，在樁基制作期間需要結(jié)合項(xiàng)目具體情況做好水泥、碎石塊、石屑、粉煤灰等相關(guān)材料的配比設(shè)計(jì)工作，并嚴(yán)格按照方案要求進(jìn)行材料配置工作，確保成樁后的浮漿厚度、坍落度等符合技術(shù)要求；在鉆孔期間，施工人員需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際做好拔出鉆桿速度和時(shí)機(jī)的控制，并按要求對(duì)樁頂高度等參數(shù)進(jìn)行控制，同時(shí)通過(guò)成樁抽樣試驗(yàn)的方式對(duì)技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行質(zhì)量分析，確保軟基工程施工有序開(kāi)展[3]。

2 CFG樁技術(shù)在213省道工程中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 工程簡(jiǎn)介

省道213線改造路段位于沿灘區(qū)域，主要設(shè)計(jì)仙市段以及瓦市段(5.37 km)兩部分，兩段線路均為60 km/h速度的一級(jí)公路，具有23 m的路基寬度，為雙向車(chē)道，每向?yàn)閮绍?chē)道，23 m寬度的路基主要包括2 m×2.5 m硬路肩、7.5 m車(chē)道、7.5 m車(chē)行道、2 m×0.5 m土路肩、2 m中分帶，土路肩位于道路兩邊最外側(cè)，硬路肩臨近土路肩布置。線路改造工作主要設(shè)計(jì)約63 m路段的軟基處理工作，需應(yīng)用的CFG樁基數(shù)量為700根，樁帽為C15混凝土配置，材料體積為107 m3，需鋪設(shè)約1 199 m3的碎石墊層以及3 999.6 m2的土工格柵，樁基改造施工需在30 d內(nèi)完成。

2.2 設(shè)備材料準(zhǔn)備

結(jié)合工程量、施工周期以及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，本項(xiàng)目計(jì)劃利用KL600B/C型鉆機(jī)開(kāi)展鉆孔施工，混凝土輸送壓灌工作需借助混凝土泵完成，相關(guān)材料設(shè)備具體清單如表1、表2所示。

表1 主要機(jī)具設(shè)備清單

表2 主要材料清單

2.2 施工工藝流程

在CFG樁施工區(qū)間，計(jì)劃按設(shè)計(jì)要求利用鉆孔機(jī)完成規(guī)定深度鉆孔工作后，在不拔出鉆桿的情況下利用高壓泵將細(xì)石混凝土壓灌至鉆頭區(qū)域，在壓灌的過(guò)程中持續(xù)提拉鉆桿，直至灌注的混凝土高度達(dá)到乃至超出標(biāo)高要求。

2.3 各工序施工技術(shù)要求

在場(chǎng)地平整過(guò)程中，施工人員需要利用鏟車(chē)進(jìn)行場(chǎng)地平整處理，確保場(chǎng)地高度高于CFG樁上部標(biāo)高，具體數(shù)值應(yīng)超出標(biāo)高50 cm，將超出部分用作工作墊層，墊層中需要設(shè)置排水橫坡，坡度標(biāo)準(zhǔn)為2%，最終需以90%的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)借助壓路機(jī)(YZ20T)進(jìn)行場(chǎng)地壓實(shí)處理，并組織人員做好周邊排水溝的挖掘工作。

在測(cè)量放樣期間，施工人員需要嚴(yán)格按照CFG樁圖紙對(duì)施工場(chǎng)地開(kāi)展樁位布置工作，期間需要定義各樁基的具體變化，避免造成后續(xù)施工管理困難。放線需借助全站儀開(kāi)展，在測(cè)出中心線的情況下，公司人員應(yīng)結(jié)合鋼尺以及經(jīng)緯儀測(cè)量結(jié)果完成各樁基定位工作，利用鋼釬、白灰、編號(hào)進(jìn)行鉆孔成樁位置標(biāo)注[4]。

鉆孔之前，施工人員需要對(duì)準(zhǔn)之前標(biāo)注的樁位設(shè)置鉆桿，期間需要將垂直度偏差控制在1%之內(nèi)，垂直度的測(cè)量可以借助鉛垂來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)鉆機(jī)垂直度調(diào)整工作進(jìn)行控制，每根樁基鉆孔前均需要完成相關(guān)檢查工作。鉆孔期間，施工人員需要關(guān)閉鉆頭閥門(mén)，操縱鉆桿至指定位置后按照先慢后快的規(guī)律鉆進(jìn)，鉆井速率需要避免超出1～1.2 m/min的范圍，確保所鉆孔洞不會(huì)因速率控制不合理變成螺旋狀，成孔深度需滿(mǎn)足樁基壓灌標(biāo)高要求，盡可能留有0.5 m的余量，避免施工樁頂標(biāo)高完成等于設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)標(biāo)高。當(dāng)鉆孔工作受到較大阻礙或出現(xiàn)鉆桿搖晃情況時(shí)，施工人員需要將鉆進(jìn)速率放緩，避免造成設(shè)備損傷、孔位偏移問(wèn)題。鉆頭鉆進(jìn)由軟弱地層進(jìn)入持力層可以從電流表示數(shù)來(lái)確認(rèn)，當(dāng)鉆機(jī)工作電流在60 mA左右時(shí)，表明鉆頭尚處于軟弱地層區(qū)域，當(dāng)電流瞬間提示至120 mA乃至更高數(shù)值時(shí)，表明鉆頭進(jìn)入持力層，此時(shí)需做好鉆進(jìn)速度控制工作[5]。

在拌和樁基材料的過(guò)程中，施工人員需要在拌合站集中處理，期間需要嚴(yán)格控制材料配比和拌和時(shí)間，拌和時(shí)間通常在100 s左右，具體參數(shù)需要提前通過(guò)拌和實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試。在坍落度方面，施工人員需要按照180～200 mm范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所拌合材料的出廠時(shí)間進(jìn)行控制，并快速借助攪拌運(yùn)輸車(chē)將材料運(yùn)輸至鉆孔成樁場(chǎng)地。在灌注拌合料期間，灌漿人員需要做好與鉆孔人員的協(xié)調(diào)配合工作，當(dāng)鉆桿拔出25 cm左右時(shí)終止拔桿操作，灌漿人員需利用液壓混凝土泵壓灌拌合料，待拌合料充滿(mǎn)鉆桿芯管后提拉鉆孔，同步進(jìn)行拌合料壓灌工作，整個(gè)施工過(guò)程需要做好鉆桿提拉速度與漿液壓灌速度的協(xié)調(diào)配合工作，當(dāng)CFG樁達(dá)到指定高度后進(jìn)行蓋土封頂處理工作。

由于現(xiàn)場(chǎng)需進(jìn)行多根CFG樁灌注施工，在進(jìn)行連續(xù)灌樁施工時(shí)，施工人員需采取隔排隔列的跳樁施工方法避免新樁壓灌期間對(duì)舊樁造成擾動(dòng)，同時(shí)也能夠更便捷地進(jìn)行樁內(nèi)土清潔處理工作，避免樁位遮擋出現(xiàn)較大鉆孔灌漿誤差。此外，為了避免施工質(zhì)量存在問(wèn)題，施工人員需要做好每盤(pán)混合料的坍落度測(cè)試工作，并在成樁清潔做好拌合料試塊工作，通過(guò)抗壓強(qiáng)度測(cè)試確認(rèn)CFG樁基質(zhì)量的可靠性。

2.4 CFG樁基施工常見(jiàn)問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

(1)擾動(dòng)土強(qiáng)度降低

土的性質(zhì)對(duì)于成樁工藝效果具有較大影響，土的擠密性尤為重要，通常具有粉土、松散填土等擠密性良好的土，非飽和粘土等可擠密性土以及淤泥質(zhì)土等不可擠密土。由于擠密性受土的壓實(shí)程度影響較大，施工人員需要考慮砂土、粉土?xí)衩芤矔?huì)振松的現(xiàn)實(shí)情況，在施工前做好土層加固前密實(shí)度的調(diào)查分析工作，避免后期擾動(dòng)對(duì)樁基施工質(zhì)量造成不利影響。

(2)斷樁縮頸問(wèn)題處理措施

施工人員在飽和軟土區(qū)域應(yīng)用CFG樁技術(shù)時(shí)，舊樁更容易受到新樁的擾動(dòng)，導(dǎo)致樁體受擠壓出現(xiàn)變形乃至斷裂、縮頸等問(wèn)題；在上部或中部存在硬土層的區(qū)域應(yīng)用CFG樁技術(shù)時(shí)，樁機(jī)對(duì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)力并傳導(dǎo)至舊樁部位造成擾動(dòng)，通?？梢圆扇√鴺斗绞绞┕?，在實(shí)際操作時(shí)可以需要考慮舊樁的結(jié)硬強(qiáng)度，避免新樁鉆孔壓灌過(guò)程中導(dǎo)致鄰近樁出現(xiàn)裂縫。縮頸問(wèn)題通常與提升速度、泵送壓力、地層硬度、鉆頭直徑等存在關(guān)聯(lián)，施工人員需要嚴(yán)格按要求做好泵送壓力、速率的控制工作，充分掌握松軟地層的位置區(qū)域，并做好鉆頭直徑的控制工作，避免鉆頭過(guò)度磨損影響成樁直徑。

(3)串孔問(wèn)題處理措施

串孔問(wèn)題的形成與泵壓、樁距以及地層松軟程度有關(guān)。當(dāng)發(fā)生串孔問(wèn)題時(shí)，施工人員需要增加混凝土的灌注量，盡可能保持CFG樁的完整性。針對(duì)樁距近引發(fā)的串孔問(wèn)題，施工人員可以采取跳樁施工形式，補(bǔ)打施工需要在前一根混凝土凝固后開(kāi)展；如果串孔問(wèn)題與振動(dòng)擠壓有關(guān)，施工人員需要做好區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，結(jié)合地層地質(zhì)情況對(duì)壓力、設(shè)備等進(jìn)行合理應(yīng)用和控制。

3 樁基參數(shù)對(duì)CFG樁施工質(zhì)量的影響情況分析

3.1 樁長(zhǎng)參數(shù)分析

本次改線項(xiàng)目所應(yīng)用的CFG樁平均樁長(zhǎng)為10.12 m，為驗(yàn)證樁長(zhǎng)對(duì)CFG復(fù)合地基質(zhì)量的影響，將樁長(zhǎng)作為變量進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析工作。最終選取9.5～11 m范圍內(nèi)的4種樁長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)試，模擬分析不同樁長(zhǎng)情況下的沉降量與承載力，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)得到測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 CFG樁基不同樁長(zhǎng)參數(shù)下的承載力與沉降量參數(shù)變化情況

數(shù)據(jù)結(jié)果表明，CFG樁所形成的復(fù)合地基在樁長(zhǎng)不斷提升的情況下，其承載力持續(xù)增長(zhǎng)，沉降量也持續(xù)降低，但隨著樁長(zhǎng)的持續(xù)增加，復(fù)合地基的承載力以及沉降量變化幅度不斷減小。從分析可以發(fā)現(xiàn)，樁長(zhǎng)數(shù)值較低時(shí)，樁體影響的土體區(qū)域較小，地基的加固深度處于較小范圍，而樁長(zhǎng)數(shù)值不斷提升時(shí)，土體擠密深度持續(xù)增加，地基的承載力和穩(wěn)定性也隨之提升。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，工程單位需要結(jié)合成本、樁基參數(shù)、質(zhì)量效果做好樁長(zhǎng)控制工作，避免產(chǎn)生不必要的成本支出。

3.2 樁徑參數(shù)分析

在改線項(xiàng)目施工區(qū)域選擇四個(gè)位置鉆孔灌漿，測(cè)試400～500 mm范圍內(nèi)四種樁徑CFG樁的應(yīng)用效果，模擬分析得到測(cè)試結(jié)果如表4所示。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，CFG樁所形成的復(fù)合地基在樁徑不斷提升的情況下，其承載力持續(xù)增長(zhǎng)，沉降量也持續(xù)降低，但隨著樁徑的持續(xù)提升，復(fù)合地基的承載力以及沉降量變化幅度不斷減小。從原理上分析可以發(fā)現(xiàn)，樁徑數(shù)值較高時(shí)，CFG樁與周?chē)翆拥慕佑|面積增大，載荷向下傳導(dǎo)的效果提升，地基沉降量隨之減小，而承載力也隨之提升。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，工程單位需要充分考慮400 mm以上樁徑時(shí)應(yīng)用效果變化較少的情況，避免因過(guò)度提升樁徑產(chǎn)生不必要的支出。

表4 CFG樁基不同樁徑參數(shù)下的承載力與沉降量參數(shù)變化情況

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，CFG樁技術(shù)能夠有效改善公路軟基沉降量大、承載力差的問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要嚴(yán)格按工序做好材料配置、鉆孔灌漿等各項(xiàng)工作，期間需要做好拌合料坍落度、孔徑、灌漿壓力等相關(guān)參數(shù)的控制工作。此外，在施工期間，工程單位也需要結(jié)合成本、CFG樁質(zhì)量要求等做好樁徑、樁長(zhǎng)的控制工作，在滿(mǎn)足工程質(zhì)量要求的情況下降低成本支出。