滇池湖相沉積層CFG樁加固施工技術(shù)

王巍

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101100)

0 引言

CFG樁是粉煤灰碎石水泥樁的統(tǒng)稱，由水泥、砂礫石、粉煤灰加水混合攪拌而產(chǎn)生的高強(qiáng)度粘合樁體，它與褥墊層一起經(jīng)受上方載荷，組成復(fù)合地基[1]。軟土地基經(jīng)CFG樁施工后，承載作用可以取得有效的改進(jìn)，適用于處理以昆明滇池區(qū)域?yàn)榇砟嗵抠|(zhì)土及淤泥質(zhì)軟土地層。

CFG樁與其他地基處理的施工方法相比，由于其施工周期短、選用工業(yè)生產(chǎn)的廢渣粉煤灰為原材，不需要配筋，在減少工程造價(jià)的同時(shí)，又可以確保樁基礎(chǔ)的荷載能力，所以被我國(guó)的軟土地區(qū)大量采用。

滇池湖相沉積層形成環(huán)境復(fù)雜，發(fā)育深度大，規(guī)律性不強(qiáng)，尤其以淤泥質(zhì)土及泥炭質(zhì)土為代表軟弱土層壓縮、孔隙比大、強(qiáng)度低、含水率較高，工程性能低。

文章以昆明地鐵3號(hào)線石嘴車輛段工程為例，通過(guò)試樁、樁身完整性檢測(cè)、單樁復(fù)合地基載荷等一系列試驗(yàn)，對(duì)CFG樁在湖湘沉積層中的施工技術(shù)進(jìn)行分析，明確提出了質(zhì)量管控的對(duì)策，對(duì)相似地質(zhì)條件下的施工有著借鑒價(jià)值。

1 工程簡(jiǎn)介

因湖相沉積的各土層屬軟弱土，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用快剪指標(biāo)，各土層的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 地基土物理力學(xué)性質(zhì)

2 作用機(jī)理

CFG樁是粉煤灰碎石水泥樁的統(tǒng)稱，由水泥、砂礫石、粉煤灰兌水混合而產(chǎn)生的高強(qiáng)度粘合樁體，CFG樁與周圍土一起形成復(fù)合地基土共同承受上部荷載，其上設(shè)置褥墊層。因?yàn)樵贑FG樁擴(kuò)大樁頭上部鋪設(shè)碎石墊層，由于摩擦力的作用效果，在完成施工，并且強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，樁周圍的土體會(huì)因上方載荷作用從而發(fā)生沉降趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)CFG樁產(chǎn)生負(fù)摩擦作用，如此一來(lái)CFG樁本身的承載力得到了提高。此外，CFG樁體中的粉煤灰可增加整體的黏合強(qiáng)度，進(jìn)而增強(qiáng)負(fù)荷地基的置換作用，由于樁體承受了較大部分的荷載，使得樁體之間土的應(yīng)力有所減小，避免樁周邊土體出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，同時(shí)也可以使土體的承載能力得以實(shí)現(xiàn)提升[2]。

如此一來(lái)促使CFG樁和土體便可以形成了一個(gè)共同的受力結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成復(fù)合地基，使軟土地層的承載能力得以有效的提高。

3 CFG樁設(shè)計(jì)要求

按照?qǐng)D紙的相關(guān)要求，為了保證CFG樁的工程質(zhì)量、荷載要求，以及有碴軌道工后沉降的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在正式施工之前，第一步要對(duì)CFG樁的樁體原材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件下的配合比試驗(yàn)。施工圖中規(guī)定樁體水泥選用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，其摻量不應(yīng)少于200 kg/m3，粉煤灰摻入量為70～95 kg/m3，粗骨料必須達(dá)到配比要求，松散堆積密度需大于1 500 kg/m3。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出

（1）適配強(qiáng)度：

（2）水膠比：

（3）根據(jù)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ55—2011）中混凝土坍落度要求，單位用水量mw0取值為205 kg/m3。

（4）單位混合料用量：

（5）單位水泥及摻合料用量：根據(jù)施工圖紙要求，粉煤灰摻量取30.0%，因此粉煤灰用量為：

成樁工藝試驗(yàn)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，最終確定混合料拌和時(shí)間:60～70 s；CFG樁拔管速度控制在1.5～2 m/min；鉆機(jī)電流控制在120～230 A。

4 CFG樁施工質(zhì)量缺陷及解決方法

4.1 產(chǎn)生原因

通過(guò)工程試樁發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有工藝條件下CFG樁成樁效果不理想，施工過(guò)程中常見(jiàn)堵管現(xiàn)象，部分樁體存在樁身不連續(xù)、斷樁、縮徑問(wèn)題，竄孔現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

經(jīng)過(guò)調(diào)查分析，造成CFG樁施工質(zhì)量缺陷的原因主要有：

（1）受CFG樁體材料拌合質(zhì)量和配合比不當(dāng)因素影響，使得混合料工作性能較差，從而引起堵管問(wèn)題。當(dāng)樁體材料中的粉煤灰用量較少或者混合料的坍落度太小時(shí)，其流動(dòng)性較差是堵管的重要原因之一;其次當(dāng)混合料坍落度較大，極易產(chǎn)生骨料和砂漿分離析現(xiàn)象。另外，在施工過(guò)程中由于操作不當(dāng)，未能及時(shí)進(jìn)行提鉆，使得CFG鉆頭處的漿液溢出從而形成堵管。

（2）在混合料的灌入過(guò)程中，長(zhǎng)螺旋鉆桿提升速率較快是斷引起斷縮頸、樁樁的主要原因；此外，預(yù)留空樁較長(zhǎng)，后期開(kāi)挖時(shí)土體受外力擾動(dòng)破壞較大，也是引起斷樁的原因之一。

（3）竄孔問(wèn)題。由于被加固土層中含有松散狀的粉質(zhì)土及粉砂，在CFG樁鉆進(jìn)過(guò)程中，土體在CFG樁樁機(jī)葉片剪切擾動(dòng)的影響下，容易引起液化現(xiàn)象，從而發(fā)生竄孔現(xiàn)象。

4.2 解決方法

（1）嚴(yán)格控制CFG樁體材料的施工配合比，保證其良好的施工性能，尤其要控制粉煤灰、水泥的摻量和拌合料的坍落度，并根據(jù)混凝土坍落度要求重新對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整計(jì)算。

單位用水量mw0=215 kg/m3。

膠 凝 材 料 用 量：mb0=mw0（W/B）=215/0.69=311.59 kg/m3；粉 煤 灰 用 量：mf0=311.59×30.0%=93.48 kg/m3；故 水 泥 用 量：mc0=mb0-mf0=311.59-93.48=218.11 kg/m3。

（2）由于施工場(chǎng)地內(nèi)泥炭質(zhì)土分布廣泛，為防止斷樁和縮頸現(xiàn)象發(fā)生，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)降低提鉆和拔管的速度，將其CFG樁拔管速率控制在2～2.5 m/min。與此同時(shí)在打樁前，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行開(kāi)挖平整，將空樁長(zhǎng)度控制在50 cm左右，以此減少后期開(kāi)挖時(shí)樁體受外力作用而引起的破壞。

（3）在樁底適當(dāng)座漿。當(dāng)CFG樁到達(dá)樁底時(shí)，應(yīng)繼續(xù)攪拌15 s，用來(lái)鉆進(jìn)樁底松土。在鉆入的過(guò)程中，需要對(duì)樁機(jī)的電流表進(jìn)行觀察，如果發(fā)現(xiàn)電流出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，那么表明地層發(fā)生了變化，此刻需要調(diào)整鉆進(jìn)速度。通過(guò)計(jì)算鉆機(jī)電流宜控制在120～230 A。

（4）采取隔樁、隔排的跳打方法進(jìn)行CFG樁施工，同時(shí)盡可能地避免在發(fā)生竄孔問(wèn)題的范圍內(nèi)施工推進(jìn)排數(shù)，最大限度地將已施工的樁體擾動(dòng)能量的積累降至最低；如遇特殊情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，聯(lián)系設(shè)計(jì)單位對(duì)樁距進(jìn)行調(diào)整。

5 成樁質(zhì)量與承載力檢驗(yàn)

5.1 成樁質(zhì)量

在試車線CFG樁完工后28 d，于每根檢測(cè)樁樁徑方向1/4處，取不同深度的試樣做無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

根據(jù)施工圖紙要求，檢測(cè)頻率應(yīng)為施工總樁數(shù)0.2%,由于試車線CFG樁加固施工總數(shù)為2 982根，因此選取9根CFG樁強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果全部滿足要求。

取樣結(jié)果顯示CFG樁芯樣連續(xù)、完整、膠結(jié)好、芯樣側(cè)表面光滑、骨料分布均勻，芯樣呈長(zhǎng)柱狀，成樁效果較好，成樁質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度與施工要求。

5.2 CFG樁承載力檢驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求試車線CFG樁單樁復(fù)合地基承載力不小于200 KPa。

5.3 樁身完整性檢測(cè)

根據(jù)施工圖紙要求對(duì)試車線CFG樁進(jìn)行低應(yīng)變樁樁身完整性檢測(cè)，在所檢測(cè)的457根工程樁中，一類樁為421根，占受檢樁數(shù)的92.1%，二類樁為36根，占受檢樁數(shù)的7.9%，成樁效果良好。

5.4 工后沉降

根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ 8—2016）及《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》（GB/T 50308—2017）和設(shè)計(jì)圖紙要求，本項(xiàng)目共計(jì)布設(shè)18個(gè)點(diǎn)位，CFG樁加固地基監(jiān)測(cè)于2015年10月3日開(kāi)始，截止到2016年12月6日，實(shí)際監(jiān)測(cè)天數(shù)為429 d，累計(jì)最小沉降量為-9.5 mm，累計(jì)最大沉降量為-11.7 mm，滿足工后沉降不得大于-20 mm技術(shù)要求。

6 結(jié)論

（1）滇池湖相沉積層CFG樁在施工過(guò)程中存在的典型質(zhì)量的缺陷為常有堵管現(xiàn)象發(fā)生，部分樁體存在樁身不連續(xù)、斷樁、縮徑問(wèn)題，竄孔現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

（2）按照施工圖紙的相關(guān)要求，根據(jù)試樁質(zhì)量缺陷進(jìn)行研究分析，最終確定單位用水量為215 kg/m3，粉煤灰用量為93.48 kg/m3，水泥用量為218.11 kg/m3。

（3）CFG樁拔管速率控制在2～2.5 m/min。鉆機(jī)電流控制在120～230 A。與此同時(shí)在打樁前，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行開(kāi)挖平整，將空樁長(zhǎng)度控制在50 cm左右，以此減少后期開(kāi)挖時(shí)樁體受外力作用而引起的破壞。

（4）軟土地層在CFG樁施工加固后，土體強(qiáng)度顯著提高，滿足了地基承載力設(shè)計(jì)要求，有效地解決了軟土地層的工后不均勻沉降這一難題，根據(jù)實(shí)踐總結(jié)，基本掌握了CFG樁在昆明滇池湖相沉積層軟土地基中的施工工藝。對(duì)相似地質(zhì)條件下的施工有著借鑒價(jià)值。