應(yīng)用CFG樁加固高速路橋軟弱地基的技術(shù)分析

樊卓

（湖南建工交通建設(shè)有限公司，長沙 410000）

1 CFG樁基本概念

1.1 含義及特點

水泥粉煤灰碎石樁（Cement，F(xiàn)ly-ash Gravel Pile，CFG樁），是由碎石、石屑、粉煤灰、適量水泥加水拌和，再經(jīng)由成樁機具制成的具有一定黏結(jié)強度的樁。碎石樁由松散的碎石組成，在荷載的作用下碎石樁會產(chǎn)生膨脹變形，當(dāng)樁處于軟土中時，樁體容易因膨脹而破壞。而CFG樁因為是低強度的混凝土樁，不僅可以進一步提高地基承載力，還因為其樁身有一定的黏結(jié)性，可以在較長范圍內(nèi)受力，更能充分地發(fā)揮樁周摩擦阻力和端承力。另外，CFG樁對提高復(fù)合地基承載力幅度較大，普遍適用于加固填土、飽和非飽和黏性土、松散砂土和粉土等?？偟膩碚f，CFG樁的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在沉降變形小、施工相對簡單、造價較低、承載力提高幅度大、適用范圍廣、穩(wěn)定性強、社會和經(jīng)濟效益高等。目前來說，CFG樁廣泛運用于高速路橋的軟弱地基處理[1]。

1.2 CFG樁作用原理

CFG樁的加固和作用機理主要概括為：（1）CFG樁復(fù)合地基對地基起到了良好有效的置換作用，使之承載力得以提高；（2）褥墊層起到樁體和樁間土的荷載調(diào)整均化作用，改善樁體和樁間土的荷載承擔(dān)效果；（3）對于砂土和粉土來說，CFG樁復(fù)合地基還具有相對顯著的擠壓密實效果。樁體、樁間土和褥墊層的具體作用如下。

1.2.1 樁體

樁體作為CFG樁復(fù)合地基中主要承擔(dān)荷載的作用部分，主要承擔(dān)上部和水平荷載。對于擠壓密實效果不同的地基來說，樁體還能起到一定的增強擠壓密實效果的作用和一定的置換作用。

1.2.2樁間土

樁間土是CFG樁復(fù)合地基中承擔(dān)荷載的重要組成部分，主要承擔(dān)豎向和水平荷載。在樁的施工過程中，樁間土受到擠壓密實作用，從而使樁間土的承載力提高，而樁間土的承載力提高后會讓樁周圍土側(cè)的應(yīng)力增加，從而提高樁體本身的性能。

1.2.3 褥墊層

褥墊層作為CFG樁中的重要組成部分，主要是調(diào)整均化樁體和樁間土間所受荷載，同時減少樁體的向上刺入度及調(diào)整樁體、樁間土荷載分擔(dān)比。

1.3 CFG樁的主要質(zhì)量要求

1）CFG樁樁位必須與設(shè)計相符，樁距誤差應(yīng)不大于100 mm；CFG樁樁體垂直度允許偏差應(yīng)≤1%，樁徑不小于設(shè)計值。

2）CFG樁樁長應(yīng)滿足設(shè)計要求，樁端進入持力層不小于50 cm，樁頂高出設(shè)計標(biāo)高50 cm。樁身強度≥20 MPa，樁體整體保持完整。

3）處理后的CFG樁復(fù)合地基承載力應(yīng)不小于130 kPa。

2 CFG樁施工流程和施工技術(shù)

2.1 施工流程

CFG樁施工流程主要是：場地平整→放樣定位→埋樁頭→鉆機就位→振動沉管→投料拔管→移機→砍樁頭→接擴頭樁→鋪設(shè)褥墊層。

2.2 施工技術(shù)

2.2.1 CFG樁的成孔技術(shù)

（1）CFG樁的成孔機械設(shè)備主要有成孔設(shè)備鉆機，樁體位置測量定位儀器全站儀等。（2）為了避免出現(xiàn)因連續(xù)施打?qū)е聵扼w混凝土縮徑或者樁身被擠等質(zhì)量缺陷情況，CFG樁加固要采取間斷跳打，而不是連續(xù)施打。（3）使用CFG樁加固處理的整體范圍要包含該段路橋軟弱地基范圍內(nèi)的所有應(yīng)加固軟土，無論是可塑性紅黏土，還是粉質(zhì)黏土或者風(fēng)化巖，都要使用CFG樁加固處理。（4）CFG樁的成孔施工工藝流程為：安置調(diào)整打樁機→設(shè)置鉆孔深度→進行試鉆→達到深度后，再空鉆排土→控制鉆距→樁孔位置調(diào)整[2]。

2.2.2 CFG樁的成樁技術(shù)

（1）CFG樁的成樁機械設(shè)備主要有樁體混凝土輸送設(shè)備輸送泵，樁體混凝土拌和設(shè)備混凝土攪拌機等。（2）CFG樁的成樁施工要注意等到空鉆清理樁底雜物時，即開始配料，等到雜物清理完成后，嚴(yán)格按照相關(guān)要求進行樁體灌注處理。（3）CFG樁的成樁施工工藝：樁底雜物清理→按照要求進行配料→進行混合料灌注→提鉆速度的控制→完成基本灌注。

3 CFG樁質(zhì)量控制要點

1）在CFG樁正式施工前，施工單位要進行CFG樁成樁工藝性試驗，通過工藝性試驗確定CFG樁的施工過程相關(guān)技術(shù)參數(shù)和具體施工工藝。在工藝性試驗中要做好對技術(shù)參數(shù)的記錄及保存，以作為后續(xù)正式進行CFG樁施工的基本依據(jù)和參考。

2）CFG樁的樁位施工順序與所處土層性質(zhì)和設(shè)計樁距有關(guān)。對于高速路橋軟弱地基，需要運用的是隔樁跳打的打樁方式；針對滿堂布樁，則需要從中心向外圍推進或者是由一邊向另一邊推進的施工順序。

3）要安排專人做好CFG樁沉管過程中的相應(yīng)沉管記錄。一般來說，每沉管1 m就要記錄一次電流數(shù)據(jù)，沉管記錄不僅可以明確土層變化，也能幫助復(fù)核工程地質(zhì)勘察資料。

4）根據(jù)沉管記錄，要在CFG樁樁端到達持力層的時候，也就是鉆機基本動力明顯減弱的時候，根據(jù)設(shè)計樁長和樁機抬架位置進行相應(yīng)的調(diào)整，以控制產(chǎn)生的擺動。

5）CFG樁的拔管速度會嚴(yán)重影響到樁體的質(zhì)量，過快會導(dǎo)致樁徑偏小或縮徑斷樁，會導(dǎo)致產(chǎn)生離析，影響設(shè)計強度，因此，要嚴(yán)格控制拔管速度。一般來說，公路路橋軟弱地基拔管速度應(yīng)在0.6～0.8 m/min為宜。

6）混合料的質(zhì)量嚴(yán)重影響到CFG樁樁體強度和成樁質(zhì)量，因此，混合料的和易性要進行嚴(yán)格控制。另外，在CFG樁施工過程中，還要進行樁體混合料的試塊試驗，以用來檢測不同齡期的混凝土實際強度從而判斷樁體達到的強度。

7）CFG樁的樁頂標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計標(biāo)高高0.5 m左右，高出的樁頂主要是適用于濕黏土的封頂。當(dāng)樁體達到相應(yīng)強度后，再進行開槽，要注意開槽的時候避免對樁體或者樁間土造成破壞。

8）嚴(yán)格測量確定樁頂標(biāo)高后，再進行鑿除樁頭。鑿除樁頭的時候，為了保證樁頂?shù)钠秸捅Ｗo樁身，不可以使用重物橫向擊打樁體，也不能僅僅是單邊的鑿除。

9）褥墊層的鋪筑必須要分層鋪筑并靜力壓實，層層到位，按照國家規(guī)范要求，土工格柵的鋪設(shè)要貼緊下承層，土工格柵要進行固定，既要保證平順拉直，也要保證上層和下層土工格柵至少錯開100 cm方可進行施工。另外，當(dāng)使用搭接方法制作土工格柵時，搭接長度要滿足30 cm以上；使用黏結(jié)或者是縫接制作土工格柵時，黏結(jié)或者縫接長度要大于5 cm。

10）在CFG樁成樁過程中要利用在樁機頂部設(shè)置的垂球來控制CFG樁的垂直度，垂直度的偏差不能超過1%。

4 CFG樁常見問題出現(xiàn)的原因及解決措施

4.1 樁體斷樁的原因和預(yù)防措施

樁體斷樁的原因主要有：（1）混合料配合比不佳或者混合料攪拌時間不充分；（2）冬季施工時混合料的保溫措施做得不好；（3）拔管速度和高度控制不佳；（4）樁體樁頂處理不好。

為避免CFG樁發(fā)生斷樁的預(yù)防措施有以下幾種：（1）嚴(yán)格按照土層的不同進行混合料配比的調(diào)整，混合料攪拌時間一定要充分；（2）做好樁體施工工序間的配合工作，尤其是提鉆速度一定要與混凝土泵送量匹配，嚴(yán)格控制由于混凝土輸入量大于提鉆時產(chǎn)生的空孔體積，要讓混凝土面基本始終保持在鉆頭以上1 m，避免在樁體中形成充水孔洞；（3）冬季施工時要嚴(yán)格做好混合料的保溫工作，如果發(fā)現(xiàn)混合料出現(xiàn)保溫不良，要及時處理，不可將就使用；（4）嚴(yán)格控制拔管高度和速度，每次拔管后均要留下振搗時間。

4.2 混凝土泵送管堵管的原因和預(yù)防措施

在CFG樁樁體施工過程中，堵管的原因主要有：（1）施工現(xiàn)場外界氣候環(huán)境突然驟變，導(dǎo)致混合料在泵送管中產(chǎn)生變化，導(dǎo)致堵管；（2）CFG樁樁體施工過程中工序銜接不恰當(dāng)或者混凝土泵送時間控制不當(dāng)，導(dǎo)致混合料坍落度產(chǎn)生變化，引起損失，進而導(dǎo)致堵管；（3）混合料運送不及時，導(dǎo)致泵送不連續(xù)，需停機等待混合料時間過長導(dǎo)致堵管；（4）泵送機械檢修不及時，導(dǎo)致泵送過程出現(xiàn)故障致使堵管。

針對堵管產(chǎn)生的原因，解決措施主要有：（1）泵管要進行覆蓋灑水降溫，以減少外界環(huán)境突變對混合料產(chǎn)生的影響。（2）一旦施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)輸送的混合料坍落度出現(xiàn)大的變化，要及時將混合料運送回拌和站進行再次處理。（3）當(dāng)混合料運送不及時，停機等待時，要每隔一段時間，基本時隔10 min左右打一次反泵，以減少堵管發(fā)生的頻率。等待時間過長時，要及時對鉆機和泵管進行清洗，降低堵管可能性。（4）遇到機械故障時，先要迅速切斷電源，再及時清洗干凈泵機和泵管，避免因清洗不及時導(dǎo)致堵管。（5）施工現(xiàn)場的泵機司機和鉆機司機及現(xiàn)場管理人員要固定，且要準(zhǔn)備有效的通信聯(lián)系工具，合理安排混合料的運送和泵送速度等，減少堵管現(xiàn)象的發(fā)生。

4.3 CFG樁樁體承載力不足的原因和預(yù)防措施

CFG樁在施工過程中，導(dǎo)致CFG樁樁體承載力不足的原因有：（1）樁體未真正穿透軟土地基或者恰好置于夾層上，容易造成樁體已經(jīng)深入硬層的假象，導(dǎo)致樁體承載力不足；（2）設(shè)計時樁體樁長設(shè)計不佳，樁長不足，導(dǎo)致樁體承載力無法滿足設(shè)計要求。

針對樁體承載力不足主要解決措施有：（1）正式開始樁體施工前，要反復(fù)對地質(zhì)進行復(fù)查，確保施工工程中樁體要深入硬層；（2）一旦發(fā)現(xiàn)樁體樁長等設(shè)計有所不足，施工單位要及時與設(shè)計單位取得聯(lián)系，提出變更建議，設(shè)計單位根據(jù)實際情況及變更建議，及時完善設(shè)計變更[3]。

5 CFG樁加固處理建議

1）勘察單位切實做好高速路橋工程的土質(zhì)勘察工作，明確要進行加固處理的軟土性質(zhì)，以便設(shè)計單位根據(jù)土質(zhì)進行恰當(dāng)設(shè)計。

2）設(shè)計單位要結(jié)合現(xiàn)場的情況，完善設(shè)計，若需變更時，設(shè)計單位要及時完成變更并指導(dǎo)施工單位切實做好變更后加固處理方案。

3）施工單位一定要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范要求，切實做好CFG樁施工的每一步，要讓CFG樁發(fā)揮出其特性。

4）監(jiān)理單位要加強重點工序和關(guān)鍵技術(shù)的監(jiān)督管理，以確保CFG樁施工的科學(xué)性和完整性，從而保證CFG樁的加固作用。

6 結(jié)語

軟土地基的加固處理好壞關(guān)系到整個高速路橋工程的質(zhì)量優(yōu)劣，切實應(yīng)用CFG樁做好對軟弱地基的加固處理，對保證整個工程質(zhì)量有著重要的意義。在進行CFG樁施工時，各工序要遵循相關(guān)規(guī)范要求，合理合規(guī)地完成CFG樁對軟弱地基的加固處理。