高速鐵路路基CFG樁加固施工技術研究

唐學軍

（中鐵二十二局集團第二工程有限公司，北京 100041）

1 CFG 樁施工的準備工作

第一，現場處理。按設計要求，確定施工范圍，并進行整平處理，以改善場地的平整度和緊實度?？辈齑_認附近的高壓電纜、通信線路等既有管道設備是否已加強保護，防止其在施工過程中遭到損壞。

第二，水泥、粉煤灰、碎石、外加劑等是混凝土的主要施工原材料，進場后要進行嚴格的檢查，以確定各種原材料的質量，保證投入使用的原材料符合質量標準。

第三，各種原材料的品質標準如下。水泥：普通硅酸鹽水泥，42.5 等級。細粒或粗粒料：嚴格分級，不能超過1500kg/m，最大顆粒直徑小于25mm。砂質：中等粗砂，含泥量小于5%，否則容易因含泥量過大而影響施工。粉煤灰：細度不大于45%，三級或更高。石屑：石屑率是此類物料的主要控制指標，保持在0.25～0.33 之間。泵送劑：此類物料的用途是根據實際情況來優(yōu)化泵送施工工況，比如，當攪拌泵送性能達到要求時，不摻泵送劑；在施工場地溫度高，或水泥摻入量低的情況下，則根據具體情況摻入適量泵送劑。

第四，按照技術要求，進行室內配合比試驗，以確定適宜的配合比。水泥、粉煤灰、細集料、粗集料、摻和 劑、水 的 比 例 為1∶0.43∶2.69∶3.87∶0.014∶0.57。選擇合適的原材料，攪拌時間為90～120s，可獲得均勻的混合料。

第五，在前述基礎上，對CFG 樁進行強度和抽水性能的控制，保證混凝土的坍落度在160～200mm 之間，保證混凝土澆筑順利進行。從工藝測試的結果可知，鉆桿芯管在灌滿混合料后即可拔出，整個過程的速度控制在2.5m/min[1]。

2 CFG 樁施工技術的應用要點

2.1 樁位放樣

監(jiān)理工程師使用全站儀對縱樁進行測量，并嚴格按圖紙上的布孔進行定位，以此作為施工的控制基礎。嚴格按照樁位圖的要求，準確地施放樁位，在各個部位用石灰做標識，以保證樁身的偏移不超過規(guī)定范圍。在樁位放樣后，從位置和數量等幾個方面進行細致的檢測，以保證其符合要求。最后，依據已知的樁位，進行鉆孔作業(yè)路徑的編制，以避免因反復操作而對樁位精度造成不良影響。

2.2 鉆機就位

在鉆機就位之前，應對樁位進行交叉定位，并在施工場地設置樁位，以便于后續(xù)開展檢驗工作，確定鉆孔的具體位置。根據設計樁長，確定合理的框架高度。在鉆機到位后，將鉆頭定位在樁心上，二者之間的偏差不超過100mm。通過在鉆機塔體周圍安裝的豎直基準，對鉆頭的定位狀況進行細致的檢測，并依據測量值進行修正，直到鉆桿豎直對準樁位中心。

2.3 混合料攪拌

選用優(yōu)質合格的原材料，按預定的配合比，在攪拌站進行配制，可獲得均勻的混合料。根據現場的施工條件，每一盤的攪拌時間以120s 為宜。按照“先拌后用”的原則，及時使用產出的混合料，避免由于間隔時間太長，造成物料的性能下降。

2.4 鉆進成孔

在鉆進過程中，封閉閥門，將鉆桿向下移至其所在的位置，并在此條件下啟動電機，進行鉆進作業(yè)。鉆進作業(yè)操作復雜，在鉆進一段時間后，如果沒有任何異常情況，則可開始提速，按常規(guī)的速度進行施工，這樣既能降低鉆桿的晃動，又能及時發(fā)現和改正誤差。在成孔施工中，如果鉆桿晃動或者很難再下鉆（在相當長的一段時間里沒有明顯的進尺），則應減慢進尺速度，否則成形孔位易發(fā)生傾斜，有時會造成鉆進工具的損壞。在鉆進深度達到設計要求后，作業(yè)人員要保證動力底表面的停頓與鉆機的塔身一一對應，并做好記號，為后續(xù)樁長度的測定提供依據。

2.5 灌注混凝土及拔管

隨著CFG 樁成孔工作的進行，當樁身達到設計標高時，停止鉆進，進入抽吸階段，并在此期間加強對鉆桿內部的檢查，如果有混合料遺留，則將鉆桿反轉提起。此時需要對升降和轉動速度進行嚴格的控制，以達到完美的配合。

一般情況下，成樁速度為1～2m/min，成樁過程應持續(xù)進行，防止物料短缺或其他原因造成停頓。如遇特殊情況，不能進行連續(xù)灌注，應根據勘察報告和場地地質情況，合理安排停機地點，不得在飽和砂土以及粉土層中停機。灌漿完成后，在樁頂上放置一個水泥袋，作為保護。完成后，養(yǎng)護一段時間，待強度達到設計強度的75%左右時，在樁頂高出設計樁高50cm處，采用濕挖法將樁頭鑿除，然后在此部位覆蓋一層塑料膜。

2.6 整機移位

最后一根樁基成形后，按設計方案將鉆機移到下一個施工地點，進行下一步的施工。CFG 樁中土層含量高，在施工過程中，如果控制不當，易造成相鄰樁位的遮擋，在某些情況下，可能造成原已標定的樁位發(fā)生變化。

為了解決這一問題，必須在下一樁施工之前進行樁位檢查，以保證樁位精度。單根樁在灌漿到控制標高后，再進行下一樁的施工，整個施工過程皆宜連續(xù)灌注，并保證樁位誤差不超過10cm[2]。

2.7 混凝土工程性能現場試驗

混凝土攪拌材料的工程性質會對其施工產生直接影響，所以必須進行混凝土攪拌樁的坍落度檢測，以確定其實際質量，如果達到標準，就進行灌注施工。在成樁過程中，取樣制作3 個混凝土試件，每個試件都是邊長為150mm 的立方體，通過測試來確定其28d的壓縮強度。

圖1 CFG 樁施工流程

3 CFG 樁施工中的注意事項

3.1 CFG 樁成孔

第一，將鉆桿向下運動，使其與地面保持接觸，這時，電機鉆機開始正式施工。第二，鉆進工人與測量員緊密合作。每鉆進1m，應立即向操作員報告，如發(fā)現有電流改變，應立即與現場讀卡員進行交流，以便準確掌握實際的進尺和土層特性，并完整地記錄數據。通過電流顯示的結果來判斷施工狀況，如果鉆孔部位已觸及堅硬地層，應加強進尺的控制，提高進尺操作的精細程度，保證每一次進尺都能有效控制，避免埋入深度不符合要求。在鉆進到持力層后，要對地質情況進行調查，并將資料進行記錄。第三，在鉆進深度區(qū)域中，存在著大量的地質類型，應注意對實際地質情況進行分析，如發(fā)現與設計要求不一致，應立即向設計部門報告，并進行實地勘察，確認后，再進行下一步工作。第四，在鉆進過程中，如果鉆桿發(fā)生晃動或鉆進困難，應適當放緩進尺速度，以免造成樁孔變形、鉆具損壞。

3.2 樁頭的處理

將鉆孔工具緩慢抬離洞口，施工人員沿著地表標高清除樁間土，直到露出樁頂（這一作業(yè)的時機比較重要，必須在混凝土開始凝固之前進行）。在1m 高的樁頂進行振動，可以有效改善樁頭的施工質量。對樁頂50cm 以內的混凝土進行人工清掃，然后收面平整，在樁頂上涂上塑料膜，保證混凝土在有效保護的情況下成型，從而形成結構完整、受力穩(wěn)定的CFG 樁。在CFG 樁達到設計強度后，應清除剩余的混凝土，以人工開挖為主，配合小型機械搬運等方法清除樁頭，同時保證樁體強度滿足設計要求，保證樁體的連續(xù)性，防止出現斷樁問題或影響周邊基礎。在清除完土壤后，采用人工截樁法進行截樁。截樁過程中，如果CFG 樁頭出現裂紋，則應先對其進行鉆孔，然后用普通水泥砂漿修補，并以高等級混凝土填充，以確保樁體整體的施工質量[3]。

3.3 技術控制要求

第一，在采用CFG 樁進行路基施工時，必須嚴格按設計方案和相關技術規(guī)范進行質量檢驗與管理。

第二，在前期準備階段，應加強對原材料的質量控制和管理，并對各種原材料進行質量檢驗。同時，必須嚴格按設計要求進行材料的計量與配合比工作。

第三，嚴格遵守拌和配方，保證混凝土的坍落度不超過100mm。根據路基工程的實際情況，對檢測頻率和次數進行相應的調整，并在30d 后進行混凝土的抗壓強度測試。

第四，加強對工地的監(jiān)測和觀察。為了能及時掌握并發(fā)現有可能發(fā)生的斷樁問題，在施工前和施工中應對現場標高進行測量。

第五，對具有高塑性的松軟土壤，應采取靜壓法進行處理。簡而言之，就是利用機械的自重使套管下沉到規(guī)定深度，然后注入混合液，起動電機，邊震動邊拔出套管。

第六，在施工期間，要對鉆桿與井眼的垂直度進行嚴格的檢測與控制，在施工場地的兩個不同方向上設置專用的監(jiān)控設備，以保證鉆進的垂直度符合要求。

第七，在CFG 樁的施工中，技術人員可以根據每個工位制作檢驗試樣，在28d 內進行無側限強度測試。在成樁28d 后，要進行單樁或復合路基的承載能力測試，以確定其承載能力與變形系數滿足設計規(guī)范的基本要求。

第八，在雨季、冬季施工時必須嚴格遵守施工要求，并嚴格執(zhí)行有關規(guī)定中的軟基處理程序，以防止對CFG 樁造成不良影響。

4 質量控制與檢測

4.1 質量控制

第一，在灌漿過程中，鉆桿提升速度與輸送泵的泵送量要緊密配合，確保鉆桿在不震動的狀態(tài)下持續(xù)提升，在施工過程中，不得有超速提升和先提管后泵料的現象。在澆筑時，將芯管插入混凝土中，深度以25cm 為宜。第二，保證樁身長度符合設計規(guī)范。CFG樁的設計要求是從軟黏土鉆進到硬底板，并要求埋置砂質或硬質黏土深度為2m，底部的基巖部分則要埋入全風化層1m。第三，各原材料的性能指標均應符合有關規(guī)定，且其壓縮強度應符合設計要求。第四，對地質狀況進行復查。在有代表性的位置，及時鉆孔取樣進行分析，以確定地層分布與地質數據是否相符，尤其是在鉆孔到達設計深度后，要確定樁尖土壤是否已到達持力層的充分深度。在需要的時候，可以在兩個相鄰的地質橫截面之間進行補鉆，以便對地質條件進行進一步的復查。如發(fā)現異常，應立即向監(jiān)理、設計部門報告，并向其提供解決方案。第五，對螺旋鉆井泵壓力施工進行控制。一是定期對排氣閥進行檢查，防止出現堵塞現象，導致管道中的氣體不能順暢排出，造成樁身空心。二是在進行螺桿泵壓施工時，要嚴格掌握鉆進、泵送、拔管的時機，不得過早、緩慢，否則容易造成樁身質量問題。如果提前提管，則會造成樁端不夠充分，對樁的承載力產生直接影響，從而造成路基質量問題[4]。三是在CFG 樁的整個施工過程中，必須嚴格按照工藝試驗確定的、經監(jiān)理批準的各項參數進行作業(yè)，包括鉆孔速度、鉆桿提升速度、攪拌泵送量等，從而保證樁身的質量達到設計要求。同時，在提升鉆桿時，應采用靜態(tài)提升法，以控制提升速度，避免因超速造成縮徑、斷樁等問題。

4.2 檢測

根據《客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準》（鐵建設〔2005〕160 號）的要求，在成樁28d 后，按成樁總量的10%對CFG 樁進行低應變測試，并以5根以上的樁身進行檢測。在CFG 樁的首次自檢中，每個CFG 樁組的自檢次數不得低于CFG 樁數的20%，并且不低于40 個。

5 施工中應注意的問題

第一，保證樁身長度符合設計規(guī)范。第二，CFG樁的實際樁長和基底檢測應以加密探樁和土壤樣品識別控制為主要內容，輔以電流梯度和突變值，并根據操作人員的實踐經驗來確定。第三，在施工之前，應進行準確的測量放樣，以保證樁位達到設計要求，并保證其定位誤差小于5cm。第四，為了減少對鄰近樁基的影響，保證CFG 樁基的質量，應采用分段逐點施打的方式進行施工，而在沉管灌注成樁過程中，應采用分段隔跳的施工方式。第五，在設計樁頂標高與地面保持一定距離（不超過1.5m）時，防護樁長度宜為50～70cm，在設計樁頂標高與地面距離較大時，防護樁長度宜為70～100cm，其頂部用粒狀材料覆蓋直至地面[5]。第六，施工樁頂標高不宜低于設計樁頂高度0.5m，基坑開挖時，必須對樁尖施工質量不佳的樁段進行人工挖除，當基坑開挖到設計標高時，剩余的樁頭必須清除。

6 結語

總之，CFG 樁加固施工技術在提高路基穩(wěn)定性方面具有十分重要的作用。但當前CFG 樁施工技術在施工中仍存在諸多問題，因此，在施工中應重視原材料準備、樁位放樣、鉆孔、灌注施工、質量控制與檢測等方面的問題，以確保CFG 樁施工的質量。