CFG桩技术在公路工程软地基处理中的应用探讨

2022-09-16

1 工程概况

某工程路段, 地势平坦开阔、水网密布、湖泊沟渠众多。道路全长约为4.4公里, 道路红线宽度为50m, 为城市Ⅰ级主干道。全标段路基工程全部为软基处理工程, 地质情况以河相、湖相沉积、冲积的淤泥质粘土、淤泥亚粘土及淤泥质亚砂土为主, 地表有1m~3m硬层, 但其多为过湿土, 软土层厚0m~26m。本项目的涵基处理采用CFG桩+碎石褥垫层。CFG桩桩径40cm, 梅花形布置。平均桩长17m, 桩身强度C10, 桩顶铺设30cm厚碎石褥垫层。

2 水文地质条件

整条线路覆盖层变化较大, 勘察深度范围内, 地下水主要赋存于第四系覆盖层中。勘察期间均观测到地下水, 水位埋深在0.6 m m~3.5 m m之间, 高程1 8 8 6.2 7~1888.42m, 变化幅度相对不大。按地下水的赋存介质及水力条件, 地下水为上层滞水和微承压孔隙型潜水。

3 CFG桩加固原理

CFG桩是由水泥、粉煤灰、碎石和细砂加水搅拌形成的高粘强度的桩和桩间土及褥垫层一起形成复合地基, CFG桩复合地基通过褥垫层与基础相连接, 无论桩端落在一般土层还是淤泥土质均可保证桩间土始终参与工作。由于桩间土的强度及模量比原桩间土大, 在荷载作用下桩顶应力比桩间土的应力大, 桩可承受的荷载向深的土层传递并相应减少桩间土承受的荷载。

桩体是由机械成孔后将搅拌好的混凝土利用泵机打人孔中, 在拔管的过程中利用高差产生的重力使混凝土产生自振捣效果, 这样在成桩的过程中不仅挤密桩间土还挤密桩身, 使其具有水硬性, 使处理后的复合地基强度和抗变形的能力明显提高。

4 CFG桩施工工艺

工程路段施工前平整场地, 清除障碍物, 进行成桩工艺性试验 (不少于两根试验桩) , 以复核地质资料以及机械设备性能、施工工艺、施打顺序是否适宜, 确定混合料配合比、坍落度、搅拌时间、拔管速度等各项工艺参数, 根据试桩中发现的问题修订施工工艺。虽然地表有1m~3m硬层, 但试桩采用振动沉管钻机时仍能顺利穿过该地层, 所以采用振动沉管法施工。

具体工艺:桩位测量放样→放置桩尖→桩机就位→振动沉管→成孔检验→灌注搅拌桩→振动拔管→成桩检验→铺设褥垫层。

关键工序控制如下:CFG桩机就位后, 用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查导杆校正位置, 使沉管垂直对准桩中心, 确保CFG桩垂直偏差不大于1%;打桩顺序:CFG桩施工时采用隔行隔桩跳打, 相邻桩施工时间间隔大于7d。采用从中心向外推进的方案, 或从一边向另一边推进的方案。

5 施工方法

5.1 沉管

根据设计桩长、沉管人土深度确定机架高度和沉管长度, 并进行设备组装。桩机就位, 保持桩管垂直, 垂直度偏差不大于1%;若采用预制钢筋混凝土桩尖, 需埋入地表以下300mm左右开始沉管, 为避免对邻桩的影响, 沉管时间应尽量短;记录激振电流变化情况, 应1m记录一次, 对土层变化处应予以说明。

5.2 投料

在沉管过程中用料斗进行空中投料 (可边沉管边投料) 。待沉管至设计标高且停机后须尽快完成投料, 直至管内混合料顶面与钢管料口平齐。

5.3 拔管

启动电动机, 首次投料留振5s~10s再开始拔管。拔管速率按工艺性试验并经监理工程师批准的参数进行控制, 一般12m/min~1.5m/min较合适。拔管过快易造成局部缩颈或断桩;拔管太慢振动时间过长, 会使桩顶浮浆增厚, 易使混合料离析对淤泥质土, 拔管速度可适当放慢。拔管过程中不宜反插留振。如上料不足, 须在拔管过程中空中投料, 以保证成桩后桩顶标高达到设计要求。成桩后桩顶标高应高出设计桩长0.5rn, 且浮浆厚度不超过20cm。

5.4 封项

沉管拔出地面, 确认成桩符合设计要求后, 用湿粘性土封顶。

5.5 移机

钻机移位进行下一根桩的施工。

6 CFG桩质量控制

CFG桩施工完成28d后按设计要求对CFG桩和CFG桩复合地基进行检测。采用低应变检测桩身质量, 抽检频率为10%在有条件的情况下, 采用静力载荷试验检测复合地基承载力, 抽检频率为0.5%~1.0%, 但不少于3点。检查项目见CFG桩施工允许偏差见表1。

现场CFG桩施工质量控制的主要对象是:桩长和强度二项指标, 监控要点如下:

测量桩位前对施工现场原始地面标高进行抄平测量, 并用平地机平整碾压后放出各桩的准确位置, 将线路纵坡、横坡考虑在内后, 原地面标高控制在±5cm以内。施工桩顶高程控制在高于设计垫层底标高30cm处。将施工区域进行划分, 并将各桩进行编号, 定机定人进行管理。

布桩时, CFG桩的数量、布置形式及间距必须严格按设计要求并遵循从中心向外推进施工, 或从一边向另一边推进施工的原则, 不宜从四周转向内推进施工。具体的施工方法和顺序由工程技术部确定。

指派责任心强、懂技术并经严格考核合格的员工对劳务队伍施工的CFG桩进行现场监控和记录。

CFG桩施工中, 每台班均须制作检查试件, 进行28d强度检验, 成桩28d后应及时进行单桩承载力或复合地基承载力试验, 其承载力、变形模量应符合设计要求。

通常桩顶混凝土密实度差、强度低, 对此采取桩顶以下2.5m内进行振动捣固的措施。

为保证施工中混合料的顺利输送, 施工中采取强制式搅拌机。

桩身每方混合料掺加粉煤灰量及坍落度控制根据设计和采用的施工方法按工艺试验确定并经监理工程师批准的参数进行控制。

清土和截桩时, 不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

冬期施工时混合料入孔温度不得低于5℃, 对桩头和桩间土应采取保温措施。

跳打施工时应及时清除成桩时排出的弃土, 否则会影响施工进度。

整个施工过程中, 安排质检人员旁站监督, 并做好施工原始记录, 记录钻压电流值、孔深、单孔混合料灌入量、堵管及处理措施等。

CFG桩施工属隐蔽工程, 施工完毕报监理签认后方可进行下一道工序施工。

7 材料

桩体主体材料为碎石, 应符合设计级配要求;选用的水泥、粉煤灰及外加剂等原材料应符合设计要求, 并按相关规定进行检验。拌合料配合比经试配后确定。混合料搅拌必须进行集中拌和, 按照配合比进行配料, 每盘料搅拌时间按照普通混凝土的搅拌时间进行控制。一般控制在90s~120s, 具体搅拌时间根据实验确定, 电脑控制和记录。泵送}昆合料出厂时坍落度可控制在160mm~200mm, 现场搅拌混合料出厂时坍落度可控制在30mm~50mm。

8 施工方法及机械的选用

CFG桩一般有3种成桩施工方法:振动沉管灌注成桩:适用于粉土、粘性土及素填土地基;长螺旋钻孔灌注成桩:适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土;长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩:适用于粘性土、粉土、砂土以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。施工现场采用振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩两种方法。

9 施工中常见问题及解决方法

在施工中常出现的问题有:施工扰动使土强度降低;成桩有缩颈;部分桩强度不均。

采取措施为:采用隔桩跳打, 当满堂布桩时, 从中心向外推进施工, 或从一边向另一边推进施工;控制拔管速度, 一般1.2m/rain~1.5m/min较合适。拔管过快易造成局部缩颈或断桩;拔管太慢振动时间过长, 会使桩顶浮浆增厚, 易使混合料离析, 对淤泥质土, 拔管速度可适当放慢。拔管过程中不宜反插留振。如上料不足, 须在拔管过程中空中投料, 以保证成桩后桩顶标高达到设计要求。成桩后桩顶标高应高出设计桩长0.5m, 且浮浆厚度不超过20cm。