CFG桩复合地基是水泥粉煤灰碎石桩复合地基的简称, 它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩, 和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。由于利用工业废料 (粉煤灰代替部分水泥) , 大大地降低了工程造价, 又增加了桩身后期强度。通过柔性褥垫层的设置, 使C F G桩复合地基得到均匀沉降和较高的承载力, 是最经济、适用、快速、可靠的一种新型灌注桩。
该技术在多层、高层和超高层建筑、工业厂房地基处理工程中得以广泛使用, 并取得了良好的经济和社会效益。目前, 已经应用到高速铁路工程的建设当中, 并具有极好的应用前景。
1 工程地质概况
郑西铁路客运专线1 2标段路基全长2.713公里。工程位于渭河北侧, 所处的地貌单元为渭河一级阶地, 地形平坦。其地质结构为:第四系全新统人工填土, 第四系全新统冲积粘质黄土, 粉质黏土、粉细砂、中砂、粗砂、砾砂、细圆砾土, 天然地基承载力在120kPa~150kPa范围。地下水为第四系松散层孔隙潜水, 赋存于砂土层中, 上部局部赋存于粘质黄土中, 水量丰富, 地下水位变化较大, 地下水位在6m~1 0 m之间。
2 施工工艺的选择及工艺流程
郑西客运专线设计对地基的沉降要求近乎零沉降, 为了达到该标准, 施工工艺的选择及施工的质量控制尤为重要。
C F G桩施工可以采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩及振动沉管灌注成桩等施工工艺。根据现场实际情况, 结合设计图纸与地质资料, 大部分地段在原地面以下10m为砂层, 而振动沉管桩机在砂层无法施工, 满足不了有效的设计桩长, 所以本标段大范围的施工采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩的方法施工。桩径为0.4m, 桩间距为1.8m或2m, 呈正三角形或正方形布置, 桩长11m或13m。
CFG桩的长螺旋钻进施工主要包括钻机就位、混合料搅拌、钻进成孔、灌注及拔管、成桩养护、移机及现场试验几个部分。
钻机就位:CFG桩钻机就位后, 应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆, 校正位置, 使钻杆垂直对准桩位中心, 确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。
混合料搅拌:混合料搅拌按配合比进行配料, 计量准确, 拌合时间不少于1min。混合料坍落度控制在16cm~20cm之间;在泵送前混凝土泵料斗应备好熟料。
钻进成孔:钻孔开始时, 关闭钻头阀门, 向下移动钻杆至钻头触及地面时, 启动马达钻进。一般应先慢后快, 这样既能减少钻杆摇晃, 又容易检查钻孔的偏差, 以便及时纠正。
灌注及拔管:CFG桩成孔到设计标高并经现场监理确认后, 停止钻进, 开始泵送混合料, 当钻杆心充满混合料后开始拔管, 严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在2~3m/min。
成桩养护:桩体砼浇筑完毕后, 立即对桩顶覆盖70cm湿黏土或覆盖草帘、薄膜进行保护, 养护期间桩顶不得过施工车辆及堆放材料。防止破坏桩身或桩顶。
移机:当上一根桩施工完毕后, 钻机进行移位, 进行下一根桩的施工。
现场试验:对于每盘混合料, 试验人员都要进行坍落度的检测, 合格后方可进行混合料的投料, 在成桩过程中抽样做混合料试块, 每台班做1组试块, 测定其28天抗压强度 (图1) 。
3 施工质量问题和控制措施
螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工中经常会遇到堵管、窜孔、桩头空芯及桩端不饱满问题。
(1) 堵管。产生堵管的原因有以下几点。
(1) 混合料配合比不合理。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时, 混合料和易性不好, 常发生堵管。因此, 要注意混合料的配合比, 尤其要注意将含砂量控制在不小于40%的范围内, 坍落度应控制在160mm~200mm之间。 (2) 混合料搅拌质量有缺陷。在CFG桩施工中, 混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头最后到达钻杆芯管内。混合料在管线内借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线。坍落度太大的混合料, 易产生泌水、离析, 泵压作用下, 骨料与砂浆分离, 摩擦力加剧, 导致堵管。坍落度太小, 混合料在输送管路内流动性差, 也容易造成堵管。 (3) 施工操作不当。钻孔进入土层预定标高后, 开始泵送混合料, 管内空气从排气阀排出, 待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。若提钻时间较晚, 在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出, 容易造成管路堵塞。 (4) 设备缺陷。弯头曲率半径不合理也能造成堵管。弯头与钻杆不能垂直连接, 否则也会造成堵管。混合料输送管要定期清洗, 否则管路内有混合料时会结硬块, 还会造成管路的堵塞。 (5) 当气温高于30℃时, 宜在输送泵管上覆盖隔热材料如麻袋、草袋, 每隔一段时间洒水湿润, 以防管内混凝土失水离析, 造成堵塞泵管。
(2) 窜孔。发现窜孔的条件有如下三条: (1) 被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂。 (2) 钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动。 (3) 土体受剪切扰动能量的积累, 足以使土体发生液化。由于窜孔对成桩质量的影响, 施工中采取的预控措施: (1) 取隔桩、隔排跳打方法。 (2) 减少在窜孔区域的打桩推进排数, 减少对已打桩扰动能量的积累。 (3) 合理提高钻头钻进速度。
(3) 桩头空芯。为避免桩头空芯, 施工中应经常检查排气阀的工作状态, 发现堵塞及时清洗。
(4) 桩端不饱满。为杜绝这种情况, 施工中前、后台工人应密切配合, 保证提钻和泵料的一致性。
(5) 冬季施工。冬季施工时, 原材料要入棚保温。输送管和弯头做防冻保护, 混合料入孔温度不低于5℃。成孔后要对桩头进行覆盖, 避免桩头部分受冻。
4 桩间保护土的清运
桩间保护土层的清运, 应在CFG桩施工结束28d后进行, 根据桩间距情况, 采用小型机械开挖清运。开挖、清运过程中, 应合理安排施工顺序, 避免扰动基底土层。严禁机械碰撞桩头, 避免造成浅部断桩。
5 凿桩头
保护土层清除后方可进行桩头处理。将桩顶设计标高以上桩头截断, 凿桩头采用人工截桩方法。先用无齿锯在有效桩顶标高处切深5cm左右的圆环, 再用两根钢钎相对同时敲击断桩。有效桩顶标高以上所剩余的部分, 应用人工剔凿平整至桩顶标高。砍凿后的桩头应断面平直, 防止有大的掉角现象。
6 桩基检测
现场施工完毕后, 委托陕西省建设工程人工地基工程质量检测站采用低应变检测、单桩复合地基承载力检测及单桩竖向承载力静载荷试验对成桩结果进行了检测。
6.1 低应变检测
根据所测波形及波速等特性, 结合桩的混凝土设计强度等级要求, 桩身结构的完整性划分为4类:一类桩为桩身完整、基本完整;二类桩为桩身存在轻微缺陷;三类桩为桩身存在明显缺陷;四类桩为桩身存在严重缺陷或断桩。本次共检测了1123根桩, 其中一类桩1054根, 占总桩数的93.9%, 二类桩69根, 占总桩数的6.1%。桩身质量满足设计要求。
6.2 单桩复合地基承载力检测
依据设计文件规定, 处理后的重型碾压+CFG桩复合地基承载力特征值不得小于235kPa。本次进行了17根单桩复合地基承载力静载荷试验, 最大加载值为1318kPa, 在最终荷载作用下, 沉降量无明显增大, 试验结果表明满足设计要求。
6.3 单桩竖向承载力静载荷试验结果
根据设计要求, 单桩竖向抗压承载力特征值不得小于419kN。本次同样进行了5根单桩竖向承载力静载荷试验, 可用Q-S曲线表示, CFG桩单桩竖向抗压承载力特征值不小于419kN, 符合设计要求。
检测结果表明本工程采取的施工工艺和技术措施是可行的。
7 结语
CFG桩复合地基在该工程中应用是成功的, 通过该工程的应用, 我们得出如下结论。
(1) CFG桩处理后复合地基承载力与原地基承载力相比可提高2~5倍。
(2) 施工简便、工期短。由于没有钢筋笼制作等工序, 减少了成桩时间, 缩短工期, 特别是利用长螺旋成孔泵送砼法施工, 成孔成桩一次完成, 更加快了施工速度。
(3) 本工艺在地基处理施工中, 减少了机械、劳力的投入, 节约了工程成本。
(4) 施工机械化程度比较高, 对位较精确, 成孔率高, 不会产生塌孔, 可实现成孔、成桩一次完成, 对于地层水位高低没有影响。
摘要：本文通过介绍CFG桩在郑西客运专线12标段地基处理中的应用, 阐述了该种复合地基在高速铁路施工中的工艺流程和效果, 并针对施工过程中常出现的质量问题提出了控制措施, 保证了施工质量, 为类似工程的施工提供借鉴。
关键词：CFG桩,施工工艺,质量控制,检测
参考文献
[1] JGJ79-2002, 中国建筑研究院.建筑地基处理技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.
[2] 地基与基础 (第3版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.