淺談佛開高速公路改擴(kuò)建工程斜坡ＣＦＧ樁的機(jī)械改造與施工

摘要：針對(duì)填砂路堤加寬的軟基處理方法、施工工藝，本文重點(diǎn)闡述了PZ25型高位支撐長(zhǎng)螺旋泵壓斜坡CFG樁鉆孔機(jī)的改造、施工及其經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：CFG樁 軟基處理 斜坡 改造 施工工藝

一、前言

原佛開高速公路謝邊至三堡段于1996年年底建成通車，原路基設(shè)計(jì)全寬26.0m，為雙向四車道。路基采用粉砂土填筑，粘質(zhì)土包邊。其不良地質(zhì)主要表現(xiàn)為軟土地基，軟土在本段全線均有分布，厚度一般在3。0－24.0m之間。原高速公路軟基處理方法以塑料排水板為主，軟土較深的路段設(shè)置了反壓護(hù)道，局部通道、涵洞及橋頭路段采用了水泥攪拌樁處理。

根據(jù)原高速公路通車以來的工后沉降觀測(cè)資料，除個(gè)別橋臺(tái)外，絕大部分沉降已基本趨于穩(wěn)定，固結(jié)沉降已基本完成。但是，在加寬施工過程中及加寬后，邊坡部分軟基均將受到新增的附件應(yīng)力作用，勢(shì)必引起地基產(chǎn)生新的沉降。為了協(xié)調(diào)新舊路基變形，減小新舊路基沉降差，邊坡軟基還需要在加寬時(shí)進(jìn)行二次處理。對(duì)于填土路堤，可直接開挖對(duì)其進(jìn)行軟基處理，然后再進(jìn)行新路堤填筑。但對(duì)于填砂路堤，由于其具有砂土的相關(guān)工程特性，不宜直接采用開挖施工，必須改進(jìn)軟基處理設(shè)備或軟基處理施工工藝。

二、設(shè)計(jì)概況

佛開擴(kuò)建試驗(yàn)路位于第X1合同段九江特大橋北引道，左、右幅共計(jì)300m，樁號(hào)范圍為K29+000～K29+150。該試驗(yàn)路重點(diǎn)研究：1、填砂路堤加寬的軟基處理方法和施工工藝；2、新舊路基差異沉降的標(biāo)準(zhǔn)及控制措施；3、填砂路堤拼接的施工工藝；4、復(fù)合地基承載力的快速檢測(cè)；從而為整個(gè)工程建設(shè)下一階段的設(shè)計(jì)與施工提供參考與借鑒。

本試驗(yàn)路設(shè)三個(gè)試驗(yàn)區(qū)開展試驗(yàn)研究，其中c試驗(yàn)區(qū)(即右幅K29+000～K29+150)軟基處理方式為素砼樁(長(zhǎng)螺旋泵壓CFG樁)，設(shè)計(jì)樁徑為φ40cm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)13.5－15.5m，單樁設(shè)計(jì)承載力240kN，內(nèi)側(cè)樁間距2.0m，外側(cè)樁間距2.4m，三角形布置。設(shè)計(jì)要求先在原路側(cè)清表整平后，采用改制后的施工機(jī)械處理原路邊坡范圍內(nèi)的軟土，再用常規(guī)機(jī)械處理原路邊坡范圍外的軟土地基。

三、工程地質(zhì)概況及特點(diǎn)

本試驗(yàn)路地處珠江三角洲平原，屬三角洲后緣部位。地形平坦，海拔2－4m，河網(wǎng)發(fā)達(dá)并且密布溝、渠、魚塘。根據(jù)鉆孔地質(zhì)資料顯示，主要地層分布情況見表1。

四、PZ25型斜坡樁鉆孔機(jī)的研發(fā)及其原理

根據(jù)設(shè)計(jì)和業(yè)主的要求，我公司與洛陽大地樁工機(jī)械廠成功開發(fā)了能直接在斜坡上施工的PZ25型高位支撐長(zhǎng)螺旋泵壓斜坡CFG樁鉆孔機(jī)。該機(jī)是一種以KL800B型深孔長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)為操作平臺(tái)，通過二次開發(fā)，使其功能延伸到不僅能在平地進(jìn)行CFG樁工法的長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)施工，而且能夠在坡率小于1：1.5、高度小于3.6m的邊坡上進(jìn)行該工法的施工。特別適用于高速公路加寬過程中的斜坡樁施工。

常規(guī)KL800B型深孔長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)不能實(shí)現(xiàn)360度回轉(zhuǎn)，并且上盤支腿伸縮幅度較小，下盤沒設(shè)支腿，因此只能靠上盤支腿和下盤的交叉支撐實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)在平臺(tái)上的行走。

PZ25型高位支撐長(zhǎng)螺旋泵壓斜坡CFG樁鉆孔機(jī)在常規(guī)KL800B型長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)上盤支腿結(jié)構(gòu)使上盤后支腿(圖中的2)的伸縮高度大幅度提高。施工斜坡樁時(shí)，通過改變上盤前后支腿的伸縮長(zhǎng)度，從而使上盤前支腿支撐于邊坡上、上盤后支腿支撐于坡底。這樣，只需調(diào)節(jié)上盤前后支腿支撐高度就能使鉆機(jī)高位支撐在斜坡上并保持上盤的水平。另外，為了實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)在斜坡上的行走，該機(jī)在下盤增設(shè)了前后兩個(gè)支腿(圖中的3和4)。由于受回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及平地鉆孔的影響，下盤支腿油缸的結(jié)構(gòu)不能做成與上盤前后支腿一樣，必須增設(shè)下盤支腿變幅油缸，使得下盤支腿能夠折疊。通過變幅和下盤支腿伸縮的調(diào)節(jié)，從而使下盤前支腿支撐在斜坡上、下盤后支腿支撐在坡底并保持下盤水平。地施工時(shí)，下盤后支腿收縮使之與下盤保持在同一平面上，利用上盤支腿和下盤的交叉支撐實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)在平臺(tái)上的行走和回轉(zhuǎn)；斜坡樁施工時(shí)，通過變幅和下盤后支腿伸縮的調(diào)節(jié)使下盤前支腿支撐于斜坡、下盤后支腿支撐于坡底，利用上盤前后支腿和下盤前后支腿的交叉支撐實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)在斜坡上的行走。

五、CFG樁施TT藝

試樁

在試驗(yàn)路CFG樁大面積施工之前，為了探明實(shí)際地質(zhì)情況、確定合理的軟基處理深度，在平臺(tái)段沿路線方向每隔10m左右選一根樁進(jìn)行試樁。CFG樁終孔標(biāo)高的確定主要是參照鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中的電流變化情況。當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)至持力層后，電流會(huì)有較大變化，一般達(dá)到100A～120A時(shí)即可終孔。

鉆機(jī)就位

鉆機(jī)在平臺(tái)上施工時(shí)，上盤前后支腿、下盤前后支腿以及下盤同時(shí)著地；利用上盤前后支腿和下盤的交叉支撐即可實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)在平臺(tái)上的行走和回轉(zhuǎn)。

當(dāng)鉆機(jī)要施工斜坡樁時(shí)，首先伸長(zhǎng)上盤前后支腿(此時(shí)下盤離地)，下盤前進(jìn)，使下盤前支腿支撐于邊坡上，然后伸出下盤后支腿使之支撐于平臺(tái)上(下盤后支腿長(zhǎng)度以及與地面形成的角度可調(diào)節(jié))；等下盤前后支腿支撐穩(wěn)定后，收縮上盤前后支腿，此時(shí)上盤前進(jìn)，使上盤前支腿支撐于邊坡上，上盤后支腿支撐于平臺(tái)上。然后再伸長(zhǎng)上盤……如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)在斜坡上的行走。

由于鉆機(jī)高度和質(zhì)量較大，在邊坡上施工時(shí)穩(wěn)定性較差，為安全起見，不易在邊坡上進(jìn)行大幅度的回轉(zhuǎn)操作。

鉆進(jìn)

鉆機(jī)就位后，先調(diào)整鉆桿垂直度，其偏差不得大于1.0％。垂直度調(diào)好后，利用特制的鉆頭，在動(dòng)力頭的驅(qū)動(dòng)下隨長(zhǎng)螺旋鉆桿向地層鉆進(jìn)。鉆頭底部有可以開啟的閥門，鉆桿中間是空心的，是混凝土的輸送通道。鉆桿向下鉆進(jìn)時(shí)鉆頭的閥門關(guān)閉，水和土不能進(jìn)入鉆桿內(nèi)，鉆頭和鉆桿葉片回轉(zhuǎn)時(shí)把孔內(nèi)的渣土排出地表。鉆進(jìn)過程中密切注視鉆機(jī)的電流變化情況，當(dāng)電流值達(dá)到100A～120A時(shí)停止鉆進(jìn)。

送料

當(dāng)鉆進(jìn)至終孔標(biāo)高后，稍微拔起鉆桿，鉆頭閥門就自動(dòng)打開，此時(shí)用混凝土輸送泵把配制好的混凝土通過鋼管、高壓軟管和鉆桿中心送入孔底，一邊泵料一邊提升鉆桿。鉆桿的提升速度取決于輸送泵的送料速度，一般控制在1.0～2.0m/min。如果提升過快，容易造成斷樁；如果提升過慢，鉆頭埋的太深則容易塞管。提升過程中當(dāng)鉆頭離地面約1.5m時(shí)停止泵料，利用鉆桿中剩余的混凝土填充樁頭部分。

六、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

如果使用常規(guī)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)施工邊坡上的樁基，有兩個(gè)方案可行。

其一，先開挖邊坡至平臺(tái)標(biāo)高，再利用常規(guī)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)直接施工。這樣，為了保證原高速公路的行車安全及邊坡穩(wěn)定，不僅要封閉外側(cè)車道，而且還要加強(qiáng)邊坡的防護(hù)。然而，原高速公路車流量相當(dāng)大，封閉外側(cè)車道勢(shì)必會(huì)引起交通堵塞，造成的經(jīng)濟(jì)損失將不可估計(jì)。使用PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機(jī)，不僅不會(huì)造成交通堵塞，而且還節(jié)約了防護(hù)邊坡的費(fèi)用。

其二，先施工完平臺(tái)部分的CFG樁，然后一邊填土一邊施工斜坡上的樁基。這樣，機(jī)械要多次進(jìn)場(chǎng)，而且中間間隔時(shí)間較長(zhǎng)，多次進(jìn)場(chǎng)所消耗的費(fèi)用較多，而且施工效率較低，對(duì)工期影響也比較大。而PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機(jī)可一次性處理完所有的樁基，不僅降低了成本，而且縮短了工期。

綜上所述，PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機(jī)相對(duì)于常規(guī)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)，有兩大明顯優(yōu)勢(shì)：

施工地點(diǎn)靈活。PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機(jī)可以在任何地面上進(jìn)行施工，包括傳統(tǒng)的平臺(tái)地面施工和斜坡坡面施工；施工效率教高，縮短了施21232期。

經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益明顯。PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機(jī)的施工無須中斷或者限制原來高速的交通，這點(diǎn)解決了許多高速公路加寬過程中最大的煩惱；而且PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機(jī)在施工邊坡樁時(shí)無須開挖過多坡面，從而為高速公路的安全穩(wěn)定性提供了更大的保障。

結(jié)束語

PZ25型斜坡CFG樁鉆孔機(jī)既能施工平臺(tái)上的CFG樁，又能施工斜坡上的CFG樁，克服了常規(guī)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)不能直接施工斜坡樁的缺點(diǎn)。而且，該機(jī)械在平地上施工時(shí)，能實(shí)現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，比常規(guī)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的施工效率高。實(shí)踐證明：無論是斜坡上的CFG樁，還是平地上的CFG樁，該機(jī)械都特別適用，值得借鑒和推廣。