鐵路路基CFG樁施工工藝質(zhì)量控制

趙鵬社，王亞國

(1.中國鐵道科學(xué)研究院 鐵科院(北京)工程咨詢有限公司，北京100081;2.中鐵一局 四公司，陜西 咸陽712000)

地基處理是路基滿足設(shè)計要求并達到列車正常通行的重要組成部分。客運專線鐵路地基處理中大量采用CFG樁復(fù)合地基(由CFG樁與樁間土以及褥墊層構(gòu)成)，它的質(zhì)量狀況直接影響上部結(jié)構(gòu)的工后沉降。

哈大鐵路 DK109+600～DK109+800段，共設(shè)CFG樁樁孔3 161個，樁徑為0.5 m，樁間距1.5 m，布置形式為正方形布置，樁長 2.54～4.99 m，其總長17 004 m。該段地表為深灰色粉土，稍濕，厚度1.2～4.0 m，大部分地段夾雜泥炭，黑色，軟塑 ～流塑狀，有異味，厚度0～2.6 m，埋深距地表0.9～2.0 m，地下水埋深0.5～0.8 m。DK109+680～DK109+800段地表為粉土(深灰色)，稍濕，厚度2.0～4.0 m，大部分地段夾雜泥炭，黑色，軟塑 ～流塑狀，有異味，厚度0～2.6 m，埋深距地表1.0～2.6 m，地下水埋深0.5～0.8 m。

1 CFG樁工藝流程及相關(guān)技術(shù)要求

1.1 CFG樁施工工藝流程(見圖1)

1.2 施工步驟及相關(guān)技術(shù)參數(shù)

1)平整場地:表面護樁土層碾壓和修筑道路。

2)精確放樣 CFG樁的樁位，并在孔位插入標記物，以方便鉆孔過程中查找樁位。所有長螺旋鉆機在開鉆前應(yīng)由施工技術(shù)人員對標尺進行復(fù)核，消除標識誤差。尤其是鉆機初始標識要指定專人進行復(fù)查，確保樁長滿足設(shè)計要求。

3)機械設(shè)備的調(diào)試檢驗:① 檢驗鉆機運轉(zhuǎn)是否正常，移動是否靈活，鉆桿長度能否達到最大孔深和鉆桿垂直度;② 混凝土輸送泵的運轉(zhuǎn)情況;③ 檢查輸電線路或發(fā)電機組功率和供電連續(xù)性。

圖1 CFG樁施工工藝流程

4)試鉆:復(fù)核實際地質(zhì)與施工圖中的資料是否一致，必須試鉆，一般每100m地段試鉆2～3根。

5)開鉆:關(guān)閉鉆頭閥門，移動鉆頭至樁位處，驅(qū)動馬達鉆進，鉆進速度一般要先慢后快。鉆進過程中要隨時檢查鉆桿的垂直度，不能晃動，鉆位不能偏移，如果有異常情況，必須馬上調(diào)整。根據(jù)設(shè)計樁長和地面高程、樁頂高程推算出鉆孔深度，在鉆桿上作出標記。鉆到標記處停鉆，準備灌注混凝土。判斷鉆頭是否到了持力層一般有兩種方法:①在樁機駕駛室觀測電流的變化。根據(jù)試樁結(jié)果，鉆機開始鉆孔到達軟弱地層時，電流表指針在120～130 A，當鉆頭遇到持力層時，瞬間的電流將增大到160 A以上，同時電壓下降。此時，應(yīng)判定鉆頭已達到持力層。②在鉆機旁直觀觀察。根據(jù)勘察資料，結(jié)合試樁結(jié)果，當鉆頭到達持力層時，鉆桿上部的動力頭發(fā)生顫動和輕微的擺動，鉆機的動力明顯減弱，此時，應(yīng)判定鉆頭已達到持力層。

6)灌注混凝土:鉆到設(shè)計位置時，停鉆準備灌注，當混凝土充滿鉆管內(nèi)后開始拔管，嚴禁先拔管后泵送混凝土。拔管時鉆桿停止轉(zhuǎn)動，嚴禁邊拔管邊轉(zhuǎn)動。嚴格控制拔管速率，其拔管速度應(yīng)控制在2.0～2.5 m/min，連續(xù)灌注。拔管速率太快可能導(dǎo)致樁徑偏小或縮頸斷樁，而拔管速率過慢又會造成水泥漿分布不勻，樁頂浮漿過多，樁身強度不足和形成混和料離析現(xiàn)象，導(dǎo)致樁身強度不足。

7)灌注完成后鉆機后退移至下一樁位鉆孔。

8)CFG樁施打順序:橫向從線路中心向兩側(cè)推進，縱向從有結(jié)構(gòu)物或分界點處順線路方向推進。

9)清除鉆泥:鉆泥在鉆孔過程中必須隨時清除，鉆機移位后把剩余的鉆泥立即清除。用一臺小型挖掘機和小型自動翻斗運輸車，挖掘機把土清除出來，裝載在運輸車上運走。注意混凝土初凝后，保護好成樁位置。

10)養(yǎng)護和保護CFG樁:CFG樁頭都在地面以下，無需專門養(yǎng)護，最后一根樁灌注完成后14 d方可進行下一步工序，養(yǎng)護期間任何機械和材料不得進入施工區(qū)。

11)挖除樁頂土:挖除樁頂土首先測定地面高程，并作出標記，計算出挖深，用小型挖機將土一次性挖至設(shè)計樁頂高程以上20 cm處，剩余20 cm人工清底挖除。挖掘時嚴格控制高程，嚴禁超挖，并注意保護樁頭，挖掘機不得挖動CFG樁頭。如超挖，必須用褥墊層同樣的碎石進行回填。

12)切割樁頭:人工鑿除，先用切割機延設(shè)計樁頂高程切割，再用4根短鋼釬，在切割線處從四個不同的方向同時對鑿。

13)CFG樁檢測:CFG樁施工完成后28 d進行檢測。每工作班制做一組(3塊)試件，28 d檢測立方體抗壓強度。用小應(yīng)變儀檢測，靜載試驗抽樣復(fù)核，小應(yīng)變儀隨機抽檢30%，主要檢測樁長、樁身是否完整，有無縮頸等現(xiàn)象。采用平板荷載試驗檢驗地基承載力，CFG樁單根樁承載力應(yīng)不小于500 kN，試驗樁數(shù)為總樁數(shù)的3%，且每工點不小于3點。

2 施工易出現(xiàn)的問題及處理方法

2.1 混凝土超灌

混凝土超用量是指灌注CFG樁使用的混凝土量超出設(shè)計CFG樁的體積。在軟弱土層上，鉆孔過程中鉆桿的離心力作用、灌注時混凝土自重作用以及輸送泵泵壓作用下都會造成擴孔，使得混凝土用量增加。

減少超灌辦法:①使用縮小鉆頭和端部鉆桿直徑的方法，用氧氣和乙炔把鉆頭直徑切割小;②把電動機的鉆速調(diào)慢;③調(diào)節(jié)輸送泵的閥門板，使試管內(nèi)泵壓減小。

2.2 縮頸

縮頸是指施工完成后樁身直徑小于設(shè)計直徑。出現(xiàn)縮頸的原因有兩種:①在灌注混凝土過程中鉆桿提升速度過快，造成混凝土灌注不連續(xù)，導(dǎo)致縮頸;②由于鉆頭長時間磨耗嚴重造成樁頸縮小。

處理方法:嚴格控制拔管速度，尤其是飽和黏土、地下水豐富的孔位，應(yīng)嚴格將拔管速度控制在2.0～2.5 m/min，且送料、拔管應(yīng)連續(xù)均勻，隨鉆隨灌，防止停工待料。當鉆頭磨損嚴重時及時更換鉆頭，或在磨損的鉆頭周圍加焊一圈φ20 mm的螺紋鋼，以保證樁身直徑。

2.3 竄孔

竄孔是指在灌注完前一根CFG樁后，鉆下一根樁時，前一根樁的混凝土面突然大幅度下降，甚至將鉆出前一根樁的混凝土，更有可能使下一根CFG樁灌注困難。形象地說竄孔就是相鄰的兩個佛肚狀樁的腹部連接在一起。竄孔處理方法:當出現(xiàn)竄孔時，可采用隔樁跳打的方法施工。

2.4 堵管

堵管是指在CFG樁灌注過程中，混凝土凝固在輸送泵管中，使混凝土不能正常輸送。堵管后需要大量人工拆除并疏通管道，然后重新安裝，少則2 h。堵管不僅影響施工進度，還影響CFG樁的灌注質(zhì)量，甚至損壞鉆機。造成堵管的主要原因有:①混凝土不合格;②混凝土供應(yīng)不及時;③混凝土粗骨料的粒徑太大;④彎頭管的弧形鋼管的曲率半徑不合適，半徑過小或過大都會造成堵管，應(yīng)加強施工組織和原材料的質(zhì)量控制，選擇合理的弧形鋼管。

3 結(jié)語

該段堆載預(yù)壓已經(jīng)結(jié)束，沉降觀測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，最大沉降量僅3.42 mm，取得了良好的地基加固效果。CFG樁施工過程中要嚴格控制樁位、樁長以及混凝土灌注這些要點，探索出一些常見問題的預(yù)防措施和處理方法，為以后類似工程提供有益借鑒。

［1］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2005］160號 客運專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收暫行標準［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］中華人民共和國鐵道部.TZ212—2005客運專線鐵路路基工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.