CFG樁試樁工藝研究分析

劉冰冰

0 引言

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱,是一種新型樁體,一般樁徑為300 mm～600 mm,樁身材料除了素混凝土樁的碎石、摻適量水泥和水外,還添加了石屑(砂)、粉煤灰,CFG樁體強度等級為C5～C25。與樁基相比,由于CFG樁樁體可以摻入工業廢料粉煤灰,不配筋以及充分發揮樁間土的承載能力,工程造價一般為普通樁基的1/3～1/2,經濟效益和社會效益非常顯著,且有施工速度快、工期短、質量容易控制等特點,因此近些年被廣泛應用。

1 工程概況

新建鐵路西格二線站前工程Ⅱ標段,設計行車速度200 km/h,預留250 km/h,軟基處理工點36個,有21個采用CFG樁施工加固,總樁長1 121 436延米,本段上覆土主要為第四系全新統長樂組海積層,第四系全新統坡洪積層,第四系全新統坡殘積層,下伏基巖為燕山早期侵入花崗巖。地下水呈弱硫酸性腐蝕及弱溶出型侵蝕。

施工時選取DK129+650～DK129+770段3根CFG樁作為試樁,此段設計給出的樁長范圍是5.5 m～9 m,但是施工中樁機上抬和灌入度的控制是沒有設計依據的,施工前要進行成樁工藝試驗,確定施工工藝和參數。

2 試樁方案

2.1 估算樁長

按地質核查的鉆探結果,估算樁長為8.6 m。

2.2 鉆機選擇

根據西格二線實際情況,CFG樁都設計在軟弱土層,離居民區較遠的實際情況,全線都采用振動沉管打樁機進行施工。

2.3 試樁工藝流程

1)清理場地,施工前應平整并碾壓地表,清除現場雜物,以利于樁機移位。

2)根據施工設計圖紙,測量放線,定出樁位。

3)樁機進入現場,振動沉管機選用DZKS系列振動錘,電機功率30×2 kW,空振振幅8.1 mm,允許拔樁力200 kN,允許加壓力120 kN,偏心軸轉速1 100 r/min,凈偏心力矩270 N·m,中空錘通孔φ 500 mm。根據設計樁長、沉管入土深度確定機架高度、沉管長度,進行設備組裝。

4)樁機就位,架設鉆機使鉆機鉆塔天輪外緣、鉆頭及樁位點三點成一線,鉆桿垂直,鉆頭矛尖對準就位點后固定鉆機,調整鉆機液壓腳,保證鉆機水平。鉆機就位后,應用鉆機塔身的垂直標桿檢查塔身導桿,校正位置,垂直度偏差不大于1%。

5)啟動馬達振動沉管到預定標高,停機,沉管過程中做好記錄,每沉1 m記錄電流表電流一次,并對土層變化予以說明。

6)停機后立即向管內投料,每次灌注混凝土量必須滿足管內的存儲量能夠產生足夠的壓力,以保持樁體混凝土有足夠的密實度。混合料按設計配合比經強制式攪拌機進行攪拌,拌合時間不得少于2 min,加水按坍落度3 cm～5 cm控制,成樁后浮漿厚度以不超過10 cm為宜。

7)啟動馬達,留振5 s～10 s,開始拔管,拔管速率為1.2 m/min(拔管速率為線速率,不是平均速率),如遇淤泥質土,拔管速率可放快1.4 m/min,拔管過程中不允許反插,如上料不足,須在拔管過程中投料,以保證成樁后樁頂標高達到設計要求,成樁后樁頂標高宜高出設計樁頂標高不少于0.5 m。

8)確認成樁符合設計要求后,用濕黏土或粒狀材料封閉保護樁頭,然后移機進行下一根樁的施工。

2.4 材料及配合比要求

CFG樁樁體材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥配合而成,當粉煤灰材料來源困難時,可以砂取代。樁身水泥采用C32.5抗弱硫酸型酸性侵蝕及弱溶出型侵蝕水泥,水泥摻量不大于200 kg/m3,摻加優質粉煤灰(等級不低于Ⅲ級),粉灰比為1～1.2,石屑率一般在0.3左右,碎石粗骨料滿足級配要求,松散堆積密度大于1 500 kg/m3,碎石最大粒徑不大于 40 mm,坍落度控制標準為 30 mm～50 mm,混合料28 d標準立方體無側限抗壓強度不小于5 MPa。

3 試驗檢測

3.1 基樁低應變動力檢測

試樁結束28 d后,根據現行《基樁低應變動力檢測規程》對3根試樁進行低應變動力檢測試驗,檢測結果為Ⅰ類樁,樁身完整。

3.2 取芯檢驗

用雙管單動取樣器鉆取CFG樁樁芯,發現試樁樁體均勻性良好,沒有蜂窩及離析現象,芯樣經無側限抗壓試驗,結果符合設計強度5 MPa要求。

3.3 單樁復合地基承載力試驗

1)試驗。根據JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范要求進行單樁復合地基承載力檢測。單樁復合地基載荷試驗使用邊長為1 000 mm的正方形剛性壓板(面積為1 m3)。使用堆載平臺堆黃砂提供試驗反力,逐級加載直至加載結束,然后分級卸載到零。單樁復合地基載荷試驗的最大試驗荷載不小于設計要求的2倍:250×1×2=500 kN。根據JGJ 79-2002規范附錄A的A.0.5條:加荷等級可分為8級～12級,本次試驗加荷等級分為8級,首級加載126 kN,以后7級各加載63 kN(126+63×6=504 kN)。根據JGJ 79-2002規范附錄A的A.0.6條:每加一級載荷前后分別讀記承壓板沉降量一次,以后每半小時讀記一次,當一小時內沉降增時小于0.1 mm時可加下一級荷載。本次CFG樁1個單樁復合地基試驗點的載荷試驗均因試驗荷載達到預定最大加載量而終止加載。根據JGJ 79-2002規范附錄A的A.0.8條:卸載級數可為加載級數的1/2,等量進行,每卸一級,間隔半小時,計讀回彈量,待全部卸載后間隔3 h,計讀回彈量。

2)載荷試驗資料分析。從87號～28號單樁復合地基載荷試驗試驗點 Q—S關系曲線可以看出,在加載至504 kN(504 kPa)時,地基總沉降量為10.85 mm,沉降量不大,末級荷載作用下的地基沉降量為3.25 mm,地基隨荷載沉降速率為0.051 6 mm/kN;從S—lgt曲線看,各級荷載對應的時程曲線均較平坦,未出現明顯下彎;從卸載回彈情況看,完全卸載后地基殘余沉降為8.52 mm,最大回彈量為2.33 mm,回彈率為21.47%。以上情況表明,該試驗點地基受壓尚未進入極限狀態,承載能力有一定余量,根據JGJ 79-2002規范中復合地基荷載試驗要點,該試驗點復合地基的極限承載力不小于最大試驗荷載值(504 kN),可取 S/d=0.006(S=6 mm)對應荷載值(398 kPa)與最大試驗荷載的一半(252 kPa)二者中的最小值(252 kPa)作為該試驗點復合地基的承載力特征值。本段要求單樁復合地基承載力不小于250 kPa(設計值),試樁結果符合設計要求。

4 結語

通過試樁試驗發現,按估算樁長試驗的3根樁完全符合設計的各項指標要求,沒有斷樁、夾泥、縮頸等質量通病的出現,說明采用以上施工工藝方案是可行的,可以按此工法進行大面積施工。這樣就摒棄了以往根據CFG樁樁機抬架判斷終樁的依據(因為每臺CFG樁機質量不同,配重不同,統一按抬架判斷是否終樁誤差非常大),可以節約大量材料和時間。同時也要求施工技術人員認真核實地質縱斷圖,嚴格按規范要求進行地質核查,保證地質資料的準確性,這樣才能準確的進行樁長估算。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術規范[S].

[2] 中鐵十二局集團三公司西格鐵路項目部.西格線施工作業指導書匯編[Z].2007.

[3] TZ 212-2005,客運專線鐵路路基工程施工技術指南[S].

[4] 魏 平.CFG樁復合地基的工作機理及承載力確定[J].山西建筑,2008,34(6):150-151.