石武客專CFG樁混凝土選配及質(zhì)量控制措施

王 鴻 陳紀中

CFG樁(Cement Flying-ash Gravel pile)是水泥粉煤灰碎石樁的英文簡寫。原材料通常由水泥、粉煤灰、粗骨料(碎石等)、細骨料(砂等)與水按一定配合比拌和而成。其樁體自身具有較高剛度和模量,它與樁間土、褥墊層共同構(gòu)成復合地基來承受上部荷載[1,2]。CFG樁具有性能優(yōu)越、造價低廉等優(yōu)點,使得它廣泛應用于工程建設(shè)項目。

1 工程概況

石武客專河北某段總長2 044.05 m。線路以填方通過沖洪積平原,地形平坦開闊,線路中心最大填土高9.52 m。沿途地層為粉質(zhì)黏土,黃褐色,軟塑～硬塑,含少量顆粒;粉土,黃褐色,潮濕,中密,土質(zhì)均勻;粗砂,黃褐色,中密～密實,潮濕,成分以石英、長石為主;中砂,黃褐色,潮濕,中密,含少量黏性土顆粒;細砂,黃褐色,稍濕、飽和,稍密～密實,含少量黏性土顆粒;粗細圓礫土,雜色,潮濕,密實,充填物以砂顆粒為主。

考慮到以上沿線第四系覆蓋層的土質(zhì)情況屬于壓縮性土質(zhì),屬不良地質(zhì)區(qū)域。結(jié)合石武客專對地基變形沉降標準的要求較高,設(shè)計上采用CFG樁復合地基來加固原有地面。CFG樁樁體采用C20素混凝土灌注,設(shè)計樁徑為0.5 m,方形布置,DK322+100～DK324+100靠邊線的3排樁,樁距為1.8 m,其余的樁距為1.6 m。地基加固深度根據(jù)地質(zhì)在9 m～27 m范圍內(nèi)。樁冒采用1 m×1 m×0.3 m鋼筋混凝土,上鋪50 cm厚的碎石墊層和雙向受力100 kPa/m土工格柵。

2 CFG樁原材料選配

根據(jù)施工要求對CFG樁的原材料進行選配,經(jīng)檢測各組分均滿足規(guī)定。石武客運專線對CFG樁的設(shè)計強度為C20,采用兩級配的連續(xù)級配碎石,如圖1所示。其中5 mm～10 mm級配碎石與 10 mm～20 mm級配碎石比例為3∶7。AC所包圍的區(qū)間為連續(xù)級配區(qū)間,B線為實測粗骨料篩分曲線,粒徑范圍在2.36 mm～19.00 mm。

水泥規(guī)格為P.O42.5型。粉煤灰為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級,但必須是F類(即干排灰)。CFG樁混凝土原材料理論設(shè)計配合及其各組分所占比例為水泥∶粉煤灰∶細骨料∶粗骨料∶水∶外加劑=1∶0.82∶3.76∶5.42∶0.91∶0.04,現(xiàn)場施工要求施工配合比與理論設(shè)計配合比相同,在此基礎(chǔ)上各組分按照原材料含水情況加以適當調(diào)整。混凝土設(shè)計坍落度在160 mm～220 mm范圍,實際值符合要求,30 min坍落度損失范圍在20 mm～25 mm,7 d抗壓強度超過設(shè)計強度的95%,28 d抗壓強度應高于設(shè)計強度的150%。圖2為細骨料級配曲線,其中區(qū)域AB間為Ⅰ區(qū)、區(qū)域CD間為Ⅱ區(qū)、區(qū)域EF間為Ⅲ區(qū),G線為細骨料顆粒級配曲線。

原材料具體參數(shù)見表1。

表1 原材料性能規(guī)格

3 CFG樁混凝土質(zhì)量控制

3.1 試樁

在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護混凝土28 d強度能達到設(shè)計要求,如圖3所示。混凝土在0 d～15 d前期強度增長非常迅速,在28 d時趨于穩(wěn)定,后期強度也有所增長,但增長較為緩慢。當混凝土灌入到地面以下以后受濕度、溫度等系列環(huán)境的影響,使得混凝土的強度達不到設(shè)計要求,因此CFG樁必須經(jīng)過試樁后才能進行正式全面施工。選擇符合設(shè)計要求和規(guī)范的平整場地進行試樁,試樁的數(shù)量不少于3根,成樁后28 d進行鉆心取樣,當樁的強度達到設(shè)計要求后,經(jīng)審批進入全面施工階段。

3.2 外加劑與混凝土的生產(chǎn)和運輸

CFG樁采取打孔灌石灰或者打入竹筷的方式來進行定位。其設(shè)計強度為C20。C20低標號混凝土各方面的材料都要求較低,但對于外加劑的要求卻比較高[8]。根據(jù)現(xiàn)場情況,中午12:30的氣溫為31℃。拌合站的位置為DK327+600,要把混凝土運輸?shù)紻K320+000約需要1 h,使用該車混凝土的時間約為90 min,高氣溫、長時間的等待對外加劑的保坍性和保水性等性能的要求都很高。混凝土生產(chǎn)時拌和中的計量誤差和拌合時間都要達到規(guī)范和設(shè)計要求,這時混凝土可能出現(xiàn)坍落度過小或過大的情況,當坍落度過大時會影響混凝土強度,而過小時難以泵送,需要現(xiàn)場的工作人員及時處理。對于坍落度過大的混凝土要加入同標號的干料,在灌車上高速旋轉(zhuǎn)3 min即可,對于坍落度過小的混凝土加入同標號的水泥漿,高速旋轉(zhuǎn)3 min,在這一過程中必須有專業(yè)的試驗人員進行指導操作。

4 結(jié)語

CFG樁復合地基加固技術(shù)對處理不良地質(zhì)和實現(xiàn)工后地基沉降最小化發(fā)揮了它的優(yōu)勢。CFG樁混凝土原材料選配各組分在滿足規(guī)范前提下,靈活控制各項指標是保證混凝土和易性的前提。外加劑合理選用對混凝土現(xiàn)場生產(chǎn)運輸性能保證起到關(guān)鍵性作用。

[1]王 瑜.客運專線CFG樁成樁方法對比試驗研究[J].山西建筑,2009,35(23):109-114.

[2]龔曉南.復合地基理論及工程應用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000:134-152.

[3]鐵建[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].

[4]GB/T 8074-2008,水泥比表面積測定方法——勃氏法[S].

[5]GB/T 1346-2001 eqv ISO 9597,水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法[S].

[6]GB/T 17671-1999 ISO 679,水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)[S].

[7]GB/T 1596-2005,用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].

[8]GB 8076-1997,混凝土外加劑[S].

[9]賀永俊.某工程CFG樁施工質(zhì)量控制實例[J].山西建筑,2007,33(1):85-86.