石武客專CFG樁混凝土選配及質量控制措施

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、褥墊層共同構成復合地基來承受上部荷載[1,2]。CFG樁具有性能優越、造價低廉等優點,使得它廣泛應用于工程建設項目。

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情況屬于壓縮性土質,屬不良地質區域。結合石武客專對地基變形沉降標準的要求較高,設計上采用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。地基加固深度根據地質在9 m～27 m范圍內。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

根據施工要求對CFG樁的原材料進行選配,經檢測各組分均滿足規定。石武客運專線對CFG樁的設計強度為C20,采用兩級配的連續級配碎石,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所包圍的區間為連續級配區間,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,現場施工要求施工配合比與理論設計配合比相同,在此基礎上各組分按照原材料含水情況加以適當調整。混凝土設計坍落度在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抗壓強度超過設計強度的95%,28 d抗壓強度應高于設計強度的150%。圖2為細骨料級配曲線,其中區域AB間為Ⅰ區、區域CD間為Ⅱ區、區域EF間為Ⅲ區,G線為細骨料顆粒級配曲線。

原材料具體參數見表1。

表1 原材料性能規格

3 CFG樁混凝土質量控制

3.1 試樁

在標準養護條件下養護混凝土28 d強度能達到設計要求,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、溫度等系列環境的影響,使得混凝土的強度達不到設計要求,因此CFG樁必須經過試樁后才能進行正式全面施工。選擇符合設計要求和規范的平整場地進行試樁,試樁的數量不少于3根,成樁后28 d進行鉆心取樣,當樁的強度達到設計要求后,經審批進入全面施工階段。

3.2 外加劑與混凝土的生產和運輸

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]。根據現場情況,中午12:30的氣溫為31℃。拌合站的位置為DK327+600,要把混凝土運輸到DK320+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。混凝土生產時拌和中的計量誤差和拌合時間都要達到規范和設計要求,這時混凝土可能出現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3 min,在這一過程中必須有專業的試驗人員進行指導操作。

4 結語

CFG樁復合地基加固技術對處理不良地質和實現工后地基沉降最小化發揮了它的優勢。CFG樁混凝土原材料選配各組分在滿足規范前提下,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場生產運輸性能保證起到關鍵性作用。

[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樁施工質量控制實例[J].山西建筑,2007,33(1):85-86.