巖溶地區 CFG樁施工技術及質量通病的防治

宋曉東,李冬立,聶志紅

(1.中鐵一局集團第五工程有限公司,陜西寶雞 721006;2.中鐵一局集團有限公司,西安 710054;3.中南大學,長沙 410083)

巖溶地區 CFG樁施工技術及質量通病的防治

宋曉東1,李冬立2,聶志紅3

(1.中鐵一局集團第五工程有限公司,陜西寶雞 721006;2.中鐵一局集團有限公司,西安 710054;3.中南大學,長沙 410083)

結合武廣鐵路客運專線施工,為確保巖溶地區地基加固,在施工實例結論基礎上,總結巖溶地區采用巖溶注漿與CFG樁復合加固地基時施工順序。介紹巖溶地區 CFG樁施工工藝,同時針對CFG樁施工過程中出現的堵管、竄孔、斷樁、吊腳樁等質量通病分析了原因,總結了相應的防治措施,以其為同類地質情況地基加固提供借鑒。

武廣鐵路客運專線;注漿;CFG樁;施工

為確保高速列車運行的穩定性和平順性,武廣鐵路客運專線在覆蓋型巖溶地區采用巖溶注漿與 CFG樁綜合加固地基技術,通過對巖面下灰巖的注漿,充填灰巖的溶洞及溶洞充填物間隙,防止填筑路堤增加荷載而使溶洞頂板產生坍塌,提高灰巖地基承載力;通過對巖面上土層的充填注漿,形成土層帷幕,降低土層滲透性,減少地下水波動對土層的潛蝕、真空抽吸作用;土層采用 CFG樁進行加固,提高地層的地基承載力,控制路基的工后沉降。通過武廣鐵路客運專線DK1 372+550～DK1372+886.36段巖溶注漿地區CFG樁施工實例,闡述巖溶注漿地區按照先注漿后CFG樁順序施工 CFG樁的工藝和常見質量通病及防治措施。

1 工程概況

武廣鐵路客運專線DK1 372+550～DK1 372+886.36段覆蓋層：洪積坡積層粉質黏土,厚度 4～8m,其中上部 2～3m為紅色硬塑粉質黏土,σ=150 kPa,其次為厚 1～3m硬 ～軟塑狀、部分夾有軟塑狀的粉質黏土,σ=120 kPa,灰巖巖面上 0～0.9m厚為軟塑狀粉質黏土,σ=40 kPa;可溶巖層：灰巖巖溶發育,部分地區發育石芽溶溝和溶槽。全段采用巖溶注漿與CFG樁地基加固,巖溶注漿巖面上土層帷幕 3m,基巖加固深度 5m;CFG樁樁長至硬底,樁徑 φ50 cm,樁間距 1.7～2m,正三角形布置。CFG樁復合地基承載力220～270 kPa。

2 注漿與 CFG樁施工順序

通過DK1 372+550～DK 1372+886段巖溶路基的巖溶注漿和 CFG樁施工,有以下幾點結論。

(1)試驗段 16個注漿先導勘探孔鉆孔土層厚度與鉆孔周圍 22根樁小應變檢測樁長比較相差基本在20 cm以內,比較吻合。

(2)巖面上土層僅為充填注漿,注漿后土層強度沒有多大提高,根據現場挖樁顯示長螺旋鉆可以鉆透帷幕層到達巖面。

(3)試驗段 3根 CFG樁復合地基承載力大于 365 kPa,滿足設計復合地基承載力要求。

(4)先施工 CFG樁再進行巖溶注漿,CFG樁將會對面波法物探檢驗注漿效果產生很大的干擾,注漿效果很難進行評判。

(5)CFG樁施工后再進行注漿,由于注漿機械、循環水將會對樁間土產生較大的擾動,破壞樁間土原狀結構,無法確保樁間土承載力的發揮。

基于以上結論,巖溶地段地基加固確定按照先注漿后 CFG樁的順序進行施工。

3 CFG樁施工工藝

施工采用長螺旋鉆成孔,泵送混凝土成樁工藝。

3.1 CFG樁施工流程(圖1)

圖1 CFG樁施工流程

3.2 主要施工參數

混凝土配合比：水泥∶中砂∶碎石∶水∶粉煤灰∶外加劑 =1∶4.28∶5.45∶0.97∶0.71∶0.012。混凝土強度等級 C15,混凝土初凝時間 6 h,終凝時間 9 h,拔管速度 2.5m/min,混凝土攪拌時間 60～120 s,水膠比 0.58,坍落度 20 cm。

3.3 主要施工工藝

(1)施工準備：現場清表,按照水溝底高程同時結合縱、橫坡推算確定樁頂高程,做好臨時排水溝及排水橫坡。開工前采用靜力觸探每 50 m一個斷面 3個點進行地質核查,施工中每 25m一個斷面 3個點使用CFG樁機鉆先導孔核查地質,復核設計。

按照設計測量放線點位,現場點位采用鐵絲綁紅布條標識,在邊線位置每 10排樁使用小竹板標識里程及樁行號。

確定施工順序：分區沿線路分幅順序施工,如圖2所示。

圖2 CFG樁施工順序

(2)樁機就位：樁機性能全面檢查后,鉆機就位,在導向架上使用反光漆每米做滿周標識、并標注尺寸,每半米做半周標識;用鉆機塔身前后和左右的垂球調整導向桿垂直度,垂直度小于 1%后,記錄初始導向架初始刻度,下鉆。

(3)CFG樁成孔：鉆孔開始時,關閉鉆頭閥門,向下移動鉆頭至地面后,啟動馬達鉆進。成孔過程中,發現鉆桿搖晃或鋼絲繩松弛時,放慢進尺,防止樁孔偏斜,移位及鉆桿、鉆具損壞。參考巖面深度根據電流變化(樁底時電流會由 100 A左右變小至 70 A左右)及鋼絲繩松弛情況判斷鉆頭是否到達持力層。鉆進時,記錄電流突變位置的電流值與深度,作為地質復核情況的參考。

(4)混合料攪拌：混合料在攪拌站按配合比集中拌制,每盤料攪拌時間按照普通混凝土的攪拌時間進行控制,攪拌時間為 60～120s。每一臺班做 1組試件進行標準養護,控制出站混凝土坍落度在 18～20 cm。

(5)灌注及拔管：第一次灌注混凝土或混凝土灌注中間間歇 5 h以上時,按以下 2個步驟潤滑管道,第一步泵送清水將管內存留的渣質沖洗干凈,使管內保持濕潤;第二步泵送與混合料相同強度等級的砂漿潤管。

混凝土灌注按照“先泵料后拔管”的原則進行施工。成孔至持力層后,開始泵送混合料,鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管。成樁的提拔速度控制在 2～2.5 m/min,成樁過程連續進行,避免供料出現問題導致停機待料。停灰面高出設計樁頂約 50 cm(高出樁頂太高材料浪費、太少樁頭混凝土質量不容易保證,最好不少于 40 cm),灌注混合料時,混合料的灌入量采用總量分攤的辦法,每根樁的投料量不小于設計灌注量。記錄停灰面高程,移機至下一根樁進行施工。

(6)棄土清運：棄土分 2次清理,第一次在混合料初凝后人工或小型機械清除鉆孔棄土,預留 30 cm保護樁長,小型機械配合倒運,嚴禁運輸車輛進入施工區;第二次人工清除保護土層和樁頭,樁頂高程允許偏差為 0～+20mm,并不得擾動基底原狀土。

(7)樁頭鑿除：盡量采用截樁機鑿除樁頭,當采用人工方法時,在同一水平面按同一角度對稱放置 2個或 4個鋼釬,用大錘同時擊打,將樁頭截斷。嚴禁單向或借助機械外力截樁,以防止樁身斷裂。同時記錄截樁的長度。

(8)成品保護：CFG樁成樁后,禁止任何大型車輛在沒有 0.5m厚墊層情況下進入加固區,防止造成斷樁,造成成品破壞。

4 巖溶注漿地區 CFG樁施工中常見質量通病及防治措施

DK1 372+550～DK1 372+886.36段 CFG樁施工結束后,對該段 22根樁進行小應變抽檢,5根樁挖樁(樁底均位于巖面)檢查,結果 19根樁長與小應變結果吻合,3根有偏差。偏差 3根樁中 1根樁有缺陷(施工中竄孔),2根施工記錄不準確。同時通過其他地區抽檢及施工,歸納在巖溶注漿地區施工 CFG樁容易出現堵管、竄孔等質量通病,施工不當容易出現斷樁和吊腳樁質量問題。

4.1 堵管

(1)配合比不合理,混合料工作性能差

產生原因：低強度混凝土混合料中細骨料和粉煤灰用量較少時,混合料的流動性差。外加劑與水泥相容性差,混合料的黏聚性、保水性差,容易離析。混合料坍落度太大,易產生泌水和離析,管內漿液在泵壓作用下,先流動,骨料和砂漿分離,摩擦力增大容易堵管。坍落度太小,混合料在輸送管內流動性差,容易堵管。

防治措施：在試用配合比前室內試驗必須保證混凝土的和易性,控制混凝土施工坍落度在 16～18 cm,保證混凝土的泵送工作性能,防止堵管。

(2)施工氣溫高,管壁漿液容易凝固

產生原因：夏季施工管內溫度高,管壁砂漿易凝固,增大管壁阻力,容易堵管。

防治措施：施工時在管壁覆蓋草袋并經常灑水保持草袋濕潤,降低管道溫度。

(3)施工操作不當,堵塞管路

產生原因：鉆頭至樁底開始泵料后,在鉆桿充滿混凝土后沒有及時提鉆,漿液在泵壓作用下從鉆頭擠走,管內剩下少漿混合料塞體,造成堵管。

防治措施：施工時應在管內填充混凝土后及時提鉆,避免造成堵管。

4.2 竄孔

(1)土體發生液化,樁內混凝土突然下落

產生原因：土體由于受剪切擾動能量的積累,發生液化,使已施工未凝固樁體相鄰樁內混凝土突然下落。

防治措施：樁機向后退打時,減少一次打樁的排數,同時隔樁跳打施工,減少對已打樁擾動能量的積累,有效防止相鄰樁內混凝土下落,同時對未施工樁做好標記,混凝土終凝后補打樁。

(2)樁底流塑狀土連通,導致相鄰樁在泵送壓力作用下冒漿

產生原因：巖面上流塑狀土注漿效果差,注漿后流塑狀土在樁底連同,樁內灌混凝土時在泵送壓力下相鄰樁內漿液從樁內冒出,導致相鄰樁部分失去漿液而存在質量缺陷。

防治措施：對巖面上流塑狀土層補充注漿,加固巖面上土層。采用跳樁施工方案,同時對未施工樁做好標記以后補打。

4.3 斷樁

雖然目前檢測在該區段未出現斷樁,但結合其他區段施工,斷樁按以下措施防治及處理。

(1)拔管太快,樁體存在缺陷

產生原因：成樁過程中拔管速度太快,在樁內容易形成空洞或樁內掉泥,使樁身存在缺陷或樁身夾泥,造成斷樁或缺陷。

防治措施：控制拔管速度在 2～2.5m/min,使泵送混凝土速度與拔管速度相匹配,確保樁身混凝土質量。

⑵成品未進行保護,成樁后外力破壞

產生原因：CFG樁為素混凝土樁,抗彎、抗剪能力較差,在未施工褥墊層前大型機械進入 CFG樁加固區,造成斷樁;另外,使用大型挖機在混凝土終凝后清理樁間土觸碰混凝土樁體,造成斷樁。

防治措施：混凝土終凝后,禁止使用大型機械在沒有任何墊層情況下清理樁間土,采用小型機械清理樁間土時,必須有專人指揮,防止機械觸碰樁體;成樁后,在沒有墊層情況下禁止任何機械進入加固區。

⑶斷樁擬采取處理措施

淺部 3m以內斷樁時,在樁上距邊緣 10 cm采用手風鉆對稱鑿 3個 φ42mm孔至斷樁位置下 0.5m,注M30水泥漿后插入φ18mm螺紋鋼補強處理;3m以下斷樁時,在樁側重新補樁處理。

4.4 吊腳樁

產生原因：螺旋鉆未鉆至巖面停鉆,導致樁尖懸空,成吊腳樁,無法滿足承載力要求。

防治措施：由有經驗的操作手操作鉆機,根據鉆機鉆至巖面后,鉆機搖擺情況及鉆桿鋼絲繩的松馳情況判斷鉆頭是否到達巖面。

處理措施：全部重新施工,以確保工后沉降。

4.5 施工記錄不準確,對小應變檢測樁長產生困難

產生原因：主要為責任不清、施工責任心不強,導向架標識不清楚,對 CFG樁的施工樁長及樁頭截除長度記錄不準確造成。

防治措施：清晰標識導向架標識,在每次樁機組裝后復核標識,明確責任,提高施工的責任心,采用雙人記錄復核簽認制,準確記錄樁長。

5 結語

類似本段地質情況的巖溶路基地段采用巖溶注漿和 CFG樁綜合加固地基時,為確保每個環節的施工質量,需按照先注漿、后施工 CFG樁的順序組織施工。

泵送混凝土,為避免堵管發生,室內試驗需首先保證泵送混凝土的和易性,同時現場控制混凝土的坍落度,保證混凝土的泵送性能;在氣溫大于 30℃時,對輸送管道需采取灑水覆蓋等降溫措施。

跳樁、加大 CFG樁一次施工間距是防止流塑土層CFG樁施工竄孔的有效措施。

為避免斷樁,一是控制施工過程,按照試驗確定的拔管速度拔管,保證混凝土泵送能力與拔管速度匹配;二是對施工結束的成品要加強保護,減少人為破壞、禁止機械直接與樁體接觸。

鉆頭抵達持力層,在混凝土泵開始送混凝土后,才能開始拔管,否則樁底容易不密實或空洞,造成吊腳樁。

明確分工,清晰樁機的標識,施工過程進行記錄,對地基加固過程異常情況分析十分重要。

[1]閻明禮,張東剛.CFG樁復合地基技術及工程實踐[M].北京：中國水利水電出版社,2001.

[2]蘇湘祁.CFG樁在無砟軌道軟基處理中的應用[J].企業技術開發,2006,26(8)：21 23.

[3]孫勁松.CFG樁在時速 200 km客貨共線鐵路上的應用[J].鐵道標準設計,2006(8)：9-11.

[4]拓守盛,王軍琪.CFG樁加固鐵路軟土地基技術[J].路基工程,2006(5)：122-124.

[5]楊廣慶,劉延吉,楊生偉.鐵路客運專線路基施工技術[M].北京：中國鐵道出版社,2006.

U238;U 213.1+4

B

1004-2954(2010)01-0049-03

2009-12-10

宋曉東(1977—),男,工程師,2000年畢業于西南交通大學,工學學士。