CFG樁復合地基在軟基河閘工程中的運用

李 波

(阜陽市水利機械工程有限責任公司，安徽 阜陽 236000)

1 研究背景

CFG樁又稱為水泥粉煤灰碎石樁，主要由碎石、粉煤灰、石屑、砂、水泥拌和形成。CFG樁是一種低強度混凝土樁，能夠充分利用樁間土承載力的共同作用，將上部荷載通過CFG樁傳遞到深層地基中，具有較明顯的技術性能和經濟效果。CFG樁的制作對設備選型、原料配合比、投料控制、沉管等工序要求非常嚴格。若采用不合格的CFG樁施工，將直接影響整個復合地基荷載效果，所以嚴格控制CFG樁制作工序，按照CFG樁規范要求進行施工和監測，保證軟基加固施工復合工程符合設計要求。在水工建筑物垂直荷載作用下，CFG樁和復合地基能夠承受較大荷載，提高軟土地基的強度，保證工程結構穩定。

2 工程實例

某地需新建一處河閘，此河閘屬于續建配套與節水改造工程，河閘建立的主要目的是調配東溪和西溪水量分配，同時兼顧通航。河閘的主要建筑物閘室和閘首建筑物等級均為3級，次等建筑物導航和靠船建筑物等級均為4級，河閘工程整體為Ⅱ等大(2)類工程。河閘總長53.4km，頂部高程為9.50m，導流設計標準P=10%，導流時間段為全年，截流為10年一遇3月份西溪的水位。河閘施工總平面布置圖如圖1所示。

圖1 河閘施工總平面布置圖

2.1 工程地質特點

對工程施工位置進行地質勘測，勘測結果顯示，該水閘建基面位于陸相沖積層第(2- 2)泥質中粗砂層，約5.2m厚，中粗砂層擴展范圍較為廣泛，透水性較強，土層無黏性，屬于流土破壞型土層。另外河閘施工場區基礎下還存在全新世海相堆積層(3)淤泥軟土，屬于欠固結軟土中的第Ⅲ類，在地層中最小厚度為10.21m，最大厚度達到22.8m，此淤泥軟土具有較大的壓縮性，呈現出流-軟塑狀，承載力和抗剪強度非常低，承載力特征值(fak)在55～65kPa之間，所以在此地基上施工極易出現不均勻沉降變形。綜合地質勘探結果，此地基施工條件非常差，如不采取地基加固措施基本無法施工。工程技術人員綜合分析后確定河閘地基利用CFG樁處理形成復合地基，增加軟土地基的承載能力。

2.2 CFG樁復合地基設計要求

(1)采用CFG樁形成復合地基，樁端需穿過(3)層進入(4- 1)黏土層，該黏土層厚度在16.19～28.04m范圍內，屬于軟-可塑狀壓縮性土，具有較高承載力，承載力特征值(fak)在150～200kPa之間。

(2)CFG樁主要應用于河閘閘首、閘室等主體結構的軟土地基處理，要求CFG樁形成的復合地基承載力特征值(fak)≥240kPa。

(3)根據地質勘測結果，并結合河閘地質特點，確定CFG樁布置方式采用正方形，樁端進入(4- 1)黏土層至少1.5m。CFG樁樁徑為0.5m，東溪、西溪閘首CFG樁樁端高程分別為27.00、25.00m，導航墩CFG樁樁端高程為26.20m。

(4)CFG樁形成復合地基閘首、閘室、引航段承載力標準值分別為295、210、210kPa。CFG樁復合地基施工時沉降量要小于89mm。

(5)河閘CFG樁復合地基工程量見表1。

表1 河閘CFG樁復合地基工程量

(6)樁頂和基礎之間放置的褥墊層如圖2所示。

圖2 樁頂和基礎之間放置的褥墊層(單位：mm)

3 CFG樁復合地基施工

本工程存在施工面積大、特殊施工地質、工程量較大、工程布置較難、工期時間短等難點，所以要想在保證工程質量的基礎上如期完工，控制CFG樁復合地基的施工質量是其關鍵所在。

3.1 施工流程

CFG樁原材料進場→原材料檢驗→配合比確定→計量投料→拌合料攪拌→塌落度試驗→試塊制作→檢驗。地表處理→樁位檢測放樣→樁機就位→鉆桿垂直度檢查、調整→鉆孔至設計標高→鉆桿內填滿混合料→邊提鉆桿邊泵壓灌注混合料→清土→移機至下一樁位→樁間土開挖→樁頭處理→樁體完整性檢查→樁體承載力抽檢→CFG樁驗收。

3.2 性能試驗

3.2.1室內試驗

經室內試驗應確定以下重要數據的參數并保證其精確度在工程要求范圍內：混合料重度、抗拉強度、泊松度、無側限抗壓強度、單性模量、初凝時間、終凝時間、塌落度等試驗數據。為保證CFG樁的施工質量，需提前開展室內試驗，以施工區最軟弱地基土層作為試樣，確定CFG樁原料碎石、粉煤灰、石屑、砂、水泥及添加劑的配合比。CFG樁原料水泥按照工程質量要求采用425#普通硅酸鹽水泥，最小水泥用量要大于300kg/m，按照室內試驗結果確定CFG樁混合料的配合比。CFG樁混合料的塌落度要控制在5cm以內，最大水灰比要小于等于0.45，試塊采用標準養護方式，28d后抗壓強度(f)≥20kPa。

3.2.2CFG樁試驗

在工程施工前，需要結合軟土地基情況、施工設備、樁間距離開展試驗樁施工，從而確定相關技術參數及成孔條件，指導具體施工方案，為工程施工提供理論基礎。

開展CFG樁試驗前應對施工地基進行復驗，試驗過程中詳細記錄試驗數據，試驗后提交試驗報告。試驗時要記錄的試驗數據主要包括：確定適宜工程地基施工的相關儀器設備及參數、成孔沉管控制速度、沉管激振電流控制值、加料施工后沉管原地留振時間控制值及拔管速度控制值、CFG樁樁距等。

3.3 施工技術要求

(1)開始施工前，先對施工地區地質條件進行復勘，按照施工平面圖進行樁位放樣，并對水準點、樁位、軸線進行復測。

(2)地基開挖方式采用人工和機械聯合的方式，預留人工開挖厚度應根據施工現場情況確定，以保證施工安全，且地基土體擾動較小。

(3)根據施工區軟土地基性質CFG樁采用機械振動錘擊沉管工藝進行施工，施工前將場拌混凝土運輸至施工現場，開展吊混凝土灌裝。相關機械振動錘擊沉管設備在入場前應核對設備重量、沉管內壁直徑、設備性能，符合工程設計要求才能夠進場。開始施工后，對已施工完成的CFG樁要進行防護，樁基施工方式采用隔樁跳打，從施工中心向外部進行。施工時若遇到較硬夾層，采用鉆機預引孔保證施工質量。

(4)工程褥墊層鋪設方法采用靜力壓實法，若測得基礎底面含水量較小，也可采用動力夯實法。

(5)由于振動式沉管設備無進尺標記，所以相關人員應做好沉管記錄，沉管施工時要保證樁機穩定性，避免施工錯位，另外施工時還應注意沉管下降速度，分析施工時有無擠偏現象，沉管施工達到設計深度后可停止沉管。

(6)樁孔施工完成后，利用料斗實施空中投料，投料時要保證鋼管料口和混合料面保持平齊，施工時如上料量不夠，在拔管時要補充投料，以保證CFG樁達到設計標高。

(7)在成樁過程中，需要抽樣制作混凝土試塊，試塊為邊長150mm的立方體，一組3塊，進行標準養護28d，測量抗壓強度。

(8)CFG樁成樁后其樁頂標高應高出設計標高至少0.5m。在褥墊層施工時，再將高出樁頂鑿除。待樁體達到一定強度后，再進行樁頭開槽處理。拔管應勻速控制，速度應保持在1.2～1.5m/min，如施工地基為淤泥質土，拔管速度應適當減慢至0.6～0.8m/min，拔管施工時不能進行留振、反插操作。

(9)樁頭處理后，開始鋪設褥墊層，褥墊層主要成分是未風化、粒徑在8～20mm之間的碎石。褥墊層鋪設完成后使用20t靜力碾壓設備碾壓，應至少碾壓10遍以上。另外褥墊層寬度要比基礎寬度大，且寬出部分要低于褥墊層厚度。

(10)施工過程中要有專業監工人員，對施工情況進行記錄，施工過程中如出現意外情況應及時處理。

(11)CFG樁復合地基檢測要在施工后的28d開展，主要檢測內容包括單樁復合地基荷載試驗、復合地基承載力檢測等。

4 施工技術問題

(1)打樁操作時要隨時觀察地面有無隆起現象，打樁操作新出現的地面隆起主要與斷樁有直接關系。在打新樁位時，需要測量已經打好但未結硬樁頂部的位移，從而確定樁徑具體縮小量。另外還要測量已結硬的樁頂部的位移，確定是否出現斷樁現象。

(2)沉管達到工程設計深度后，要立即往樁芯內填灌混合料，這兩個工序之間的間隔時間一定要短，但是填料前必須檢查沉管有無吞進到樁尖，如有異常情況應及時處理。

(3)拔管操作時應避免反插，在具體施工時樁管垂直度會存在一定偏差，如出現反插現象，則會導致樁體混合料和土體混合，改變CFG樁性能，降低樁身性能，因此施工時應切忌拔管反插。

(4)在拔出沉管前，若樁身混合料填筑面高于設計標高0.5m以上，需要采用振搗器振實。另外當填料不足需要填補時，需要提前清理掉樁頂位置懸浮土質，必要時要利用鋼膜插入孔內，然后清理干凈懸浮土質。

(5)為了避免樁頂部存在較多浮漿，混合料塌落度應控制在30～50cm。混合料配比應按照事先確定的比例嚴格配置，另外要保證碎石、中砂所含雜質小于5%。混合料每次要攪拌均勻，攪拌時間要充足。

(6)保護樁長是指在成樁時需對加長的CFG樁進行預先設定，同時在基礎施工時將其剔除。在實際施工時保護樁越長，樁體施工時越容易控制施工質量，但施工成本相對增加。樁頂標高設計時距地面應小于1.5m，這時保護樁長度為50～60cm，上部封頂直接用土進行。

5 結語

本河閘建基面位于陸相沖積層第(2- 2)泥質中粗砂層，厚度較大，中粗砂層擴展范圍較為廣泛，透水性較強，土層無黏性，屬于流土破壞型土層。采用CFG樁復合地基技術處理后，顯著提高了河閘建筑物的穩定性，有效降低了河閘建筑物的工后沉降，提高了地基整體承載力。但在具體施工中，CFG成樁施工工藝通常對復合地基實際質量產生較大影響，需要提前了解施工區域的具體地質條件，合理、科學地確定具體施工計劃，并做好質量監測，以應對施工時突發情況。