CFG樁施工中管道堵塞原因分析及預防措施

魏曉林

WEI Xiaolin

(中鐵十六局集團第三工程有限公司,浙江 湖州 313000)

1　概　述

CFG樁是近些年來高鐵施工中處理軟弱地基時最常用的一種地基處理形式。CFG樁的學名為水泥粉煤灰碎石樁(Cement Fly-ash Gravelpile) 簡稱CFG樁,利用樁間土的褥墊層和CFG樁基一起構成復合地基受力[1]。它適用于天然地基承載力較低、地質較差而設計要求承載力較高的基礎,在滬昆客專云南段嵩明車站軟基處理施工中大量采用了該項施工技術[1]。

2　工程概況

滬昆客專云南段TJ3標嵩明車站起訖里程為：D2K1120+846.89—D2K1122+300,全長1 453.11m,本管段軟土地基主要地質為：表面為梯田和地,地坡平緩,表層為粉質黏土,厚5～15m,下伏基巖為紫紅色粉砂巖﹑粉細砂巖,結構緊密,巖質堅硬,表層工后沉降不能滿足要求,需加固。主要工程加固措施：采用Φ500 mmCFG樁及0.6 m厚碎石墊層夾二層土工格柵復合地基加固,樁間距1.6m,正方形布置加固深度至基巖持力層下1m,加固寬度至坡腳外2 m。本管段CFG樁總長度約為50萬延米。

2.1　地形地貌

本管段位于云貴高原中心地帶,屬高原湖積平原及高原剝蝕殘丘低山地貌,高程1 860～2 000m,相對高差5～50m,地勢平坦開闊,地表水系發育，但局部地形起伏較大,殘丘與溝槽相間分布,植被不發育,部分地帶生長松樹、灌木、雜草,耕作土。

2.2　水文、地質

沿線地下水主要為孔隙潛水、基巖裂隙水。孔隙潛水主要分布于沿線的河谷兩岸和各小流域溝谷較平緩地帶,以及第四系沖、洪、湖積層中,水量主要受大氣降水補給；基巖裂隙水主要分布在低山區,丘陵區較少。沿線大部分地表水及地下水對混凝土無侵蝕性。區域范圍內地質斷層發育，線路所經區域屬8度、9度地震區。

3　堵管問題原因分析

滬昆客專云南段TJ3標嵩明車站項目采用長螺旋鉆管施工CFG樁,此工藝是由長螺旋鉆機、混凝土泵和強制式混凝土攪拌機(集中廠拌混凝土)、混凝土運輸罐車等組成的完整施工體系,是目前主要應用的CFG成樁模式[2]。

該項目施工中經常碰到的管道堵塞問題,它不僅增加了整體勞動強度,造成混凝土浪費,而且還存在污染環境、影響工期等問題,嚴重降低了施工效率,增加了施工成本,甚至造成爆管、斷樁等一系列的安全質量隱患,于是采用CFG樁施工。現將該技術在工程施工過程中堵管問題原因分析如下:

1)混凝土級配不均勻，拌合料配合比不合理。CFG樁樁體混凝土主要由水泥、碎石、砂、粉煤灰、外加劑加水在拌和站中集中拌制,CFG樁施工中往往采用低標號混凝土,混凝土中的水泥和粉煤灰摻量過少,和易性不佳,容易造成輸送管道堵塞。

2)混凝土拌制質量有缺陷。大量現場實踐證明,混凝土的坍落度過大或過小都容易造成管道堵塞。坍落度太大,混凝土易產生離析,在輸送管內漿液浮到面上,在泵壓的推動下,特別是從高處往低處泵送,漿液先流動,骨料與漿液分離,局部混凝土干硬過快,摩擦力劇增,從而導致管道堵塞；坍落度過小,混凝土在輸送管內流動性差,且混凝土干硬過快,也容易造成管道堵塞[3]。

3)設備缺陷。混凝土的泵送由鉆桿空心管、高強柔性橡膠管、剛性管、通過剛性彎頭連接起來。由于彎頭不夠圓順,曲率半徑過小 ,彎頭角度過大,同時混凝土地泵的型號、性能也是關鍵因素,施工中選用地泵不當或過于老舊,停放的位置不合適也是引起管道堵塞的重要原因

4)現場管理不到位。現場施工中,往往屬于粗放型管理。現場施工人員管理不到位,前期施工準備不足,沒有充分考慮機械停放平臺、鉆機工作面、上下工序銜接及鉆機移位等暫停和間歇時間,混凝土罐車長時間停放在現場等因素,造成混凝土坍落度損失嚴重,特別在陽光照射下水分流失加劇,致使混凝土干縮,局部干硬,和易性差,進而在泵送時極易發生堵管現象。

5)受氣溫過低影響。CFG樁軟基處理主要在室外進行,冬季施工時混凝土輸送管道及彎頭均未做防凍保溫處理,一旦裸露在低溫環境之中,極易在輸送管道及彎頭處出現混凝土泵送時結凍,影響混凝土的質量，同時造成管道堵塞[4]。

4　預防措施

1)混凝土配合比要嚴格控制各種材料的摻入量。嵩明車站實際施工中CFG樁強度等級為C15,粉煤灰摻入量控制在80 kg/m3左右,水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥[4]，碎石采用粒徑為5～31.5mm的堅硬碎石,砂采用中粗砂,粉煤灰采用細度模數不大于25%的Ⅱ級粉煤灰。這樣有利于混凝土的和易性和密實度的控制,又在粉煤灰的摻入下加大了流動性,滿足了泵送的要求,而且也不影響混凝土其它技術性能指標,最主要的是避免了輸送管道堵塞現象[5]。

2)施工中嚴格按照配合比拌制混凝土。坍落度要控制在設計范圍之間,且盡量把混凝土泵(地泵)安放在地勢低洼處,以免鉆機移位、待料引起暫停或間歇時漿液流失,造成管道堵塞[5]。根據輸送距離的遠近和周圍環境溫度的高低,適當調整混凝土坍落度,但嚴格控制水灰比以確保混凝土的各種技術性能；灌注過程中應每車檢查坍落度,注意運輸過程中坍落度的損失,隨時監控混凝土的質量確保混凝土的和易性和坍落度。坍落度的損失速度根據現場試驗檢測得出,并根據檢測結果實時調整,避免因坍落度損失過大造成輸送管道堵塞。

在實際施工中混凝土攪拌時間按90s以上控制,坍落度經過多次調整,最終控制在160～200mm之間。實際施工中發現當坍落度在180mm附近時,泵送效率最大且不易堵管,拌和好的混凝土泵送至儲料斗時,需經過專用過濾柵,確保合格料源進入儲料斗。若混凝土不易泵送,在不影響質量的前提下可適量摻入泵送劑。

3)混凝土泵管彎頭通常要采用弧形,曲率半徑適中,彎頭角度不宜過大,輸送管與鉆桿也不能成90°連接,軟管的彎曲半徑要大于1.5m,通常采用剛性連接[6]。施工結束后要及時清洗管道及彎頭內剩余的混凝土等各種雜物,如果局部清理不及時或漏清理,可以敲打管道外壁,通過振動讓其自行脫落；實在無法清理徹底,可加入適量草酸,通過化學反應手段處理,但應嚴格控制廢棄物不得污染周邊環境。若清理不干凈就會阻礙混凝土潤滑流動,以致再次施工時造成管道堵塞。通常每次施工結束后在混凝土地泵中加入清水來回泵送1遍,最后再放入清潔球,直至把清潔球從儲料斗中泵出鉆桿出口,方算清洗完畢[7]。

施工中地泵型號宜選用HBT-60及以上,設備各項性能完好,在條件許可下地泵盡量停放在地勢低洼處,讓混凝土由下而上泵送,避免暫停時漿液流失。施工過程中需經常檢測設備的各項性能指標,根據設備磨損情況及時更換零配件及泵管,避免管道堵塞及爆管現象的發生。

4)實行精細化施工管理,管理制度落實到位。將責任具體化、責任到人,分工明確化,以制度管人,獎懲結合。現場管理人員要有責任心,業務能力扎實,同時嚴加管控,加強各個工序銜接與協調,充分考慮各種不利因素,提前做好準備工作,確保混凝土到現場能及時灌注。

5)冬季施工時,混凝土輸送管道及彎頭需做防凍保溫處理，比如加熱水拌制混凝土,進而提高混凝土的入模溫度。通常是在拌和站廠房中直接用明火加熱儲水箱,同時水溫不宜過高,一旦水溫超過60℃,攪拌混凝土時,會加快混凝土的化學反應,使所拌制出的混凝土出現早凝現象,所以在采用熱水拌制混凝土時要嚴格控制水溫。同時盡量縮短混凝土的運輸和在現場等待時間,及時澆筑,避免管道堵塞[8]。

5　結　語

通過嵩明車站50多萬延米CFG樁的施工,在CFG樁施工中遇到的各種管道堵塞問題的分類分析,綜合考慮,總結出了對應的解決方案及預防處理措施。從而為加快后期的施工進度,保證施工質量,杜絕安全隱患,做好了鋪墊,同時為今后大規模開展此類施工提供了可靠的技術依據和參考。