高速鐵路軟土地基處理工程中CFG樁的應(yīng)用研究

王寶明

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，黑龍江哈爾濱 150000）

1 工程概況

某新建鐵路HJZQ-4標(biāo)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為鐵路等級Ⅰ級，正線數(shù)目雙線，速度目標(biāo)值為200 km/h。根據(jù)地質(zhì)勘察報告反饋，地鐵沿線地形地貌多為沖洪積平原與低山丘陵區(qū)，且本管段內(nèi)多林區(qū)，地質(zhì)情況復(fù)雜，分布粉質(zhì)黏土、砂礫和花崗巖，構(gòu)造運動活躍，易受多期構(gòu)造運動影響。

2 CFG樁施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程

3 CFG樁工藝性試樁

3.1 工藝性試樁

按照項目規(guī)劃與設(shè)計，在DK1109+570.89～DK1109+620段開展工藝性試樁試驗，樁號16-14（6 m）、17-14（4 m）、10-12（6 m）。CFG樁樁體強(qiáng)度為C15，采用江蘇鶴林水泥（P.032.5）、贛江砂、船山碎石（5～31.5 mm）、粉煤灰（江蘇博特）、減水劑（江蘇博特）制備混凝土。充分考慮試樁位實際情況與CFG樁施工特點，確定采用長螺旋鉆孔管內(nèi)泵送混合料灌注成樁施工工藝。

3.2 工藝性試樁結(jié)論

（1）使用250 kW發(fā)電機(jī)與混凝土罐車輔助完成CFG樁施工。

（2）比較地質(zhì)勘察報告與長螺旋鉆機(jī)鉆進(jìn)帶出土質(zhì)，確定兩者相吻合，CFG樁試樁工作未遭遇突發(fā)情況[1]。

（3）由項目工程試驗室開展配比試驗，確定最佳混合料配比方案，原料配比為水泥（1）∶砂（4.76）∶水（0.799）∶粉煤灰（0.429）∶外加劑（0.012 9），控制拌和制備時間為90～120 s，確保各類原料被充分?jǐn)嚢瑁旌狭铣闪暇鶆颍|(zhì)量達(dá)標(biāo)[2]。

（4）為了保證成樁質(zhì)量與成樁效果，開展混合料坍落度試驗，混合料坍落度為160～200 mm，盡可能使坍落度接近上限，確保CFG樁強(qiáng)度與可變性滿足施工要求。

（5）泵送完混合料且鉆桿芯管充滿混合料后應(yīng)及時拔管，根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況調(diào)整控制拔管速度，速度一般為2.5 m/min。

（6）試樁試驗包括3根CFG樁，2根長度為6 m，1根長度為4 m，試樁總長度為16.3 m（含超灌0.3 m）。在施工中，共使用3.42 m3混合料，螺旋鉆管內(nèi)泵送混凝土施工工藝成樁效果理想，能夠滿足CFG樁孔徑、樁長方面的要求。

3.3 長螺旋鉆管內(nèi)泵壓混合料施工工藝

（1）放線。

施工配合使用全站儀控制定位中心線，依據(jù)設(shè)計圖紙中的樁位布置圖紙確定樁位位置，采用竹簽在樁點位置進(jìn)行控制，控制樁體偏差，保持樁位偏差小于5 cm。

（2）鉆機(jī)就位。

長螺旋樁鉆機(jī)就位后，調(diào)整鉆機(jī)塔身導(dǎo)桿，確保鉆頭與CFG樁位垂直，控制二者垂直偏差，二者不得超過1%，校正位置，固定鉆機(jī)垂直度[3]。

（3）鉆進(jìn)成孔。

正式鉆進(jìn)施工前，施工人員應(yīng)對樁位進(jìn)行復(fù)核，確定無誤后勻速鉆進(jìn)長螺旋鉆機(jī)。鉆機(jī)觸及地面后開啟鉆頭閥門，采用先慢后快的方式實施鉆孔，規(guī)范鉆進(jìn)，加強(qiáng)對鉆機(jī)鉆桿的控制，防止鉆桿搖晃，密切關(guān)注鉆孔偏差。遭遇鉆桿不穩(wěn)或卡鉆現(xiàn)象時，及時調(diào)整鉆孔進(jìn)尺，以免影響成孔效果或損壞鉆具。操作人員應(yīng)以地面標(biāo)高及樁底設(shè)計標(biāo)高之差作為參考標(biāo)準(zhǔn)，鉆孔深度達(dá)到樁長設(shè)計時在鉆機(jī)上做好標(biāo)記，實現(xiàn)對CFG樁樁長的有效控制。

（4）灌注及拔管。

CFG樁達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后終止鉆進(jìn)作業(yè)，開始灌注作業(yè)，將制備的混合料泵送至鉆桿芯，確保鉆桿芯充滿混合料再進(jìn)行拔管處理，嚴(yán)格按照拔管處理的要求進(jìn)行作業(yè)，根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況拔管速度，拔管速度控制為2～3m/min。保證灌注成樁作業(yè)連續(xù)不中斷，檢查后臺供料，防止出現(xiàn)供料不足而停機(jī)待料情況。采用濕黏土作為封頂材料，加強(qiáng)樁身養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間超過24 h，保證CFG樁成樁效果。

（5）移機(jī)。

連續(xù)進(jìn)行CFG樁的施工作業(yè)，施工過程中會產(chǎn)生大量的土，產(chǎn)生的土體會覆蓋附近的樁位，使其產(chǎn)生移位現(xiàn)象。完成上一根樁施工時，操作人員應(yīng)對下一根施工樁位進(jìn)行復(fù)核檢查，保證樁位與設(shè)計圖紙樁位相對應(yīng)。

3.4 施工控制要點

（1）鉆速。

加強(qiáng)對長螺旋鉆機(jī)鉆進(jìn)施工的控制，避免產(chǎn)生螺旋孔或產(chǎn)生過大的鉆孔偏差。

（2）樁長和垂直度。

嚴(yán)格按照CFG樁成樁施工規(guī)范開展作業(yè)，控制鉆桿與鉆孔垂直度，以地面標(biāo)高及樁底設(shè)計標(biāo)高之差作為參考標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)對CFG樁樁長的有效控制。

（3）混合料攪拌。

嚴(yán)格按照試驗室確定的科學(xué)配比方案進(jìn)行配比，保證各類原理計量合理，開展坍落度試驗，確保混合料質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

（4）拔管和灌注。

提管后不可泵送混合料，可以對樁頂進(jìn)行搗鼓，提高樁頂混合料密度，改善樁身強(qiáng)度。

（5）樁間土開挖。

采用小型挖掘機(jī)完成樁間土的開挖作業(yè)，在施工現(xiàn)場安排專員進(jìn)行指揮，及時將鉆孔作業(yè)產(chǎn)生的渣土外運到原設(shè)計場所，保持施工現(xiàn)場的通暢與協(xié)調(diào)。

（6）鑿除樁頭。

CFG樁達(dá)到一定強(qiáng)度（約7 d）后，清理多余的混凝土，鑿除預(yù)留樁頭。采用人工截樁的方式清理樁頭，先采用水準(zhǔn)儀測量每根CFG樁的樁頂標(biāo)高，用3根間隔為120°鋼釬沿徑楔入CFG樁完成截樁，樁頂用小釬修平至滿足設(shè)計標(biāo)高[3]。

4 施工注意事項

4.1 堵管

（1）混合料配合比不合理。

最直接原因為配置混合料的細(xì)骨料與粉煤灰數(shù)量不夠，影響混合料的整體性能。應(yīng)開展配比試驗，確定最佳的配比方案，確保混合料的坍落度符合項目要求。

（2）混合料攪拌存在質(zhì)量問題。

拌制好的混合料通過剛性管、高強(qiáng)柔性管及彎頭泵送至鉆桿芯內(nèi)，存在質(zhì)量缺陷的混合料經(jīng)過管線時容易出現(xiàn)泌水、離析問題。應(yīng)注重質(zhì)量缺陷的控制，確保混合料坍落度接近最優(yōu)范圍上限，避免出現(xiàn)坍落度過大或過小現(xiàn)象。

（3）冬期施工防護(hù)措施不當(dāng)。

冬季開展CFG施工過程中，輸送管與彎頭易凍住，產(chǎn)生堵管現(xiàn)象。冬季施工時，施工人員應(yīng)加強(qiáng)對輸送管與彎頭的防凍處理，添加≤60 ℃的溫水提高混合料出口溫度，保證混合料泵送作業(yè)正常進(jìn)行。

4.2 竄孔

存在飽和粉土、粉細(xì)砂層；鉆機(jī)施工產(chǎn)生了葉片剪切作用，對土體產(chǎn)生干擾，使土體出現(xiàn)液化現(xiàn)象。應(yīng)根據(jù)實際的地質(zhì)情況調(diào)整CFG樁施工方案，調(diào)整樁距或采用隔樁和隔排跳打的施工方式，加強(qiáng)對鉆機(jī)鉆進(jìn)速度的控制，加快鉆進(jìn)，減輕剪切作用的積累，預(yù)防竄孔現(xiàn)象。

4.3 樁頭空芯

產(chǎn)生樁頭空心的最根本原因是排氣閥出現(xiàn)故障。在正常情況下，鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔時，輸送管中充滿空氣，輸送混合料時，排氣閥正常開始作業(yè)，將空氣排出。如果排氣閥出現(xiàn)故障，輸送管中的空氣無法順利排出，會形成樁頭空心現(xiàn)象。應(yīng)做好排氣閥的監(jiān)測，確保排氣閥正常工作，若排氣閥出現(xiàn)堵塞故障，施工人員應(yīng)及時進(jìn)行清理，以免影響CFG樁成樁質(zhì)量。

4.4 樁端不飽滿

產(chǎn)生樁端不飽滿的最直接原因是施工中操作存在問題，提管后泵送使鉆頭上的余土或地下水滲透到樁孔，導(dǎo)致CFG樁身出現(xiàn)夾泥、疏松及斷樁等缺陷。應(yīng)嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行作業(yè)，使提鉆與泵送原料符合施工要求。

4.5 斷樁現(xiàn)象分析及控制措施

（1）淺斷樁一般出現(xiàn)在距離樁頂下部0.8～1.5 m位置，原因主要為操作人員在操作中未認(rèn)真將樁間土清理干凈，作業(yè)時未有效管理樁頭。針對淺斷樁問題，可以用人工鏟除法替代機(jī)械進(jìn)行鏟除作業(yè)。

（2）深度斷樁狀況主要與成樁施工過程中的鉆桿增速過快有關(guān)，致使樁坑壁出現(xiàn)坍塌問題。地基處于地質(zhì)相對弱的前提下進(jìn)行作業(yè)時，需要高效、科學(xué)地管理拔管的速度，不可提升拔管速度，不可實行停泵送料作業(yè)。

4.6 樁身縮徑分析及控制措施研究

長時間打孔作業(yè)中，鉆頭耗損較大且未及時更換鉆頭會導(dǎo)致施工的精確度出現(xiàn)誤差，產(chǎn)生樁身徑減小的問題。在工程作業(yè)過程中，需要將鉆頭是否存在安全質(zhì)量問題及直徑是否有偏差等關(guān)鍵因素作為主要目標(biāo)進(jìn)行審查，保證鉆頭的耗損程度達(dá)到施工時的基本標(biāo)準(zhǔn)。

混凝土素材被坑壁按壓后，增加拔管速度會造成相對嚴(yán)重的樁身徑減小狀況。在整體的施工進(jìn)程中，需要科學(xué)管理混合材料的運輸量和罐車泵送數(shù)量，拔管速度需按照當(dāng)前機(jī)器運行狀況及時進(jìn)行調(diào)節(jié)；認(rèn)真管理每樁的投料數(shù)量，確保投料數(shù)量和計劃灌注數(shù)量相同。

5 結(jié)語

在高速鐵路軟土地基處理項目中應(yīng)用CFG樁進(jìn)行地基加固，工藝復(fù)雜且種類繁多，對相關(guān)的施工設(shè)備的操作精度要求較為嚴(yán)格，應(yīng)加強(qiáng)對各個施工環(huán)節(jié)的管理與控制，統(tǒng)籌各項資源，充分發(fā)揮CFG樁加固效果，為高速鐵路建設(shè)解決軟土地基處理難題。