CFG樁+袋裝砂井施工技術(shù)的應(yīng)用及質(zhì)量控制分析
——以揭惠高速公路第A2標(biāo)段為例

辛 星

（中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

揭惠高速公路第A2 標(biāo)段位于廣東省揭陽市和惠州市交界處，地質(zhì)條件復(fù)雜，存在軟土、液化土等不良地質(zhì)[1-2]。該路段抗剪強(qiáng)度較低、含水量較高以及土體強(qiáng)度較低，導(dǎo)致路基穩(wěn)定性較差，并且極易發(fā)生不均勻沉降，嚴(yán)重影響高速公路的使用壽命以及運(yùn)營安全[3]。因此，如何確保高速公路的穩(wěn)定性和安全性成為了亟待解決的問題。CFG 樁+袋裝砂井施工技術(shù)作為一種新型的地基處理方法，在解決軟土地基問題方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。CFG 樁是指水泥粉煤灰碎石樁，是一種由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機(jī)械制成的可變強(qiáng)度樁。袋裝砂井是一種塑料排水帶，用于垂直向下的地基土中設(shè)置作為排水通道，以改善土的滲透性[4]。本文將結(jié)合揭惠高速公路第A2 標(biāo)段的實(shí)際情況，對(duì)CFG樁+袋裝砂井施工技術(shù)的應(yīng)用及質(zhì)量控制進(jìn)行深入分析，以期為相關(guān)工程提供參考。

1 工程概況

揭惠高速公路第A2 標(biāo)段工程起止里程為K18+500～K33+244.5，線路全長14.745km，設(shè)計(jì)速度100km/h，為雙向四車道，公路的最大縱坡為4.0%，最短坡長為250m，路基寬度為26m，采用分離式路基2m×13m 設(shè)計(jì)。該工程起點(diǎn)位于廣東省東部的榕江沖積平原區(qū)內(nèi)，大部分地段地勢(shì)比較平坦，中間為大南山、龍?zhí)渡铰∑鹕降兀现饾u為丘陵地帶，最南端變?yōu)闉I海沖積平原；具有中間高、兩端低的特點(diǎn)。工程共有路基工程15 段，總長度約8.344km，其中挖方路基7 段，共計(jì)長度約412m，最大挖方高度10.499m，其余均為填方路基，最大填方高度9.745m。

對(duì)該施工環(huán)境進(jìn)行地質(zhì)勘測后，確定該區(qū)域?qū)儆诘湫偷能浲恋鼗饕獮轲べ|(zhì)土、粉質(zhì)土以及砂土組成，穩(wěn)定性較差；并且線路多出橫切或沿山間河谷分布。因此，結(jié)合該工程設(shè)計(jì)方案以及施工需求，確定采用CFG樁+袋裝砂井施工技術(shù)進(jìn)行該軟土路基的施工。

2 CFG樁+袋裝砂井施工技術(shù)

2.1 施工設(shè)備選擇

在進(jìn)行高速公路路基軟基施工時(shí)，需先確定施工設(shè)備，該工程結(jié)合施工場地情況以及施工需求，進(jìn)行施工設(shè)備選擇，設(shè)備詳情如表1所示。

表1 施工設(shè)備詳情

2.2 袋裝砂井施工流程

袋裝砂井施工是CFG 樁+袋裝砂井施工技術(shù)的基礎(chǔ)，其主要作用是實(shí)現(xiàn)軟土路基的沉降固結(jié)，袋裝砂井施工流程如圖1所示。

圖1 袋裝砂井施工流程

袋裝砂井施工需在完成砂墊層鋪設(shè)后進(jìn)行，通過袋裝砂形成砂井后，采用加載預(yù)壓的方式對(duì)地基進(jìn)行處理，以此快速、有效排出地基中的水分，實(shí)現(xiàn)軟土路基的沉降固結(jié)處理[5]，可提升路基的穩(wěn)定性。

2.3 CFG樁施工工藝流程

完成袋裝砂井施工后，采用振動(dòng)沉管法進(jìn)行CFG樁施工，施工工藝流程如圖2所示。

圖2 CFG樁施工流程

（1）測量放線。在進(jìn)行CFG樁施工前，以設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)，采用全站儀確定所有鉆樁體施工位置并進(jìn)行標(biāo)記和編碼，記錄該處樁體長度。

（2）鉆機(jī)就位。按照標(biāo)記的樁身位置，采用振動(dòng)沉管灌注成樁工藝進(jìn)行CFG 樁施工，該工藝具有更好的施工精度[6]，施工時(shí)可對(duì)鉆機(jī)塔身的垂直度進(jìn)行校正，使其滿足施工精度標(biāo)準(zhǔn)。

（3）鉆進(jìn)。鉆孔施工前，需以設(shè)計(jì)的標(biāo)高為依據(jù)，標(biāo)記鉆機(jī)塔身，將其作為施工過程中樁長的控制標(biāo)準(zhǔn)；開始鉆進(jìn)后，鉆頭閥門需處于關(guān)閉狀態(tài)，移動(dòng)鉆桿至地面時(shí)，啟動(dòng)馬達(dá)；在鉆進(jìn)時(shí)，結(jié)合鉆桿的狀態(tài)調(diào)整鉆速。當(dāng)鉆進(jìn)深度達(dá)到樁長設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)[7]。

（4）投送混合料。鉆進(jìn)完成后進(jìn)行混合料投送，CFG 樁樁體混合料由水泥、卵石（或碎石）、砂、粉煤灰（必要時(shí)加適量泵送劑）加水拌制而成，混合料中的所有原材料在使用前均經(jīng)過性能檢測，確定其滿足施工標(biāo)準(zhǔn)。制備完成的混合料同樣需進(jìn)行性能檢測，要求混合料的坍落度在70～100mm范圍內(nèi)。

進(jìn)行混合料制備時(shí)需精準(zhǔn)計(jì)算所需用量，避免材料浪費(fèi)，造成經(jīng)濟(jì)損失；混合料制備完成后，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，采用泵送方式進(jìn)行樁體澆筑施工。

（5）拔管。鉆桿芯被混合料填滿后進(jìn)行拔管處理，拔出過程中，需保證鉆桿處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)才可進(jìn)行拔管，并且拔管速度需嚴(yán)格控制在0.8m/min 標(biāo)準(zhǔn)下，并保證拔管的連續(xù)性。

（6）鉆機(jī)移位。完成一個(gè)樁位的施工后，按照施工順序?qū)@機(jī)移動(dòng)至下一個(gè)施工位置，并依據(jù)周圍樁位置對(duì)施工的樁位進(jìn)行校核，保證樁位施工的精準(zhǔn)性。

（7）截樁及接樁。CFG 樁施工完成后，待其終凝后對(duì)施工殘?jiān)M(jìn)行清理，清理過程中，不可碰觸樁身，以免造成樁身損壞；同時(shí)要避免樁間土造成擾動(dòng)影響未完成施工的樁位。殘?jiān)謇硗瓿珊螅瑢?duì)樁頂?shù)耐翆舆M(jìn)行人工開挖，開挖時(shí)需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行，開挖深度不可超過允許標(biāo)準(zhǔn)。開挖后，將超過標(biāo)高以上的樁頭采用截樁機(jī)進(jìn)行截?cái)嗲謇恚顾袠俄敇?biāo)高一致。

（8）托板施工。CFG 樁施工時(shí)，為提升樁體的受力面積、使樁體最大程度利用自身的豎向承載力，將大小為100cm×100cm×35cm的托板安裝在樁頂位置，同時(shí)將大小為φ12@10×10 鋼筋網(wǎng)安裝在托板側(cè)面。完成上述施工后再進(jìn)行托板現(xiàn)澆施工，該施工需保證頂面平整，不可存在凹凸不平或者斜坡現(xiàn)象。

3 施工質(zhì)量控制

3.1 樁點(diǎn)定位控制

CFG 樁施工時(shí)，樁點(diǎn)定位尤為重要，一旦樁點(diǎn)位置偏差較大，需對(duì)鉆桿頂部的定位天線和鉆桿中心進(jìn)行調(diào)整，對(duì)定位樁點(diǎn)進(jìn)行校核，控制點(diǎn)之間的距離在1.5m左右，保證定位精度在±0.0001mm之間。

3.2 垂直度控制

樁體施工時(shí)，鉆機(jī)垂直度采用傾角傳感器進(jìn)行采集，數(shù)值呈現(xiàn)在操作終端上，施工人員根據(jù)顯示的數(shù)值進(jìn)行鉆機(jī)垂直度調(diào)整，以保證施工結(jié)果滿足垂直度需求。控制標(biāo)準(zhǔn)為：垂直度偏差需＜1%，樁位偏差＜5cm。

3.3 鉆進(jìn)速率和深度控制

由于該路基屬于軟土路基，在鉆進(jìn)過程中需控制鉆進(jìn)速率和鉆進(jìn)深度，以降低鉆進(jìn)施工對(duì)土層的擾動(dòng)。在鉆進(jìn)過程中，需結(jié)合各個(gè)土層情況進(jìn)行鉆進(jìn)速率的設(shè)定以及鉆進(jìn)深度確定。

3.4 路基攤鋪密度控制

路基攤鋪密度控制以保證路基的施工效果，如果路基攤鋪密度用ρ表示，其計(jì)算公式為：

式中：M——碾壓層質(zhì)量；

A——碾壓面積；

h——攤鋪厚度。

依據(jù)上述內(nèi)容進(jìn)行高速公路軟土路基施工質(zhì)量控制，保證路基施工質(zhì)量。

4 施工前后的路基性能對(duì)比分析

為分析CFG 樁+袋裝砂井施工技術(shù)對(duì)于軟土路基的施工效果，以路基在施工前后的淤泥質(zhì)黏土和粉土的物理性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，如表2所示。

表2 施工前后土層性能對(duì)比

由表2 分析可知：通過對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行控制后，軟土路基不同土層的物理性能均發(fā)生不同程度提升，其中淤泥質(zhì)黏土的壓縮系數(shù)明顯降低，并且含水量減少。因此，該工程對(duì)CFG樁+袋裝砂井施工技術(shù)的應(yīng)用效果良好，能夠有效提升軟土路基的物理性能。

為進(jìn)一步分析軟土路基的施工效果以及質(zhì)量控制水平，主要以路基沉降和單樁承載力作為衡量指標(biāo)，其計(jì)算公式為：

式中：Sd——初始沉降；

Se——固結(jié)沉降；

Sz——次固結(jié)沉降；

S——總沉降；

Fa——擔(dān)樁承載力；

up——樁周長；

n——土層數(shù)量；

qsi、qp——均表示特征值，前者對(duì)應(yīng)第i層土側(cè)阻力，后者對(duì)應(yīng)樁端阻力；

li——狀體穿越的土層厚度；

Ap——樁截面積。

隨機(jī)選擇10個(gè)路基位置以及10個(gè)單樁，獲取路基沉降以及單樁承載力結(jié)果，并將計(jì)算結(jié)果和《軟土路基沉降控制》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，分析結(jié)果見表3。

表3 施工前后路基性能對(duì)比

依據(jù)表3 分析可知：進(jìn)行軟土路基施工質(zhì)量控制前，不同路基位置的沉降較大，沉降值在7.6～18.7mm范圍內(nèi)，部分沉降值超過允許標(biāo)準(zhǔn)；并且單樁承載力在66.7～102.5kPa 之間。采用CFG 樁+袋裝砂井施工技術(shù)進(jìn)行軟土路基施工后，不同路基位置的沉降結(jié)果均在允許范圍內(nèi)，即均低于15mm，其中最大沉降僅為9.6mm；此外，單樁承載力在103.3～138.4kPa 之間，較施工前提升較大。由此可見，軟土路基施工質(zhì)量控制效果良好，可有效控制路基沉降。

5 結(jié)束語

為提升軟土路基的穩(wěn)定性，保證高速公路的承載力，在揭惠高速公路第A2標(biāo)段工程中采用了CFG樁+袋裝砂井、袋裝砂井+堆載預(yù)壓、預(yù)應(yīng)力管樁、高壓旋噴樁相結(jié)合的方式進(jìn)行該工程軟土路基的施工。本文以CFG 樁+袋裝砂井施工技術(shù)為代表，介紹施工設(shè)備的選擇，詳細(xì)施工流程的制定，按照施工流程進(jìn)行軟基施工，同時(shí)進(jìn)行施工質(zhì)量控制。通過計(jì)算分析得出：該施工技術(shù)具有較好的應(yīng)用效果，質(zhì)量控制效果較好，可提升路基穩(wěn)定性，降低路基沉降，保證高速公路的承載力。