CFG樁在高速公路軟土地基處理中的應用實踐

郝孟楠 沈佳陽 吳愷

（浙江交工集團股份有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

高速公路建設過程中經(jīng)常會遇到軟土地基。由于軟土地基往往存在著黏性大、穩(wěn)定性不高、且滲透性差等問題，對其實施處理，不僅要解決地基結(jié)構(gòu)的強度和承載力，更要保證在較長年限內(nèi)受地質(zhì)、氣象等自然環(huán)境變化影響下依然能保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。目前，軟土地基常采用CFG 樁施工法和碎石樁法。實踐中，往往需要對處理方法進行正確選擇。本文主要介紹CFG樁在高速公路軟土地基處理中的應用實踐經(jīng)驗。

1 工程概況

某西部高速公路工程線路全長26.996km，其中，涉及軟土地基共計3 處，總長度達到1.399km。路基填土高度在3m、5m 不等。項目樁基數(shù)量超過5000 根，樁徑35cm，樁長12m±3m，間隔1.8m，并需靠近3個集鎮(zhèn)。

高速公路軟土地基特點：部分為淤泥質(zhì)黏土，呈現(xiàn)軟塑性狀，流動性一般，抗剪能力低；部分為砂質(zhì)粉土，呈現(xiàn)散落性狀，流動性大，保水能力弱。工程勘察資料中，對2種軟土的物理力學性能進行了介紹（見表1）。

表1 主要土層的物理力學性質(zhì)指標

2 樁施工技術(shù)比選

樁施工技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)的換填技術(shù)，其使用范圍廣，在固結(jié)能力弱、土質(zhì)松散或黏性大的土質(zhì)環(huán)境中均可有效應用，并保證在較長地質(zhì)年限內(nèi)地基穩(wěn)固。

該工程根據(jù)軟土地基的力學性能，提出了CFG樁和碎石樁2種施工方案，并進行了模擬試驗。在材料使用、承載能力、適用范圍、以及環(huán)境影響等方面進行了對比[1]，見表2所示。

表2 CFG樁和碎石樁對比表

由表2可知，CFG樁采用的水泥粉煤灰及碎石料的形式，更多依靠自身固結(jié)能力，避免依靠周圍土體，從而承載能力更強；并且對于保水能力弱的散落砂土路段處理效果更優(yōu)異；加之當?shù)丨h(huán)保治理要求，該項目綜合選擇CFG樁施工方案。

3 CFG樁施工技術(shù)要點

3.1 施工準備

3.1.1 材料及機械準備

CFG樁施工材料，除包含水泥、碎石外，還含有粉煤灰等材料，其作用主要是提高混凝土的粘結(jié)力，能夠較大提高樁側(cè)摩阻力，從而不依賴周圍土體的約束。按照施工設計要求，先進行實驗室試驗，嚴格按照設計的配合比配置混凝土。

CFG 樁施工機械，主要為沉管機械，采用DZ80、DZ90兩種型號共計6臺，用于樁體施工[2]。其他輔助機械包括攪拌機、輸送泵、取土器等。

3.1.2 試樁

試樁是在材料試驗結(jié)束后，用所選擇的施工機械在典型地面進行試鉆并灌注成樁，驗證CFG樁的工藝。需要注意試樁的精確性，要求成樁養(yǎng)護≥28d，試樁數(shù)量不少于總數(shù)0.5%，控制樁強度≥10MPa。試樁目的，通過調(diào)整混凝土配合比、攪拌工藝參數(shù)，使成樁強度更高。該工程通過試樁調(diào)整混凝土攪拌時間為110±15s，碎石粒徑控制為12.5±5mm，粉煤灰質(zhì)量為3級。根據(jù)綜合經(jīng)濟性和工期要求，調(diào)整有關(guān)隔孔后退打孔順序，選擇隔一孔后退打孔順序[3]，避免相鄰孔洞的注漿壓力互相影響導致的變形和坍塌。

3.2 操作流程

工藝操作流程見圖1。

圖1 CFG樁施工工藝流程圖

3.3 實施要點

根據(jù)CFG樁施工技術(shù)的常見問題，重點選取工藝操作流程中較為關(guān)鍵的鉆進成孔、灌注成樁、移機隔樁和清理等幾個環(huán)節(jié)進行分析。

3.3.1 鉆進成孔

鉆進操作是CFG樁正式施工的第一步，決定了后續(xù)成樁的質(zhì)量。常見問題包括鉆進困難和成孔質(zhì)量差，兩方面問題往往會同時發(fā)生。

（1）鉆進困難是指鉆頭難以下沉，進度緩慢等情況。這主要是因為地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探的偏差，機械或參數(shù)選擇不準確。要解決這一問題，除了在前期認真對待試樁環(huán)節(jié)，調(diào)整鉆進機械外，重點需要通過調(diào)整鉆頭轉(zhuǎn)速以及下降壓力，逐步解決可能存在部分鉆進困難的問題。

（2）成孔質(zhì)量差，包括深度不足、成孔垂直度偏差大、孔壁坍塌等問題。對于深度不足，不僅需要認真做好記錄，還要考慮土質(zhì)流動性特點，根據(jù)實際情況，在鉆進深度數(shù)據(jù)方面要有一定的裕度，并控制好在最后1min內(nèi)的電動機電流和電壓值；對于成孔垂直度偏差方面，要求偏差不大于1%，否則會進一步造成孔壁坍塌及后續(xù)的成樁變形和支撐力大幅下降。為此，在機械下沉前，必須做好地面的清理和夯實，調(diào)整鉛垂線刻度盤。在鉆進過程中，除調(diào)整下沉速度外，要始終保證機械的穩(wěn)定和垂直度。對于孔壁坍塌問題，一方面是解決好上述鉆機垂直度偏差問題，在鉆頭接觸土層時開始鉆機旋轉(zhuǎn)鉆進，并注意先慢后快；另一方面，在鉆進困難情況下，要減緩下沉速度，避免搖擺，從而避免鉆機損壞和孔壁坍塌問題。

3.3.2 灌注成樁

灌注成樁是CFG樁施工技術(shù)的關(guān)鍵工序，其機械操作技巧是決定成樁質(zhì)量的關(guān)鍵。一般發(fā)生較大的質(zhì)量問題是縮徑，即樁徑小于設計直徑，大大降低了CFG樁穩(wěn)定軟土層的作用；常見的機械故障則是堵管問題[4]，造成樁體在中段位置結(jié)合性變差，一旦不能快速處理，還會造成管路損壞，甚至鉆孔失敗。因此，要特別關(guān)注其操作技巧和機械參數(shù)控制，在保證成樁質(zhì)量的同時，確保不發(fā)生質(zhì)量問題。

（1）成樁質(zhì)量控制。控制成樁質(zhì)量，重點要把握好提管和壓漿的時機，嚴格按照設計參數(shù)控制提管速度和壓漿量，避免縮徑發(fā)生。一般提管速度應控制在2～3m/min，并根據(jù)壓漿情況調(diào)節(jié)提管速度。該工程中，對于細砂粉狀軟土層，提管速度根據(jù)實際情況保持約2m/min，使得軟土層充分與混凝土料浸潤結(jié)合，減少縫隙量，形成樁體周圍的硬化土層；對于塑性軟土層，則根據(jù)淤泥流動性，提管速度并不固定，主要是考慮流動性造成混凝土料的流失。為此，當發(fā)現(xiàn)壓漿壓力持續(xù)降低，漿量不斷提高時，可判斷軟土空隙較大或流動性過大，必須放緩提管速度，甚至停止提管并加大壓漿量。在提管靠近面層時，要考慮對樁頂?shù)谋Ｗo，及時進行封頂，采用不小于5m 厚的黏土封頂，該工程中采用混凝土余料混合就地細砂土進行攪拌后用于封頂。

（2）堵管問題的預防。在確保機械設備狀態(tài)良好，管路通暢后，重點在于兩個方面進行控制：在前期的混凝土預制環(huán)節(jié)，不僅要嚴格按照設計數(shù)據(jù)控制混凝土配合比，還要按照試樁數(shù)據(jù)控制好攪拌時間，確保不發(fā)生初凝或泌水問題；在壓漿過程中，把控壓漿力度和泵送量，如，泵送壓力過大，而流速過小時，意味著土層緊實或提管速度不足，若不加處理，后續(xù)存在堵管風險。因此，在確保管路無問題的情況下，可適當提高提管速度，加大流速，從而減少堵管風險。

3.3.3 移機隔樁

移機是在一個灌注成樁后轉(zhuǎn)移至下一樁進行作業(yè)的過程，移機過程要提前做好準備，先將下一樁位附近的場地進行二次清理，確保移機后的站位穩(wěn)定；并對樁位進行復測，通過水準儀對高度進行控制，通過經(jīng)緯儀對樁位的中心位置進行定位，確保移機后的站位準確。

隔樁作業(yè)，是為了保證相鄰樁體灌注時不對已成型樁體造成破壞，采取隔1 樁或隔2 樁的順序進行鉆孔的形式。為了避免土層的橫向壓力，同時保證施工進度，該工程采取后退打孔隔一樁形式。并嚴格按照每一孔灌注后間隔7d以上的時間再行下一孔作業(yè)。

3.3.4 清理樁頭

CFG 樁灌注后，樁頭難免會出現(xiàn)浮漿、半硬化土層等不堅實情況，若不處理，將影響路面的承載力和穩(wěn)固性。同時，在工期較長的作業(yè)中，一些樁體難免被覆土覆蓋。因此，清理樁頭十分重要。

清理樁頭要把握時機，過早清理會造成樁位變化，影響樁體排布，甚至是樁體垂直度。應在樁體養(yǎng)護期達到后方可進行清理。由于樁頂覆土的半硬化情況，施工現(xiàn)場往往會使用機械清理，其效率較高，但容易對樁體造成破壞。因此，應在機械清理的基礎上配合人工清理，在接近樁體時，安排專人指揮和觀察，對樁頂上的浮漿必須人工清理。

4 施工質(zhì)量控制

施工過程中以及施工完畢后，均要對CFG樁體進行試驗，測量其力學性能指標是否滿足設計要求。還要對整體的沉降情況進行觀測，確認CFG樁體對于高速公路路面的支撐和穩(wěn)固效果。

4.1 樁體強度指標控制

施工過程中的樁體物理力學性能指標控制，一般采用2種方式同步進行：一種是前文中的試樁；另一種采用混凝土試塊的方式，與實際樁體保持同材料、同澆筑、同養(yǎng)護的條件下，在不同時段進行檢測，可以提高施工過程的實體質(zhì)量控制。該工程由建設單位委托第三方檢驗機構(gòu)對試塊強度指標進行檢測，養(yǎng)護7d、14d、28d各取6塊進行檢測。確認在28d達到設計強度標準。

4.2 地基力學性能指標控制

樁體排布及對周圍土體結(jié)構(gòu)的改善作用，是決定路基承載能力及穩(wěn)定性的關(guān)鍵。因此，在施工驗收階段要由勘察單位或第三方檢測單位對土體進行檢測，并與施工前的數(shù)據(jù)進行對比。該工程施工前后對比數(shù)據(jù)見表3。

表3 軟土地基加固前后物理力學指標對比

由表3 可知，淤泥質(zhì)黏土的含水率下降，干密度得到明顯提升，這顯然提高了周圍土體的承載力；散落砂土的孔隙比得到明顯控制，壓縮模量提高，使得土體流動性減小，相應地提高了土體的穩(wěn)定性。

4.3 地基沉降指標控制

在單體樁養(yǎng)護階段、軟土地基處理完畢的工序交驗階段以及高速公路路基成型階段均要分多次進行地基沉降觀測，目的是驗證施工工藝的實際使用效果。其整體沉降情況應該先快后慢[5]，并滿足設計要求。該工程在第一樁養(yǎng)護期滿后的沉降量為3.312mm，沉降速率為0.121mm/d；在軟土地基處理工序交驗階段，平均沉降量為10.221mm，沉降速率為0.052mm/d。因此，滿足沉降指標要求。

5 結(jié)束語

該項目的應用實踐證明，CFG樁施工技術(shù)在高速公路軟土路基處理中作用明顯，不僅樁體本身強度優(yōu)異，更能改善周圍土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強度。在施工過程中要嚴格遵循工序步驟，加強物料、機械、人員操作等方面的技術(shù)管理，從而確保CFG樁的施工質(zhì)量。