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【摘要】CFG 桩形成的复合地基结构体系其承载力大且可调性强、沉降变形小、稳定快、无有效桩长的限制,在路堤填筑施工期间,在工后其累计沉降量均小于其它传统的软基处理方法。可以大量应用于道路深厚软基的处理,在加宽段、滑塌段、结构物软基处理、桥台差异沉降、高路堤快速填筑等软基处理段具有较高的技术经济效益,其推广应用价值较高。
【关键词】市政道路软土路基处理技术
一、CFG 桩处理地基的特点综述
1、适用范围广
CFG 桩复合地基适用于条形基础、独立基础,也适用于筏形基础、箱形基础。就土而言,适用于处理粘性土、粉土、砂土、淤泥质土地基。从挤密效果看,既可用于挤密效果好的土,也可用于挤密效果差的土。CFG 桩适用于多层建筑、高层建筑的地基处理, 目前己经被广泛用于高层建筑。
2、承载力强
CFG 桩桩长可以从几米到 20 多米均可,并且可以全桩长发挥桩的侧阻力, 桩承担的荷载占总荷载的百分比可在 40%～75%之间变化,使得复合地基承载力的提高幅度大并且具有很大的可调性。当天然地基承载力较高时,若上部荷载不大,可将桩长设计得短一点。有时根据承载力要求和具体土层情况, 可采用长短桩间隔设置,发挥不同土层的端承力。
3、桩体排水
当CFG桩在饱和的粉土和砂土中施工时,由于成桩的振动作用,会使砂土液化,土体内产生超静孔隙水压力,刚刚施工完的 CFG 桩将是一个很好的排水通道, 孔隙水沿着桩体向上排出,直到 CFG 桩桩体硬化为止。此现象不仅不会影响桩体强度, 反而对减小因孔压消散太慢引起地面的隆起和增加桩间土的密实度大为有利。
4、沉降变形
CFG桩复合地基复合变形模量大,建筑物沉降量小是其重要特点之一。对于上部和中间有软弱土层的地基,采用CFG桩进行地基处理,
桩端持力于下面较好的土层, 可以获得变形模量较高的复合地基, 从而有效地控制建筑物的沉降。根据大量工程实践得知,采用CFG 桩进行有效的地基处理后, 建筑物的沉降一般可控制在20～50mm左右。
5、时间效应
利用振动沉管施工时,由于振动作用,将会对桩间土产生扰动,特别是高灵敏度的土,会使其结构强度丧失或降低,成桩结束后,随着恢复期的增长,结构强度逐渐恢复,桩间土的承载力会有所增加。另外 CFG桩本身强度在 28d～60d过程中增长的最快,以后强度逐渐慢慢增加。特别是高标号的混合料要到60d 龄期才能达到或超过设计强度。
二、工程背景资料
某市政道路某段软基路基宽56.0m、路线长约3Km, 由于整个路堤斜交座落在一条河道上, 河道与附近的淤泥厚度变化极不均匀的分布,加之路堤填土高等原因,发生滑塌。
根据相关的设计理论和计算资料反映,滑塌段软基CFG 桩处理的设计参数为,平均桩长20.4m,桩径 500mm,桩体强度C15(材料配合比:水泥:碎石:沙子:粉煤灰 =1:6.24:3.12:0.76),桩距为1.5m,采用正方形布置,垫层厚为0.3m,采用2～4 级配的碎石填料。
三、地基处理主要施工技术探讨
1、施工机械设备
长螺旋钻管内泵压 CFG 桩施工工艺是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机组成的完整的施工体系, 本工程采用2臺ZKL800BB 型步履式长螺旋钻机、1台 HBT60型混凝土输送泵、 1台JS50 型混凝土搅拌机。
2、主要施工工艺
（1）测量定位。测量定位采用打孔灌石灰的方法处理,即先用直径 30 的钢管打孔 300mm深的深度,然后灌入石灰粉,再插入钢筋进行复核桩位,施工中所有桩孔一次定位完成。
（2）钻机就位。钻机就位前需检查场地情况,如果场地较软,应增加支腿接地面积。若场地坡度 >30°应加垫枕木施工,钻机就位后必须平衡,启动四支腿油缸调整钻机水平,确保钻塔垂直度≯1%,对位偏差≯20mm,钻机开钻前必须严格检查钻头上楔形出料活门是否闭合。
（3）钻进成孔。钻进过程中根据地层变化和动力头工作电流值对钻压、转速和钻进速进行合理调整,钻进采用间歇式钻进方法,即钻进一空钻一钻进, 钻进至设计深度后空车30～60s, 待电流稳定确认桩长满足要求后终孔停钻。
（4）混凝土搅拌及泵送。混凝土搅拌应该严格按配合比配料, 严格控制好进场原材质量,每盘搅拌时间≮90s,经常检查混凝土的和易性及坍落度,控制好混凝土的搅拌质量。
（5）每桩灌混凝土结束后, 应及时进行封顶以保护桩头。
（6）施工中遇到地下障碍使桩位偏移时应及时处理后再次就位, 并对混凝土泵送中遇到输料管堵塞或钻进中出现的异常问题及时正确处理。
3、施工质量控制
在制作桩体时应特别注意拨管的高度与速度。在没有施工现场成桩试验等有关参数时,桩管内灌满混合料后,应先锤击5～10s,再开始边锤击边拨,以防止桩底出现吊脚现象。每次拨管高度宜控制在 0.5～1.0m, 每拨管一次停拨锤击5-los 或者反插深度 0.3～0.5m；拨管过程中,应分段添加混合料, 桩管内混合料始终高于拔管高度 1.5m,以保证桩身的完整性。拨管速度控制在1.5m /min以内,当拨管通过淤泥夹层时,应适当放慢拨管速度,以防止桩身出现缩径现象。
在施工过程中, 发现有些桩成孔到设计深度,开始泵料时,钻头阀门打不开,无法成桩。经调查,钻头阀门打不开有两种原因:钻头问题,当钻头加工不合理时, 成孔过程中土中的砂粒或小卵石易卡死阀门,造成阀门打不开；由于桩端落在砂土层,桩端土质具有良好渗透性,导致阀门外的水头压力大于钻杆内混合料的压力,造成阀门打不开。本工程钻头穿越细砂、圆砾、卵石层,终孔于粉细砂层及细中砂层上,很容易导致阀门打不开。经设计组和施工组共同商量改用防水钻头或者是适当增加桩长,中低压缩性的粉质粘土层或粘质粉、砂质粉土层,避免阀门打不开的情况发生。
混凝土坍落度控制在70～90mm, 水灰比宜在0.6～0.8之间；桩位应保证准确,其偏差允许不大于 150mm,桩身保持垂直,垂直度偏差不应大于1%;按序跳打施工,向一个方向逐渐推进,以防止地冒,在已成桩的桩顶埋设标尺,观察施工对己成桩的挤压情况, 防止已成桩受挤压而断裂并了解地面地冒情况;若遇孤石,则桩位应适当移位,以保证桩体满足设计要求;根据桩机顶部吊下的垂球即可控制垂直度, 垂直度控制在1%以内;定期对桩机进行检测,保证施工的连续性。
CFG 桩作为一种新的道路软基处理方法,在应用上有其与一般房建不同的地方和自身的特征。本文根据道路软基处理特点和质量要求,以解决实际工程问题为背景,从实用设计方法、和施工控制等方面系路软基处理中的应用进行了研究。
【关键词】市政道路软土路基处理技术
一、CFG 桩处理地基的特点综述
1、适用范围广
CFG 桩复合地基适用于条形基础、独立基础,也适用于筏形基础、箱形基础。就土而言,适用于处理粘性土、粉土、砂土、淤泥质土地基。从挤密效果看,既可用于挤密效果好的土,也可用于挤密效果差的土。CFG 桩适用于多层建筑、高层建筑的地基处理, 目前己经被广泛用于高层建筑。
2、承载力强
CFG 桩桩长可以从几米到 20 多米均可,并且可以全桩长发挥桩的侧阻力, 桩承担的荷载占总荷载的百分比可在 40%～75%之间变化,使得复合地基承载力的提高幅度大并且具有很大的可调性。当天然地基承载力较高时,若上部荷载不大,可将桩长设计得短一点。有时根据承载力要求和具体土层情况, 可采用长短桩间隔设置,发挥不同土层的端承力。
3、桩体排水
当CFG桩在饱和的粉土和砂土中施工时,由于成桩的振动作用,会使砂土液化,土体内产生超静孔隙水压力,刚刚施工完的 CFG 桩将是一个很好的排水通道, 孔隙水沿着桩体向上排出,直到 CFG 桩桩体硬化为止。此现象不仅不会影响桩体强度, 反而对减小因孔压消散太慢引起地面的隆起和增加桩间土的密实度大为有利。
4、沉降变形
CFG桩复合地基复合变形模量大,建筑物沉降量小是其重要特点之一。对于上部和中间有软弱土层的地基,采用CFG桩进行地基处理,
桩端持力于下面较好的土层, 可以获得变形模量较高的复合地基, 从而有效地控制建筑物的沉降。根据大量工程实践得知,采用CFG 桩进行有效的地基处理后, 建筑物的沉降一般可控制在20～50mm左右。
5、时间效应
利用振动沉管施工时,由于振动作用,将会对桩间土产生扰动,特别是高灵敏度的土,会使其结构强度丧失或降低,成桩结束后,随着恢复期的增长,结构强度逐渐恢复,桩间土的承载力会有所增加。另外 CFG桩本身强度在 28d～60d过程中增长的最快,以后强度逐渐慢慢增加。特别是高标号的混合料要到60d 龄期才能达到或超过设计强度。
二、工程背景资料
某市政道路某段软基路基宽56.0m、路线长约3Km, 由于整个路堤斜交座落在一条河道上, 河道与附近的淤泥厚度变化极不均匀的分布,加之路堤填土高等原因,发生滑塌。
根据相关的设计理论和计算资料反映,滑塌段软基CFG 桩处理的设计参数为,平均桩长20.4m,桩径 500mm,桩体强度C15(材料配合比:水泥:碎石:沙子:粉煤灰 =1:6.24:3.12:0.76),桩距为1.5m,采用正方形布置,垫层厚为0.3m,采用2～4 级配的碎石填料。
三、地基处理主要施工技术探讨
1、施工机械设备
长螺旋钻管内泵压 CFG 桩施工工艺是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机组成的完整的施工体系, 本工程采用2臺ZKL800BB 型步履式长螺旋钻机、1台 HBT60型混凝土输送泵、 1台JS50 型混凝土搅拌机。
2、主要施工工艺
（1）测量定位。测量定位采用打孔灌石灰的方法处理,即先用直径 30 的钢管打孔 300mm深的深度,然后灌入石灰粉,再插入钢筋进行复核桩位,施工中所有桩孔一次定位完成。
（2）钻机就位。钻机就位前需检查场地情况,如果场地较软,应增加支腿接地面积。若场地坡度 >30°应加垫枕木施工,钻机就位后必须平衡,启动四支腿油缸调整钻机水平,确保钻塔垂直度≯1%,对位偏差≯20mm,钻机开钻前必须严格检查钻头上楔形出料活门是否闭合。
（3）钻进成孔。钻进过程中根据地层变化和动力头工作电流值对钻压、转速和钻进速进行合理调整,钻进采用间歇式钻进方法,即钻进一空钻一钻进, 钻进至设计深度后空车30～60s, 待电流稳定确认桩长满足要求后终孔停钻。
（4）混凝土搅拌及泵送。混凝土搅拌应该严格按配合比配料, 严格控制好进场原材质量,每盘搅拌时间≮90s,经常检查混凝土的和易性及坍落度,控制好混凝土的搅拌质量。
（5）每桩灌混凝土结束后, 应及时进行封顶以保护桩头。
（6）施工中遇到地下障碍使桩位偏移时应及时处理后再次就位, 并对混凝土泵送中遇到输料管堵塞或钻进中出现的异常问题及时正确处理。
3、施工质量控制
在制作桩体时应特别注意拨管的高度与速度。在没有施工现场成桩试验等有关参数时,桩管内灌满混合料后,应先锤击5～10s,再开始边锤击边拨,以防止桩底出现吊脚现象。每次拨管高度宜控制在 0.5～1.0m, 每拨管一次停拨锤击5-los 或者反插深度 0.3～0.5m；拨管过程中,应分段添加混合料, 桩管内混合料始终高于拔管高度 1.5m,以保证桩身的完整性。拨管速度控制在1.5m /min以内,当拨管通过淤泥夹层时,应适当放慢拨管速度,以防止桩身出现缩径现象。
在施工过程中, 发现有些桩成孔到设计深度,开始泵料时,钻头阀门打不开,无法成桩。经调查,钻头阀门打不开有两种原因:钻头问题,当钻头加工不合理时, 成孔过程中土中的砂粒或小卵石易卡死阀门,造成阀门打不开；由于桩端落在砂土层,桩端土质具有良好渗透性,导致阀门外的水头压力大于钻杆内混合料的压力,造成阀门打不开。本工程钻头穿越细砂、圆砾、卵石层,终孔于粉细砂层及细中砂层上,很容易导致阀门打不开。经设计组和施工组共同商量改用防水钻头或者是适当增加桩长,中低压缩性的粉质粘土层或粘质粉、砂质粉土层,避免阀门打不开的情况发生。
混凝土坍落度控制在70～90mm, 水灰比宜在0.6～0.8之间；桩位应保证准确,其偏差允许不大于 150mm,桩身保持垂直,垂直度偏差不应大于1%;按序跳打施工,向一个方向逐渐推进,以防止地冒,在已成桩的桩顶埋设标尺,观察施工对己成桩的挤压情况, 防止已成桩受挤压而断裂并了解地面地冒情况;若遇孤石,则桩位应适当移位,以保证桩体满足设计要求;根据桩机顶部吊下的垂球即可控制垂直度, 垂直度控制在1%以内;定期对桩机进行检测,保证施工的连续性。
CFG 桩作为一种新的道路软基处理方法,在应用上有其与一般房建不同的地方和自身的特征。本文根据道路软基处理特点和质量要求,以解决实际工程问题为背景,从实用设计方法、和施工控制等方面系路软基处理中的应用进行了研究。