水泥粉煤灰碎石樁施工技術(shù)
關(guān)鍵詞：水泥粉煤灰碎石樁；CFG樁；施工技術(shù)
1基本概況
1.1工程概況
某工程占地面積為48000m2，場地平坦。場地的原始地形：東西部為山丘，中部和北部為沖溝和水塘，從地面向下，0～20m內(nèi)均為河流階地第四系沖積物，主要為粘土、砂礫、圓礫等，在中部和北部雜填土的厚度較大，達(dá)8.20m。采用CFG樁對場內(nèi)雜填土等軟弱地基進(jìn)行復(fù)合地基處理，提高地基承載力至設(shè)計(jì)要求。
1.2工程水文地質(zhì)概況
1.2.1工程地質(zhì)條件
根據(jù)鉆探資料，場地自地面以下20m內(nèi)主要為河流階地第四系沖積物，自上而下分別為：
① 雜填土：主要由粘土、粉粘土等組成，含磚石碎塊雜物等，稍濕，可塑。大部分為多年老填土，填筑時(shí)間大于20a。該層在場地內(nèi)零散分布。
② 淤泥質(zhì)粘土：以粘土為主，含少量腐植有機(jī)質(zhì)及少量粉細(xì)砂，很濕，軟塑～可塑，僅場區(qū)北部有分布，為原始水塘沉積物。
?、?nbsp;粘土：以粘土為主，含少量粉粒，底部含粉粒稍多。稍濕，硬塑～堅(jiān)硬，分布普遍。
?、?nbsp;粉質(zhì)粘土：以粉粒和粘粒為主，含少量細(xì)砂、粉砂，底部有粗砂和和少量小礫石。稍濕，可塑。場區(qū)中、東部分布較穩(wěn)定，西部分布變化較大。
?、?nbsp;含粘性土礫砂：由礫石、砂、粘性土組成。礫石含量25～48%，最大粒徑30～40mm；砂含量25～35%，以中、粗砂為主；沖填物為粘性土，約20～30%。普遍分布。
⑥ 含礫粗砂：以粗砂為主，含礫石、中砂和粘土質(zhì)。礫石最大粒徑20～30mm，透水性中等，中密～密實(shí)，濕。普遍分布。
?、?nbsp;中砂：以中砂為主，含細(xì)砂和粘土質(zhì)，下部含少量粗砂，局部見小礫石。中密狀態(tài)，飽和。僅西北角局部見。
⑧ 圓礫：以礫石為主，含量55～60%，大小不均，最大粒徑40～50mm；含砂35～40%，以中砂和粗砂為主，含粘土質(zhì)5～10%。中密～密實(shí)，飽和。普遍分布。
各層分布情況詳見表1：
1.2.2水文地質(zhì)條件 [Page]
場地范圍內(nèi)及臨近無任何地表水體，湘江位于場地西側(cè)約3公里以外。場地內(nèi)礫粗砂、中砂、圓礫層屬弱中等孔隙潛水，為場地主要含水層：上部雜填土、淤泥質(zhì)粘土中含微弱上層滯水；粘土、粉質(zhì)粘土、含粘性土砂礫層為相對隔水層。
1.3 水泥粉煤灰碎石樁簡介
水泥粉煤灰碎石樁簡稱CFG樁。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑和砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。它不同于簡單的碎石樁，碎石樁是由松散的碎石組成，在荷載作用下將會(huì)產(chǎn)生鼓脹變形，當(dāng)樁周土為強(qiáng)度較低的軟粘土?xí)r，樁體易產(chǎn)生鼓脹破壞；而且碎石樁僅在上部約3倍樁徑長度的范圍內(nèi)傳遞荷載，超過此長度，增加樁樁長承載力提高不顯著。而CFG樁可充分利用樁間土的承載力，共同作用，并可傳遞荷載到深層地基中去，具有較好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果。
本工程采用振動(dòng)沉管灌注樁機(jī)成孔，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，設(shè)計(jì)樁復(fù)合承載力值為200KPa。CFG樁樁距為1.4m，排距為1.2m。
2施工技術(shù)
CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，用于處理軟弱地基時(shí)常采用振動(dòng)沉管法施工，適用于多種地質(zhì)條件和工程項(xiàng)目。
該技術(shù)具有施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制，工程造價(jià)低廉等特點(diǎn)。
2.1 施工工藝流程
CFG樁（振動(dòng)沉管法）施工工藝，單打法是最基本的工法。分為移機(jī)就位、沉管造孔、填料加密和成樁四道工序，其中分層填料加密是關(guān)鍵工序。其工藝流程如下圖。
施工時(shí)，根據(jù)土質(zhì)情況和荷載要求，分別選用單打法、復(fù)打法等。CFG樁目前一般是采用振動(dòng)沉管灌注成樁。由于它是一項(xiàng)新興發(fā)展起來的地基處理技術(shù)，工程施工經(jīng)驗(yàn)尚不夠成熟，施工前進(jìn)行了試樁，數(shù)量為9根，經(jīng)試驗(yàn)樁確定的有關(guān)技術(shù)參數(shù)后，再精心組織正常施工。
CFG樁工藝流程圖（圖1）：
2.2施工工藝
2.2.1施工順序
樁位的施工流水順序,依次向后退打，以有利于保護(hù)先施工的樁不被擠壞或擠歪。施工順序考慮隔排樁跳打（即隔一根樁位），施工新樁時(shí)與已打樁間隔時(shí)間不少于7天。
2.2.2混合填料配制
嚴(yán)格選擇原材料，水泥選用大廠生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)32.5強(qiáng)度等級(jí)普通硅酸鹽水泥，選擇潔凈的河砂、卵石、Ⅱ級(jí)粉煤灰等。施工前按設(shè)計(jì)要求由試驗(yàn)室進(jìn)行了配合比試驗(yàn)，配合比（1m3）為：水186.0kg、水泥252.4kg、中砂452.0kg、粉煤灰175.0kg、礫石11350kg；施工時(shí)按配合比配制混合料，以保證混合料強(qiáng)度等同于C20混凝土?；旌狭现袚饺氲姆勖夯抑饕歉纳瓢韬臀锏暮鸵仔裕岣邩兜氖┕べ|(zhì)量。
混合料配比嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范規(guī)定，碎石和中砂含雜質(zhì)不大于5%。按設(shè)計(jì)配合比配制混合料，投入攪拌機(jī)加水拌和，加水量由混合料的坍落度控制，一般坍落度為30-50mm，成樁后浮漿厚度一般不超過200mm。混合料的攪拌須均勻，每盤攪拌時(shí)間不得少于60s 。后臺(tái)設(shè)磅秤計(jì)量裝置，保證砂、石、粉煤灰計(jì)量準(zhǔn)確。
2.2.3 測量放線定樁位
在填土分層壓實(shí)后，具備了處理?xiàng)l件時(shí)，根據(jù)施工圖開始按照南北向間距1.20m，東西向間距1.40m，“梅花型”布設(shè)測放CFG樁位，并打入木樁與地面平齊。
2.2.4 移機(jī)就位
樁機(jī)就位須平整、穩(wěn)固，調(diào)整沉管與地面垂直，確保垂直度偏差不大于1%。采用活瓣式樁尖和D325mm樁管，樁尖對準(zhǔn)樁位。
2.2.5 沉管造孔
1）沉管過程中注意樁機(jī)的穩(wěn)定，嚴(yán)禁傾斜和錯(cuò)位。沉管過程中做好記錄，激振電流每沉1m記錄本一次和沉管所耗的總時(shí)間，嚴(yán)格控制最后30s電機(jī)的電流電壓值。并對土層變化處理應(yīng)特別說明，直到沉管至設(shè)計(jì)標(biāo)高。
2） 沉管過程中觀察沉管的下沉速度是否正常，沉管是否有擠偏現(xiàn)象，若有異常情況應(yīng)分析原因，及時(shí)采取措施。
3）當(dāng)沉管到達(dá)設(shè)計(jì)深度或持力層時(shí)，應(yīng)判定該深度或貫入度是否已達(dá)到規(guī)范規(guī)定和設(shè)計(jì)要求，或試樁時(shí)規(guī)定的并經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可的要求，滿足了這些要求和規(guī)定，方可終止沉管。該工程控制貫入度標(biāo)準(zhǔn)為每30秒加壓一次，最后30秒貫入度4-5cm。
2.2.6 填料加密
1）沉管達(dá)到要求深度后，立即填灌樁芯混合料，盡量減少間隔時(shí)間。填料前檢查沉管內(nèi)是否吞進(jìn)樁尖或進(jìn)水進(jìn)泥。若存在則及時(shí)處理。
2）在沉管過程中可用料斗進(jìn)行空中投料。待沉管至設(shè)計(jì)標(biāo)高后須盡快投料，直到管內(nèi)混合料面與鋼管投料口平齊。如上料量不夠，須在拔管過程中空中投料，以保證成樁樁頂、樁高滿足設(shè)計(jì)要求?？刂乒軆?nèi)混合料面不低于自然地面。
3）填料量應(yīng)按沉管外徑和樁長計(jì)算出的體積再乘上充盈系數(shù)值（大于1.3）。
2.2.7 成樁 [Page]
1）當(dāng)混合料填加至鋼管投料口平齊后，先振動(dòng)5～10s，再開始拔管，邊振邊拔，每拔0.5～1.0m，停拔留振5～10s，如此反復(fù)，直至沉管全部拔出。沉管灌注成樁施工拔管速度應(yīng)按勻速控制，拔管速度應(yīng)控制在1.2～1.5m/min。
2）沉管拔出地面后，若發(fā)現(xiàn)樁身填料超出樁的設(shè)計(jì)頂面甚多或溢出地面較多，應(yīng)及時(shí)核實(shí)充盈系數(shù)，若充盈系數(shù)小于1，則可認(rèn)為樁身可能存在縮徑或斷樁隱藏患，應(yīng)及時(shí)研究補(bǔ)救措施。
3）若發(fā)現(xiàn)樁身填料面低于設(shè)計(jì)院標(biāo)高，應(yīng)立即補(bǔ)填填料使其頂面高于設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5m，并用振搗器振實(shí)。補(bǔ)填填料時(shí)，應(yīng)將樁頂上的浮土清理干凈，必要時(shí)可向孔內(nèi)先插入鋼模，再清理浮土。
4）確認(rèn)成樁符合設(shè)計(jì)要求后用粒狀材料或混粘土封頂，然后移機(jī)繼續(xù)下一根樁施工。
3CFG樁復(fù)合地基在施工中的質(zhì)量控制
為保證CFG樁復(fù)合地基的施工質(zhì)量，應(yīng)控制好以下幾個(gè)問題：
1） 選用合理的施工機(jī)械設(shè)備。在施工準(zhǔn)備階段，必須詳細(xì)了解地質(zhì)情況，從而合理地選用施工機(jī)械。這是確保CFG樁復(fù)合地基質(zhì)量的有效途徑。
2） 深入了解地質(zhì)情況，采用合理的施工工藝。在施工過程中，成樁的施工工藝對CFG樁復(fù)合地基的質(zhì)量至關(guān)重要，不合理的施工工藝將造成重大的質(zhì)量問題，甚至導(dǎo)致質(zhì)量事故，而要選擇確定合理的施工工藝必須深入了解地質(zhì)情況。只有在深入了解地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，才能確定合理的施工工藝，并在施工過程中加強(qiáng)監(jiān)測，根據(jù)具體情況，控制施工工藝，發(fā)現(xiàn)特殊情況，做出具體的改變。
① 在飽和軟土中成樁，樁機(jī)的振動(dòng)力較小，但當(dāng)采用連打作業(yè)時(shí)，由于飽和軟土的特性，新打樁將擠壓已打樁，形成橢圓或不規(guī)則形態(tài)，產(chǎn)生嚴(yán)重的縮頸和斷樁。此時(shí)，應(yīng)采用隔樁跳打施工方案。而在飽和的松散粉土中施工，由于松散粉土振密效果好，先打樁施工完后，土體密度會(huì)有顯著增加。而且，打的樁越多，土的密度越大。在補(bǔ)打新樁時(shí)，一是加大了沉管難度，二是非常容易造成已打樁斷樁，此時(shí)，隔樁跳打亦不宜采用。
當(dāng)滿堂布樁時(shí)，不宜從四周轉(zhuǎn)向內(nèi)推進(jìn)施工，宜從中心向外推進(jìn)施工，或從一邊向另一邊推進(jìn)施工。
?、?nbsp;嚴(yán)格控制拔管速率。拔管速率太快可能導(dǎo)致樁徑偏小或縮頸斷樁，而拔管速率過慢又會(huì)造成水泥漿分布不勻，樁項(xiàng)浮漿過多，樁身強(qiáng)度不足和形成混和料離析現(xiàn)象，導(dǎo)致樁身強(qiáng)度不足。故施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制拔管速率。正常的拔管速率應(yīng)控制在1.2～1.5m／分。
?、?nbsp;控制好混合料的坍落度。大量工程實(shí)踐表明，混合料坍落度過大，會(huì)形成樁項(xiàng)浮漿過多，樁體強(qiáng)度也會(huì)降低。坍落度控制在3～5cm，和易性好，當(dāng)拔管速率為1.2～1.5m／分時(shí)，一般樁頂浮漿可控制在10cm左右，成樁質(zhì)量容易控制。
?、?nbsp;設(shè)置保護(hù)樁長。使樁在加料時(shí)，比設(shè)計(jì)樁長多加0.5m，將沉管拔出后，用插入式振搗棒對樁頂混合料加振3～5秒，提高樁頂混合料密實(shí)度。上部用土封項(xiàng)，增大混合料表面的高度即增加了自重壓力，可提高混合料抵抗周圍土擠壓的能力，避免新打樁振動(dòng)導(dǎo)致已打樁受振動(dòng)擠壓，混合料上涌使樁徑縮小。
?、?nbsp;拔管過程避免反插。在拔管過程中若出現(xiàn)反插，由于樁管垂直度的偏差，容易使土與樁體材料混合，導(dǎo)致樁身摻土影響樁身質(zhì)量，應(yīng)避免反插。
3)加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)測。在施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，以便針對性地采取有效措施，有效控制成樁質(zhì)量，重點(diǎn)應(yīng)做好以下幾方面的監(jiān)測：
①施工場地標(biāo)高觀測。施工前要測量場地的標(biāo)高，并注意測點(diǎn)應(yīng)有足夠的數(shù)量和代表性。打樁過程中則要隨時(shí)測量地面是否發(fā)生降起。因?yàn)閿鄻冻：偷乇砺∑鹣嗦?lián)系。
?、谝汛驑稑俄敇?biāo)高的觀測。施工過程中注意已打樁樁頂標(biāo)高的變化，尤其要注意觀測樁距最小部位的樁。因?yàn)樵诖蛐聵稌r(shí)，量測已打樁樁頂?shù)纳仙?，可估算樁徑縮小的數(shù)值，以判斷是否產(chǎn)生縮徑。
?、蹖τ袘岩傻臉兜奶幚?。對樁頂上升量較大或懷疑發(fā)生質(zhì)量問題的樁應(yīng)開挖查看，并做出必要的處理。
4結(jié)論與效果
經(jīng)過工程質(zhì)量檢測中心進(jìn)行樁土復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，所測28個(gè)樁點(diǎn)，樁土復(fù)合地基承載力特征值fak=200 KPa，滿足設(shè)計(jì)要求；對107根樁進(jìn)行基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測，樁身混凝土實(shí)測強(qiáng)度等級(jí)均滿足設(shè)計(jì)要求的C20，除17根樁為Ⅱ類樁，其余90根均為Ⅰ類樁，樁身質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)。
CFG樁復(fù)合地基是在碎石樁加固地基法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種地基處理技術(shù)。由于CFG樁改善了碎石樁的剛性，使其不僅能很好地發(fā)揮全樁的側(cè)阻作用，同時(shí)也能很好地發(fā)揮其端阻作用。CFG復(fù)合樁與樁基相比，由于CFG樁樁體材料可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰、不配筋以及充分發(fā)揮樁間土的承載能力。工程造價(jià)一般為樁基的1/2-2/3，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。
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