市政道路工程中的软土路基处理CFG 桩应用
[关键词]市政道路,软土路基,CFG 桩
1 工程概况
某市形象市政道路工程道路美化工程第Ⅰ标段施工现场位于桩号K2+082 至K2+330 发现软基路基宽47.2m、长近250m，由于整个路堤斜交座落在一条约65m 宽的河道上， 河道与附近的淤泥厚度变化极不均匀，再加之路堤填土高等原因，发生部分中度滑塌。该路道路全长共8.1km,公分两个标段，我单位承建的为该道路美化工程第Ⅰ 标段， 具体承接该路全长为3.2km、现状道路34m 的双向四车道市政道路工程， 于2007 年10 月10 日开始动工。
项目部在事发第一时间对问题进行研究，临时成立解决该问题专门班子及时响应，历经几个昼夜反复对照比较，从方案、实施、取材等几方面着手，系统整合出一套完整的应对当前施工段软土路基处理方案。我项目部专门班子结合相关的设计理论和计算资料，综合考量，拟定滑塌段软基CFG 桩处理方案，其中CFG 桩处理的设计参数如下：平均桩长21.6m，桩径500mm，桩体强度C15(材料配合比:水泥:碎石:沙子: 粉煤灰=1:6.35:3.34:0.87)， 桩距1.5m， 采用正方形布置， 垫层厚0.3m，采用2-4 级配碎石。
2 CFG 桩处理地基的特性分析
2.1 适用范围广
Cement Fly-ash Gravel 直译即为水泥粉煤灰碎石混合。CFG 桩由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水按比例拌和，利用各种成桩机械制成的可变强度桩。通过调整水泥掺量及配比， 其强度等级在C5-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG 桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG 桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算进行工程设计。CFG 桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，在维持原有设计强度基础上进一步降低了工程造价。
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。但CFG 桩用于市政道路工程的软土路基处理在当前还是有待我们开发的新课题。做为这方面的实例，该工程形象地向大家介绍了一个如何采用CFG 桩及时、到位解决工程实际难题可行的办法和途径。
2.2 承载力提高幅度大，可调性强
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。
2.3 桩体的排水作用
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。
2.4 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，公路的沉降则更是微乎其微。
2.5 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。
3 地基处理主要技术探讨
3.1 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，本工程项目部租用2台ZKL800BB 型步履式长螺旋钻机、1 台HBT60 型混凝土输送泵、自由1 台JS50 型混凝土搅拌机。
该设备施工工艺具有以下的优点：低噪音，无泥浆污染;成孔制桩时不产生振动，避免了新打桩对已打桩产生的不良影响;成孔穿透能力强，可穿透硬土层，诸如砂层、圆砾层和粒径不大于60mm 的卵石层;施工过程中的效率高。
3.2 主要施工工艺
3.2.1 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。
3.2.2 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。
3.2.3 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、转速和钻进速度进行合理调整，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。
3.2.4 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。
3.2.5 每桩灌混凝土结束后，应及时进行封顶以保护桩头。
3.2.6 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。
4 施工中质量控制措施
首先保证桩体材料供应的质量。针对这次CFG 桩处理方案采购的各批次材料由专人负责，依照例行标准进行大范围取样的、严格的抽样检验，在这里就不一一赘述。
在桩基施工工程正式施工前，进行了试验桩施工，施工中发现场地有窜孔、钻头阀门有时打不开的情况，尤其严重的是在检验单桩承载力时，发现有个别试验桩承载力很低，不能满足设计要求。
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。
目前CFG 桩检桩有小应变检测和静载试验两种。小应变随机抽检30%，主要检测桩长、桩身是否完整、有无缩径等现象。CFG 桩断桩率较高，有地质原因、有施工原因、也有周围振动物的影响，随后将分析。检测出来的断桩需要根据设计文件处理。静载试验是检测CFG 桩的单桩承载力，笔者施工的CFG 桩单桩承载力应不小于500kN，试验桩数为总桩数的0.3%，且每工点不小于3 点。静载试验一般都能达到要求，作者所施工的CFG 桩单桩承载力都能达到50kN。
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。
5 结语
在公路工程建设中遇到的软土地基处理,目前已经成为公路工程建设中经常所见到的问题.CFG 桩在应用方面拓展到公路软基处理， 落实到具体操作层面上具有其与一般房建不同的地方和自身的特征。CFG桩处理在铁路建设中应用广泛,通过规范施工、有效控制,可使软土路基的沉降与滑移达到稳定状态,保证路基工后行车安全.
【参考文献】
[1]冯仲仁，朱瑞赓.我国公路软基处理研究的现状与展望.武汉工业大学学报，2002(1).
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