水泥粉煤灰碎石樁施工技術
關鍵詞：水泥粉煤灰碎石樁；CFG樁；施工技術
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8.20m。采用CFG樁對場內雜填土等軟弱地基進行復合地基處理，提高地基承載力至設計要求。
1.2工程水文地質概況
1.2.1工程地質條件
根據(jù)鉆探資料，場地自地面以下20m內主要為河流階地第四系沖積物，自上而下分別為：
?、?nbsp;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，填筑時間大于20a。該層在場地內零散分布。
② 淤泥質粘土：以粘土為主，含少量腐植有機質及少量粉細砂，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～堅硬，分布普遍。
?、?nbsp;粉質粘土：以粉粒和粘粒為主，含少量細砂、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。
⑤ 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。
?、?nbsp;含礫粗砂：以粗砂為主，含礫石、中砂和粘土質。礫石最大粒徑20～30mm，透水性中等，中密～密實，濕。普遍分布。
?、?nbsp;中砂：以中砂為主，含細砂和粘土質，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。
?、?nbsp;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5～10%。中密～密實，飽和。普遍分布。
各層分布情況詳見表1：
1.2.2水文地質條件 [Page]
場地范圍內及臨近無任何地表水體，湘江位于場地西側約3公里以外。場地內礫粗砂、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、淤泥質粘土中含微弱上層滯水；粘土、粉質粘土、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強度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復合地基。它不同于簡單的碎石樁，碎石樁是由松散的碎石組成，在荷載作用下將會產生鼓脹變形，當樁周土為強度較低的軟粘土時，樁體易產生鼓脹破壞；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，具有較好的技術性能和經濟效果。
本工程采用振動沉管灌注樁機成孔，樁身混凝土強度等級為C20，設計樁復合承載力值為200KPa。CFG樁樁距為1.4m，排距為1.2m。
2施工技術
CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，用于處理軟弱地基時常采用振動沉管法施工，適用于多種地質條件和工程項目。
該技術具有施工速度快、工期短、質量容易控制，工程造價低廉等特點。
2.1 施工工藝流程
CFG樁（振動沉管法）施工工藝，單打法是最基本的工法。分為移機就位、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鍵工序。其工藝流程如下圖。
施工時，根據(jù)土質情況和荷載要求，分別選用單打法、復打法等。CFG樁目前一般是采用振動沉管灌注成樁。由于它是一項新興發(fā)展起來的地基處理技術，工程施工經驗尚不夠成熟，施工前進行了試樁，數(shù)量為9根，經試驗樁確定的有關技術參數(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），施工新樁時與已打樁間隔時間不少于7天。
2.2.2混合填料配制
嚴格選擇原材料，水泥選用大廠生產優(yōu)質32.5強度等級普通硅酸鹽水泥，選擇潔凈的河砂、卵石、Ⅱ級粉煤灰等。施工前按設計要求由試驗室進行了配合比試驗，配合比（1m3）為：水186.0kg、水泥252.4kg、中砂452.0kg、粉煤灰175.0kg、礫石11350kg；施工時按配合比配制混合料，以保證混合料強度等同于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|量。
混合料配比嚴格執(zhí)行規(guī)范規(guī)定，碎石和中砂含雜質不大于5%。按設計配合比配制混合料，投入攪拌機加水拌和，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?；旌狭系臄嚢桧毦鶆?，每盤攪拌時間不得少于60s 。后臺設磅秤計量裝置，保證砂、石、粉煤灰計量準確。
2.2.3 測量放線定樁位
在填土分層壓實后，具備了處理條件時，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”布設測放CFG樁位，并打入木樁與地面平齊。
2.2.4 移機就位
樁機就位須平整、穩(wěn)固，調整沉管與地面垂直，確保垂直度偏差不大于1%。采用活瓣式樁尖和D325mm樁管，樁尖對準樁位。
2.2.5 沉管造孔
1）沉管過程中注意樁機的穩(wěn)定，嚴禁傾斜和錯位。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間，嚴格控制最后30s電機的電流電壓值。并對土層變化處理應特別說明，直到沉管至設計標高。
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，若有異常情況應分析原因，及時采取措施。
3）當沉管到達設計深度或持力層時，應判定該深度或貫入度是否已達到規(guī)范規(guī)定和設計要求，或試樁時規(guī)定的并經設計認可的要求，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準為每30秒加壓一次，最后30秒貫入度4-5cm。
2.2.6 填料加密
1）沉管達到要求深度后，立即填灌樁芯混合料，盡量減少間隔時間。填料前檢查沉管內是否吞進樁尖或進水進泥。若存在則及時處理。
2）在沉管過程中可用料斗進行空中投料。待沉管至設計標高后須盡快投料，直到管內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、樁高滿足設計要求?？刂乒軆然旌狭厦娌坏陀谧匀坏孛?。
3）填料量應按沉管外徑和樁長計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）當混合料填加至鋼管投料口平齊后，先振動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，直至沉管全部拔出。沉管灌注成樁施工拔管速度應按勻速控制，拔管速度應控制在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計頂面甚多或溢出地面較多，應及時核實充盈系數(shù)，若充盈系數(shù)小于1，則可認為樁身可能存在縮徑或斷樁隱藏患，應及時研究補救措施。
3）若發(fā)現(xiàn)樁身填料面低于設計院標高，應立即補填填料使其頂面高于設計標高0.5m，并用振搗器振實。補填填料時，應將樁頂上的浮土清理干凈，必要時可向孔內先插入鋼模，再清理浮土。
4）確認成樁符合設計要求后用粒狀材料或混粘土封頂，然后移機繼續(xù)下一根樁施工。
3CFG樁復合地基在施工中的質量控制
為保證CFG樁復合地基的施工質量，應控制好以下幾個問題：
1） 選用合理的施工機械設備。在施工準備階段，必須詳細了解地質情況，從而合理地選用施工機械。這是確保CFG樁復合地基質量的有效途徑。
2） 深入了解地質情況，采用合理的施工工藝。在施工過程中，成樁的施工工藝對CFG樁復合地基的質量至關重要，不合理的施工工藝將造成重大的質量問題，甚至導致質量事故，而要選擇確定合理的施工工藝必須深入了解地質情況。只有在深入了解地質情況的基礎上，才能確定合理的施工工藝，并在施工過程中加強監(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，樁機的振動力較小，但當采用連打作業(yè)時，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)，產生嚴重的縮頸和斷樁。此時，應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，土體密度會有顯著增加。而且，打的樁越多，土的密度越大。在補打新樁時，一是加大了沉管難度，二是非常容易造成已打樁斷樁，此時，隔樁跳打亦不宜采用。
當滿堂布樁時，不宜從四周轉向內推進施工，宜從中心向外推進施工，或從一邊向另一邊推進施工。
② 嚴格控制拔管速率。拔管速率太快可能導致樁徑偏小或縮頸斷樁，而拔管速率過慢又會造成水泥漿分布不勻，樁項浮漿過多，樁身強度不足和形成混和料離析現(xiàn)象，導致樁身強度不足。故施工時，應嚴格控制拔管速率。正常的拔管速率應控制在1.2～1.5m／分。
?、?nbsp;控制好混合料的坍落度。大量工程實踐表明，混合料坍落度過大，會形成樁項浮漿過多，樁體強度也會降低。坍落度控制在3～5cm，和易性好，當拔管速率為1.2～1.5m／分時，一般樁頂浮漿可控制在10cm左右，成樁質量容易控制。
④ 設置保護樁長。使樁在加料時，比設計樁長多加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度。上部用土封項，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，避免新打樁振動導致已打樁受振動擠壓，混合料上涌使樁徑縮小。
⑤ 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，導致樁身摻土影響樁身質量，應避免反插。
3)加強施工過程中的監(jiān)測。在施工過程中，應加強監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題，以便針對性地采取有效措施，有效控制成樁質量，重點應做好以下幾方面的監(jiān)測：
?、偈┕龅貥烁哂^測。施工前要測量場地的標高，并注意測點應有足夠的數(shù)量和代表性。打樁過程中則要隨時測量地面是否發(fā)生降起。因為斷樁常和地表隆起相聯(lián)系。
?、谝汛驑稑俄敇烁叩挠^測。施工過程中注意已打樁樁頂標高的變化，尤其要注意觀測樁距最小部位的樁。因為在打新樁時，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)生質量問題的樁應開挖查看，并做出必要的處理。
4結論與效果
經過工程質量檢測中心進行樁土復合地基載荷試驗，所測28個樁點，樁土復合地基承載力特征值fak=200 KPa，滿足設計要求；對107根樁進行基樁低應變動力檢測，樁身混凝土實測強度等級均滿足設計要求的C20，除17根樁為Ⅱ類樁，其余90根均為Ⅰ類樁，樁身質量滿足設計。
CFG樁復合地基是在碎石樁加固地基法的基礎上發(fā)展起來的一種地基處理技術。由于CFG樁改善了碎石樁的剛性，使其不僅能很好地發(fā)揮全樁的側阻作用，同時也能很好地發(fā)揮其端阻作用。CFG復合樁與樁基相比，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。工程造價一般為樁基的1/2-2/3，經濟效益和社會效益非常顯著。
參考文獻：
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[2] JGJ94-94“建筑樁基技術規(guī)范”北京：中國計劃出版社，1994年.
[3] GB50202-2002“建筑基礎工程施工質量驗收規(guī)范”北京：中國計劃出版社，2002年.
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