郭建新
(河北省交通規(guī)劃設(shè)計院,河北 石家莊 050011)
CFG樁是英文Cement Fly-ash Gravel Pile的縮寫,意為水泥粉煤灰碎石樁。CFG樁由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和后制備而成,其典型特征是可變強(qiáng)度。在不同的水泥摻量及配比條件下,CFG的強(qiáng)度等級介于C15~C25之間,且處于剛性樁與柔性樁之間。由于CFG樁和樁間土通過褥墊層形成復(fù)合地基,因此可通過復(fù)合地基原理和性狀進(jìn)行計算或設(shè)計。在工程當(dāng)中,CFG樁不需要計算配筋。此外,部分工業(yè)廢料如粉煤灰、硅灰、爐底灰等和石屑可作摻和料,從而能夠進(jìn)一步降低工程造價,圖1所示為CFG樁處理軟土地基現(xiàn)場示意圖。
圖1 CFG樁處理軟土地基現(xiàn)場
CFG樁一類的復(fù)合地基,多用于高層、超高層建筑或高速公路軟土地基處理工程中。CFG樁的基本工作原理可以簡單理解為復(fù)合地基,其中設(shè)置褥墊層并與基礎(chǔ)連接,CFG的樁端無論是落在一般土層或堅硬土層,均能夠保障樁間的土層參與工作。此外,與樁間土相比,CFG樁體的強(qiáng)度和模量更大,在荷載作用下,CFG樁的樁頂應(yīng)力比樁間土表面應(yīng)力大。在此條件下,CFG樁可將荷載向較深的土層傳遞,從而減少了樁間土承擔(dān)的荷載。因此,由于樁的作用使地基承載力提高,變形減小。
在使用CFG樁的地基中,基礎(chǔ)與樁以及在樁間土之間設(shè)置一定厚度的褥墊層,該褥墊層通常由散體粒狀材料組成。在無褥墊層條件下,地基與樁基礎(chǔ)的承載特性相似,樁間土難以發(fā)揮其承載能力,更不能夠形成所謂的復(fù)合地基。因此,在基礎(chǔ)下設(shè)置褥墊層,從而樁間土載力的發(fā)揮就不單純依賴于樁的沉降,荷載通過褥墊層作用到樁間土上,使樁土共同承擔(dān)荷載。鋪設(shè)墊層的通常做法是,先鋪設(shè)一定厚度和級配的砂石、碎石或粗砂、中砂,形成厚度介于10~30cm的墊層。墊層能夠使基礎(chǔ)荷載向樁間土擴(kuò)散,保證樁體與樁間土共同承擔(dān)荷載。
此外,CFG樁不配筋,樁體利用工業(yè)廢料粉煤灰作為摻和料,大大降低了工程造價。
(1)混凝土、外加劑和摻和料(緩凝劑、粉煤灰),應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求,摻量應(yīng)當(dāng)依據(jù)施工要求,配合試驗室測試確定。
(2)嚴(yán)格按照配合比配制CFG樁的材料。
(3)對于長螺旋鉆孔和管內(nèi)泵壓混合料灌注,其坍落度應(yīng)當(dāng)控制在160~200mm,對于振動沉管灌注樁,其施工坍落度應(yīng)當(dāng)在30~50mm之間。振動沉管灌注成樁后,其樁頂浮漿厚度應(yīng)當(dāng)小于等于200mm。
(4)對于長螺旋鉆孔以及管內(nèi)泵壓混合料成樁,在施工鉆至設(shè)計深度后,應(yīng)把握提拔鉆桿的時間,沉管的提拔速度應(yīng)與混合料泵送量相配合,遇到飽和粉土或飽和砂土層,禁止停泵待料。沉管灌注成樁施工完成后,拔管速度應(yīng)保持勻速,倘若遇到淤泥或淤泥質(zhì)土層,應(yīng)當(dāng)適當(dāng)放慢拔管速度。
圖2所示為CFG樁的基本施工工藝流程圖,但是對不同的軟土地基,應(yīng)當(dāng)采取不同的施工工藝。
(1)對于地下水位以上的粉土、黏性土、中等密實以上的砂土、素填土等,宜采取長螺旋鉆孔灌注成樁法;
(2)對于、粉土、黏性土、砂土以及對噪聲或泥漿污染要求嚴(yán)格的地基,宜采取長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁法;
(3)而對于粉土、黏性土及素填土等地基,宜選用振動沉管灌注成樁法。目前,在高速公路軟土地基處理中經(jīng)常采用的施工方法即為振動沉管灌注成樁法。
圖2 CFG樁作業(yè)流程圖
振動沉管灌注樁是將振動器裝在樁管的上墻,樁管下端底口安裝一個樁尖,在振動器振動力的作用下將樁管沉入地層至設(shè)計深度形成樁孔,然后向樁管內(nèi)吊放鋼筋籠并灌注混凝土形成灌注樁,圖3所示為施工現(xiàn)場圖。
圖3 CFG樁作業(yè)現(xiàn)場
(1)依據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行實地放樣,施工順序為由路中間向外圍間隔跳打,且新、舊樁之間的間隔時間不少于7d;
(2)打樁前,應(yīng)當(dāng)調(diào)整沉管與地面垂直,確保偏差不大于1%;
(3)沉管時,不宜啟動馬達(dá),借助樁機(jī)的自身重量即可將沉管沉至設(shè)計標(biāo)高,當(dāng)混合料加至鋼管投料口齊平,沉管原地振動5~10s才能拔管,且拔管過程中應(yīng)嚴(yán)格控制速度,以0.6~0.8m/min為宜,且每拔出約0.5~1.0m,應(yīng)當(dāng)再次振動5~10s,反復(fù)上述操作,直至拔出沉管為止;
(4)投料時的充盈系數(shù)應(yīng)當(dāng)大于1.15;
(5)在CFG樁施工過程中,為避免樁機(jī)碾壓施工完的樁頭,應(yīng)當(dāng)調(diào)整好打樁順序;
(6)CFG樁檢測完成后,才可以反開挖基坑,且應(yīng)采用人工開挖;
(7)在剔除樁頭時,先找出施工標(biāo)高,在同一水平面按同一角度對稱放置2個或4個鋼釬,同時擊打?qū)额^截斷,再采用手錘、鋼釬等沿著樁體四周向樁心剔除多余樁頭;
(8)在地基復(fù)雜路段,應(yīng)當(dāng)現(xiàn)場了解沉樁進(jìn)度,確保CFG樁穿透淤泥層,且進(jìn)入持力層厚度不小于0.6m。
某干線公路工程當(dāng)中,路線全長約為13.05km,雙向6車道一級公路、輔道按雙向4車道設(shè)計,基層為4%水泥穩(wěn)定石屑底基層+5%水泥穩(wěn)定級配碎石上基層,路面為25cm的水泥混凝土面層。在某標(biāo)段橋頭引道,設(shè)計工后沉降應(yīng)當(dāng)滿足橋頭小于10cm,采用CFG樁對軟土地基進(jìn)行處理。
最終處置方法:CFG樁的設(shè)計直徑為40cm,平面呈正三角形分布,間距依據(jù)計算獲得,要求CFG樁穿透軟土層,進(jìn)入持力層大于60cm,樁長不超過24m。CFG樁的水泥為普通硅酸鹽水泥,碎石直徑為20~50mm,石屑粒徑為2.5~10mm,粉煤灰為Ⅲ級或Ⅲ級以上。
在公路工程建設(shè)中,軟土地基處理是關(guān)鍵工序之一。CFG樁具有經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可靠、施工設(shè)備投入少、進(jìn)出場運(yùn)輸方便、對環(huán)境友好等特點。國內(nèi)的技術(shù)發(fā)展和工程應(yīng)用中,CFG樁技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。此外,和其他樁基處理技術(shù)相比,CFG能夠節(jié)約1/2~2/3的成本,具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
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