劉彥濤
(中鐵建設集團有限公司基礎設施事業(yè)部,北京 100040)
CFG 樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱,是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合組成的高黏結強度樁,和樁間土、褥墊層共同形成復合地基。褥墊層越薄,樁分擔荷載越大,樁間土荷載分擔比越??;隨著褥墊層厚度的增加,樁承擔荷載增長趨勢變緩,故為充分發(fā)揮樁的承載作用,合理褥墊層的厚度為20~30 cm[1]。CFG 樁復合地基技術是軟土地基處理中一種實用、經(jīng)濟、適應性廣的針對大面積軟基處理的有效方法[2]。
近年來,地基處理技術發(fā)展迅速,越來越多的新地基處理技術應用于建筑工程建設中。其中,CFG 樁作為一種常用的地基處理技術,不僅施工效率高、地基處理效果好,并且成本和技術難度也相對較低[3]。結合工程地質條件,科學合理地選擇多樁組合型復合地基處理技術,不僅能夠滿足結構設計要求,而且提高了實際的經(jīng)濟效益,提升了工程質量[4]。
北京朝陽站工程行包通道,設計標高為±0.00(相對于絕對高程35.38 m)。CFG 樁樁長7.5 m、樁徑400 mm,樁間距1 800 mm,正方形布置,樁數(shù)707 根,混凝土設計強度為C20。設計樁頂標高為-9.35 m,樁底標高為-16.85 m,灌注標高宜高出設計樁頂標高不少于0.5 m。樁頂埋深7 m,開挖后發(fā)現(xiàn)大量CFG 樁超灌2 m以上。
CFG 樁超灌過高,導致土方開挖施工無法正常進行,增加大量樁間土開挖施工及二次截樁工程量,并存在挖機斷樁風險,造成經(jīng)濟損失及質量風險。
(1)CFG 樁成樁后未及時清理樁間土,樁間土體過高,在混合料灌注過程中,施工人員無法準確判斷混合料灌注高度,造成CFG超灌。
(2)CFG 樁灌注混合料時拔管過快。通過查看原始記錄,發(fā)現(xiàn)CFG 樁灌注混合料時,拔管速度超過1.5 m/min 時,混合料泵送量將難以掌握,造成大部分樁超灌嚴重。而拔管速度小于1.5 m/min 時,混合料泵送量相對可控,超灌量較少。同時因為提鉆太快泵送混凝土跟不上提鉆速度,鉆頭上的泥土落入樁孔內,帶來斷樁的質量風險。
(3)沒有對投料量進行精確計算。混合料灌注到CFG 樁的樁頂標高后,沒有控制結束的有效措施,樁頂標高主要依靠施工人員的經(jīng)驗控制,也沒有對每次泵料量實際測算,造成施工超灌情況嚴重。
(4)現(xiàn)場作業(yè)人員信息傳遞、指令傳達緩慢。由于現(xiàn)場施工時存在噪聲,控制標高人員與泵送混合料人員之間存在距離,指令發(fā)出與接收時間有誤差。
(5)充盈系數(shù)理論值偏大。造成灌注混合料計劃量偏大。由于操作人員無法準確預估CFG 樁實際灌注高度,將計劃混凝土全部灌注進樁孔內,造成CFG 樁體嚴重超灌[5]。
(6)鉆桿尺寸偏小。施工人員往往會根據(jù)以往項目的施工經(jīng)驗選擇鉆桿尺寸,鉆桿尺寸會略小于樁徑,但由于不同項目、不同地點,相應的地質條件存在差異,這種依靠經(jīng)驗的選擇往往存在偏差。實際需要灌注的混合料方量小于設計值,但現(xiàn)場未進行實際的測量分析,仍按理論方量灌注混合料,造成樁體超灌。
(7)不良地質條件。CFG 樁施工深度范圍內存在砂層,會影響混凝土灌注量的判斷。
(8)操作工人技術不扎實。理論水平與綜合素質較低,導致在施工過程中操作不規(guī)范。
主要針對(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)這6個方面提出相應控制措施。
CFG樁超灌控制措施見表1。
表1 CFG樁超灌控制措施
(1)嚴格控制拔管速度,現(xiàn)場旁站人員嚴格監(jiān)督,禁止樁基操作人員隨便調整拔管速度,依據(jù)地質資料及設計圖紙要求,限定拔管速度維持在1.5 m/min。
(2)每個樁基班組配備口哨,在灌注混合料過程中安排專人負責控制,當灌注到設計樁頂標高時,觀察人員使用口哨向泵機操作人員發(fā)出停泵信號。確保指令傳遞快速有效。
(3)計算地泵每次泵料方量與混合料表面上升高度之間的關系,通過現(xiàn)場小型構件進行地泵單次泵料方量試驗。
經(jīng)過試驗統(tǒng)計2 m3混凝土需泵送35、36、36、37、36 次(共進行5 次試驗統(tǒng)計),取平均值36 次。q泵=2÷36=0.055 6 m3。
直徑為400 mm 的CFG 樁每米的混合料用量q 為:q=πr2×1=3.14×0.22×1=0.125 6 m3。
地泵每加壓一次,CFG 樁孔內混合料液面上升高度h為:h=0.055 6÷0.125 6÷1.044=0.42 m。
經(jīng)過計算得出地泵每加壓一次,CFG 樁身提高0.42 m。
(4)準確計算充盈系數(shù)以及充盈系數(shù)控制措施。對前期已經(jīng)施工的樁體進行實際分析,通過土體開挖后超灌高度的實際測量,以及施工原始記錄中的灌注方量,計算實際的充盈系數(shù)。
取10 組數(shù)據(jù),超灌高度分別為:1.8、1.9、1.9、2.0、2.0、2.0、2.1、2.1、2.1、2.2 m。取超灌高度為2.0 m,10根樁平均灌注混合料方量為1.18 m3。
充盈系數(shù)計算:1.18÷〔0.2×0.2×3.14×(7+2)〕=1.044。
①嚴格控制場地清表高程和平整度,保證清表后高程偏差在±100 mm。
②鉆機組裝完成,對鉆機進行驗收,檢查鉆桿直度及尺寸,先進行運轉試驗,驗收合格、運轉正常方可進行正式施工。每個施工區(qū)域開始施工前,精確測量鉆桿實際長度,鉆頭鉆至設計標高時,在動力頭底面相應的鉆機塔身處作醒目標記,作為控制樁長的依據(jù)。
③增大施工樁間距,采取隔樁跳打工藝,盡量避免發(fā)生串孔。每一列先施工灰色樁位、后施工紅色樁位,逐列向前推進(見圖1)。
圖1 CFG樁位平面布置
④配備專職監(jiān)督人員嚴格控制混凝土質量,對每車混合料進行坍落度檢測,數(shù)值控制在180±20 mm,防止發(fā)生堵管等情況,保證混合料灌注一次成樁[6-7]。
⑤避免停機待料現(xiàn)象,現(xiàn)場混凝土罐車充足,儲備一定數(shù)量的混合料后方可開鉆,確?;炷猎诖┻^容易串孔土層時的連續(xù)性。
⑥施工過程中,每臺鉆機安排專職人員24 h 盯控,做好施工原始記錄,載明鉆進時間、鉆機電流值、鉆進深度、灌注時間、混合料灌入量、泵料次數(shù)、泵壓等數(shù)據(jù),出現(xiàn)異常情況及時處理。
⑦對于樁頂標高接近地面的CFG 樁體,每個區(qū)域開鉆前先試鉆3 根,詳細統(tǒng)計混合料使用量和充盈系數(shù),確定該段混合料指導用量,在泵送混合料時通過控制泵壓和泵送次數(shù)控制混合料用量。
(5)由于地質條件不同,成樁尺寸會存在差異。通過對CFG 樁的成樁尺寸測量,選取10 根數(shù)據(jù)如下:382、382、382、383、383、383、383、384、384、385 mm,施工所用鉆桿尺寸為370 mm。通過實測發(fā)現(xiàn)樁徑尺寸普遍偏小,存在質量風險,通過分析成樁尺寸與鉆桿尺寸之間的差值,得出鉆桿尺寸為385 mm 適合此地質條件。施工鉆桿見圖2。
圖2 施工鉆桿
(6)以北京朝陽站綜合運輸通道CFG 樁施工為例,樁頂標高以下3.5 m處存在砂層,砂層厚度1.2 m,樁體需穿透砂層。地質剖面見圖3。CFG 樁外圍設置有直徑800 mm 人工挖孔樁,挖樁發(fā)現(xiàn)CFG 樁在砂層發(fā)生擴徑現(xiàn)象,如設計半徑200 mm 的CFG 樁,實際單側半徑達到1 200 mm,設計樁間距1.8 m,砂層范圍平均擴徑可達半徑900 mm。砂層擴孔示意見圖4。
圖3 地質剖面
圖4 砂層擴孔示意圖
每米樁長增加混合料用量2.414 4 m3,對混合料用量及樁頂標高控制造成很大影響。施工過程中流砂層對混合料灌注量的影響與樁體所在區(qū)域CFG 樁施工順序、單根樁體所處位置都有關系,只能通過本區(qū)域已經(jīng)施工的CFG 樁實際用量估算,無法準確計算。樁頂標高只能通過灌注過程中加強盯控測量進行控制。
通過采取新的施工措施,發(fā)現(xiàn)CFG樁樁頂標高控制效果良好。對本工程CFG樁樁頂標高進行抽查,絕大部分CFG樁樁頂標高達到預期效果,杜絕了嚴重超灌現(xiàn)象。
通過北京朝陽站工程CFG 樁復合地基施工情況分析,發(fā)現(xiàn)嚴格控制拔管速度、采取有效的信息傳遞方式,并進行準確的理論計算,以及通過試驗樁準確計算充盈系數(shù),能很好地控制CFG 樁超灌現(xiàn)象,同時減輕斷樁風險。在經(jīng)濟上還可以減少浪費,節(jié)約材料用量,大大減少樁間土施工工程量及施工時間,可為其他類似工程施工起到一定的借鑒作用。