周磊

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 前言

試樁是為了確認(rèn)建筑施工機(jī)械設(shè)備、施工工藝和方式以及建筑施工次序，并確認(rèn)水泥的坍落度和含水率。此外，還需要規(guī)定混凝土攪拌持續(xù)時(shí)間和拔管速度，以防止斷樁等問題的發(fā)生。CFG 樁的檢查分為單樁靜載試驗(yàn)、低應(yīng)變檢測(cè)和綜合地基承載力測(cè)試。

許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)CFG 樁進(jìn)行了深入的研究，李智杰總結(jié)了雙向水泥攪拌樁、釘形樁及管樁等樁型在該地區(qū)的可行性和可靠性，并且分析了高壓旋噴樁和CFG 樁無法成樁的原因，提出了布袋注漿樁作為替代方案。則對(duì)CFG 樁復(fù)合地基的承載力進(jìn)行了理論計(jì)算，并與實(shí)際試驗(yàn)進(jìn)行了比較分析。研究發(fā)現(xiàn)，CFG 樁對(duì)樁間土沒有顯著的擠密作用；曾召田、呂海波等人對(duì)CFG 樁的設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入分析，證明了采用CFG 樁復(fù)合地基的可行性，為類似工程提供了寶貴的參考經(jīng)驗(yàn)?？尚行院涂煽啃?，分析了高壓旋噴樁和CFG 樁不能成樁的原因，提出了布袋注漿樁來替代高壓旋噴樁的處理措施；馬永峰、張志豪等，曾召田、呂海波等，王旭、張延杰等探討了兩種復(fù)合地基的承載特性，試驗(yàn)研究成果對(duì)飽和黃土地基處理提供了借鑒和經(jīng)驗(yàn)。張?zhí)┌病⑼踯婄魍ㄟ^對(duì)CFG 單樁及單樁復(fù)合地基的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合靜載測(cè)試和分析，張?zhí)┌埠屯踯婄魈岢隽艘环N有效的靜載試驗(yàn)方法，以鑒定CFG 單樁及單樁復(fù)合地基的強(qiáng)度。

“防患于未然，先行先試”是一種基本原則，通過對(duì)試樁工程施工的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)估，可以驗(yàn)證施工技術(shù)方法的科學(xué)性和適用性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以為后續(xù)施工提供參考，幫助我們更好地完成工作。

2 工程概況

伊翠公路特大橋全長(zhǎng)528.35m，橋梁均呈直線布置，構(gòu)成了一條完整的交通網(wǎng)絡(luò)。樁基礎(chǔ)樁徑為1.0m 合計(jì)140 根，3088m；樁基為C30 混凝土共計(jì)2535.26m3，鋼筋共計(jì)107.42t。按照設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，我們進(jìn)行了工藝性試樁。CFG 樁總長(zhǎng)138812m，樁徑0.5m，樁間距2.0m，呈長(zhǎng)方形布局，平均樁長(zhǎng)4 ～10mm。試樁號(hào)分別為試樁10、試樁11、試樁12、試樁13、試樁14、試樁15、試樁16、試樁17、試樁18，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為5m，設(shè)計(jì)單樁承載力280KN。在這些樁中，低應(yīng)變檢測(cè)樁的編號(hào)分別為10、12、14 和18；而單樁承載試驗(yàn)樁的編號(hào)則分別為10、14 和12，試樁布置圖如圖1 所示，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖2 所示。

圖1 試樁布置圖（單位：m）

圖2 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

3 CFG 樁復(fù)合地基工藝試樁方案

3.1 施工流程

（1）準(zhǔn)備工作。在開始試樁施工之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)建筑施工場(chǎng)地實(shí)行徹底的清理，清除多余的物品，并嚴(yán)格按照規(guī)范要求使場(chǎng)地保持平整。同時(shí)，還要檢查一下供電、線路等工作情況；按照建筑施工前放置的建筑樁位，將釬子伸入地底，使用白灰標(biāo)記，樁位誤差不得超過10cm；此外，還要確認(rèn)長(zhǎng)螺桿鉆機(jī)為履帶型走行鉆機(jī)，可以自動(dòng)就位。在鉆機(jī)安裝完畢后，必須保證它的平整度和穩(wěn)固性，以避免在建筑施工時(shí)出現(xiàn)傾倒或移動(dòng)情況。為了保證鉆桿的水平程度，應(yīng)在鉆架上掛上垂球，并使用前后左右的直角標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)塔身導(dǎo)桿，以校準(zhǔn)鉆桿的高度，使其與樁位中央保持直角。為了保證鉆孔深度的正確性，應(yīng)在樁架上安裝一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，便于在現(xiàn)場(chǎng)開展觀察和記載。此外，在鉆塔前安裝一個(gè)400A 的交流電流表，便于依據(jù)不同的地質(zhì)條件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流變化，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖2 所示。

（2）混凝土制備。參照實(shí)驗(yàn)室規(guī)定的施工配合比完成混合料拌和，通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控和打印機(jī)錄入，每盤料拌和時(shí)限嚴(yán)格控制在120s 以內(nèi)，塌落度也要參照實(shí)驗(yàn)室配合比規(guī)定的各種數(shù)據(jù)加以限制，坍落度一般在160 ～200mm。在鉆機(jī)起步時(shí)，應(yīng)先關(guān)掉鉆頭閘門，然后上下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸地時(shí)，再啟動(dòng)電機(jī)鉆入，先慢后快，以確保澆筑質(zhì)量。在每個(gè)鉆機(jī)到位前，應(yīng)當(dāng)通過自動(dòng)調(diào)整操作系統(tǒng)校核導(dǎo)向架的垂直，以確保樁身的穩(wěn)定性。如果出現(xiàn)鉆桿搖晃或難以鉆入，應(yīng)當(dāng)減慢鉆機(jī)轉(zhuǎn)速，以避免樁孔傾斜、定位，并避免鉆具損傷。此外，還應(yīng)當(dāng)依照鉆機(jī)塔上面的進(jìn)尺標(biāo)志，在成孔到達(dá)工程設(shè)計(jì)高度時(shí)，立即停車鉆入。在鉆入流程中，應(yīng)當(dāng)確保注漿軟管的安裝牢固，避免出現(xiàn)折角，以免發(fā)生堵爆管事故。為了更好地掌握鉆入流程中的電流變化情況，應(yīng)當(dāng)記下每米電壓值，并采集每米及其設(shè)計(jì)斷層面土樣，以便開展地質(zhì)條件檢查。通常，鉆進(jìn)速度應(yīng)掌握在1.2 ～1.5m/min。

（3）灌筑成樁。在鉆井至工程設(shè)計(jì)高度后，終止鉆進(jìn)，開啟泵送混雜料灌注，當(dāng)鉆桿芯管裝滿混雜料后，采取靜止提升鉆桿，控制提升灌注速率在2.5 ～3m/min，澆筑時(shí)樁頂標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)超過工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)50cm，并在樁頂下方2.5m 區(qū)域內(nèi)實(shí)行震動(dòng)搗固，以確保澆筑質(zhì)量。做好樁的灌注后，應(yīng)當(dāng)對(duì)樁頂實(shí)行土封，以確保其良好的保護(hù)。

3.2 試驗(yàn)方法

（1）低應(yīng)變檢測(cè)。在樁頭截取完成后，使用低應(yīng)力反射波法對(duì)樁身加以測(cè)量，以保證其整體性和混凝土強(qiáng)度，并使用鋼卷尺檢驗(yàn)樁徑是否滿足要求。反射波法是一種垂直激振技術(shù)，它根據(jù)分析樁身不同部位的反光波傳播時(shí)間、幅值、波形特征和頻率等信息內(nèi)容，來確定樁身的反光情況。

（2）樁身混凝土鉆芯取樣檢測(cè)。當(dāng)需要進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)時(shí)，可以使用全長(zhǎng)鉆芯法。在樁身的上、中、下三個(gè)部分取樣，并至少取三個(gè)試樣進(jìn)行混凝土抗壓測(cè)試，以評(píng)估樁身的強(qiáng)度、密實(shí)度和垂直度。

（3）靜載荷試驗(yàn)。利用壓重平臺(tái)裝置和預(yù)制塊作為反力控制系統(tǒng)，液壓油泵和千斤頂將負(fù)荷增加到樁頂，并施以豎向式壓強(qiáng)，隨后，負(fù)載逐級(jí)加在樁頂上，由荷重傳感器檢測(cè)荷載，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示樁頂所受負(fù)荷的多少。經(jīng)過手動(dòng)補(bǔ)載和判穩(wěn)，流量控制器可以有效地控制油泵，使加載和補(bǔ)載過程變得平穩(wěn)。當(dāng)樁身發(fā)生變形沉降時(shí)，電子位移傳感器將會(huì)對(duì)樁頭作出對(duì)稱分布，以便及時(shí)記錄各種負(fù)荷影響下樁頂?shù)南鲁亮俊ｋ娮游灰苽鞲衅骼么帕Ρ碜惭b在兩根1200 型槽鋼制成的基準(zhǔn)梁上，兩端固定在基準(zhǔn)樁上，距離試樁中心保持5m的距離。為了更好地完成測(cè)試，我們將負(fù)載分為兩個(gè)級(jí)別：增加和卸載。每級(jí)加載量為實(shí)際試驗(yàn)最大荷載的十倍，第一級(jí)負(fù)荷為二倍。卸載則按照級(jí)別執(zhí)行，每級(jí)卸載量為裝載時(shí)的兩倍。

（4）變形觀測(cè)。在每一層負(fù)荷增加后，應(yīng)每隔5分鐘、10 分鐘和15 分鐘進(jìn)行測(cè)讀，1 小時(shí)后，每30 分鐘再次測(cè)讀，直至到達(dá)相對(duì)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)，方可增加下一層負(fù)荷。卸載時(shí)，每一層壓力持續(xù)一星期，分別在第15、30、60分鐘進(jìn)行測(cè)讀，卸載至0 后，維持3 個(gè)星期。

3.3 預(yù)防斷樁

在CFG 樁施工中，我們采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)進(jìn)行開挖。當(dāng)鉆機(jī)安裝完畢后，開動(dòng)電機(jī)，將螺旋鉆桿鉆入地底。在下料流程中，我們使用線錘檢測(cè)鉆桿的垂直，并記下鉆機(jī)工作流程中的電壓值。當(dāng)鉆至工程設(shè)計(jì)高度時(shí)，我們開啟泵壓攪拌料，并在攪拌料下到孔底后均勻提鉆。為了確保鉆頭矛尖永遠(yuǎn)埋在攪拌料中，并防止斷樁，需要按照泵入攪拌料量調(diào)節(jié)提鉆頻率。如果發(fā)現(xiàn)攪拌料問題，請(qǐng)按下聯(lián)動(dòng)開關(guān)按鍵，以便及時(shí)停機(jī)提鉆。拔管頻率過快或許會(huì)引起樁徑偏小或縮頸斷樁，而拔管頻率過慢則會(huì)引起水泥料分配不勻，樁頂浮漿較多，從而使樁體硬度不夠，甚至出現(xiàn)混和料離析現(xiàn)象。在施工進(jìn)程中，應(yīng)嚴(yán)控拔管速度，一般情況下，拔管速度應(yīng)保持在2.5～3m/min。

4 CFG 樁試驗(yàn)結(jié)果

4.1 樁身完整性檢測(cè)

通過低響應(yīng)反射波法檢查CFG 試樁，可以準(zhǔn)確地評(píng)估樁身的整體性。樁頭遭受縱向激振時(shí)，應(yīng)力波會(huì)沿著樁身方向流傳，并在樁身缺口部份及樁底產(chǎn)生反映，從而可以準(zhǔn)確地測(cè)量出反射波的走時(shí)、相位、頻譜等參數(shù)，并利用多種數(shù)據(jù)處理方法，如頻譜分析、傳遞函數(shù)分析等，對(duì)樁身質(zhì)量做出綜合數(shù)據(jù)分析，以確保樁身的穩(wěn)定性。經(jīng)過低響應(yīng)反射波法測(cè)試，4 根CFG 試樁的時(shí)域信號(hào)特征顯示：2L/c 時(shí)間前沒有任何缺口反射波，而樁底反射波則存在，其相鄰頻差△f ≈c/2L，表明樁身穩(wěn)定性良好。

4.2 復(fù)合地基承載力檢測(cè)

根據(jù)《鐵道施工地基處理技術(shù)法規(guī)》（TB10106-2010）附錄C，C.0.12 條規(guī)范，檢測(cè)的三點(diǎn)，當(dāng)增加至設(shè)計(jì)強(qiáng)度的二倍時(shí)，p-s 曲線均表現(xiàn)出平緩圓滑的特點(diǎn)，而且按照相應(yīng)變化值（s=0.008d=16mm）設(shè)定的強(qiáng)度也超過了最高加載壓強(qiáng)的一半，因此，單樁復(fù)合地基的允許強(qiáng)度可以取400kPa 的一半，以確保其安全性和可靠性。200kPa 是一個(gè)極高的電壓。結(jié)果得出，本次檢測(cè)的3 點(diǎn)CFG 試樁單樁復(fù)合地基容許承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 基樁承載力檢測(cè)

對(duì)3 根CFG 試樁進(jìn)行了復(fù)合地基單樁載荷試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其單樁豎向抗壓容許承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)《鐵道施工地基處理技術(shù)法規(guī)》(TB10106-2010)附錄B，B.0.10 條的規(guī)定，在檢測(cè)過程中，3 根樁均未出現(xiàn)異常狀況，Q ～s 曲線平緩圓滑，如圖3 所示，因?yàn)闃俄斪罡呦鲁列∮?0mm，所以，我們將測(cè)試最高加載壓力設(shè)定為單樁豎向耐壓極限承載力，其中一半作為單樁軸線耐壓允許承受能力，即280kN，CFG 試樁的單樁軸線耐壓允許承受能力均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

圖3 10#樁Q-s 曲線

4.4 參數(shù)評(píng)價(jià)

通過工藝試驗(yàn)，跨伊翠公路特大橋9#墩-1#樁基獲得主要試驗(yàn)參數(shù)，護(hù)筒埋設(shè)采用內(nèi)徑1.4m，壁厚6mm，長(zhǎng)度3m 鋼護(hù)筒。使用高強(qiáng)度鋼制的導(dǎo)管，內(nèi)徑達(dá)300mm，每節(jié)長(zhǎng)度為3m，并配有1.5m 長(zhǎng)、1m 短的管道，由粗絲扣和法蘭螺栓相連，插頭處使用橡皮圈封口，以確保防水效果。使用前泌水試驗(yàn)，無漏水現(xiàn)象發(fā)生。首封混凝土采用儲(chǔ)砼量2m3的大料斗，滿足導(dǎo)管埋深1m 的要求。在水泥澆注流程中，管道的埋深被控制在2 ～6m，使得整體澆注流程變得順利而高效。這些主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及其他獲得成果指標(biāo)能夠指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)沖擊鉆機(jī)成孔工藝的施工，該項(xiàng)工藝試驗(yàn)成果可以推廣，可用于后續(xù)沖擊鉆機(jī)進(jìn)行本標(biāo)段其他地質(zhì)情況類似的樁基鉆孔樁施工。

5 結(jié)語

（1）基于跨伊翠公路特大橋CFG 樁施工項(xiàng)目，總結(jié)出了CFG 樁復(fù)合地基工藝試樁方案與試驗(yàn)方法。

（2）使用低應(yīng)變測(cè)定方法對(duì)樁體整體性加以詳細(xì)檢查，并根據(jù)單柱靜載試驗(yàn)，計(jì)算出樁側(cè)摩阻力和樁端阻力，最后通過復(fù)合地基承載力測(cè)試，獲得復(fù)合地基的強(qiáng)度和下沉信息。

（3）根據(jù)檢測(cè)結(jié)果得出，單樁豎向抗壓容許承載力、單樁復(fù)合地基容許承載力、單樁豎向抗壓容許承載力均滿足設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)研究方法對(duì)CFG 樁在路基加固工程中具有推廣應(yīng)用的實(shí)際意義。