淺談高寒地區(qū)CFG樁施工工藝(一)

淺談高寒地區(qū)CFG樁施工工藝
哈齊客專項目部 馬爽
 摘要:哈齊鐵路客運專線作為國內第一條在嚴寒地區(qū)修建的高速鐵路有許多新課題需要研討，如嚴寒地區(qū)客專路基的防凍脹問題、嚴寒地區(qū)無砟軌道板的鋪設等，本文著重介紹了哈齊客運專線在CFG樁施工方面的施工工藝，為今后嚴寒地區(qū)的客運專線建設提供了理論依據(jù)與施工指導。
關鍵詞：路基 防凍脹 CFG樁施工 客運專線
 一、術語
 1、CFG樁：又稱水泥粉煤灰碎石樁。
 2、CFG樁：由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高黏結合度樁，并由樁、樁間土和墊層一起組成復合地基的地基處理方法。
 二、基本規(guī)定1、CFG樁應選擇承載力相對較高的土層作為樁端持力層。
2、CFG樁復合地基設計時應進行地基變形驗算。
 3、技術人員應掌握所承擔工程地基處理目的、加固原理、技術要求和質量標準等。施工中應有專人負責質量控制和監(jiān)測，并做好施工記錄。當出現(xiàn)異常情況時，必須及時會同有關部門妥善解決。
 4、施工過程中應有專人或專門機構負責質量監(jiān)理。施工結束后應按國家有關規(guī)定進行工程質量檢驗和驗收。
 三、施工準備1、施工前應具備下列資料和條件
 （1）建筑物場地工程地質勘察報告和必要的水文資料；
 （2）CFG樁布樁圖，并應注明樁位編號，以及設計說明和施工說明；
 （3）建筑物場地鄰近的高壓電纜、電話線、地下管線、地下構筑物及障礙物等調查資料；
 （4）具備“三通一平”條件。
 2、施工技術措施
 （1）確定施工機具和配套設施；
 （2）編制材料供應計劃，標明所用材料的規(guī)格、質量要求和數(shù)量；
 （3）試成孔不小于2個，以復核地質資料以及設備、工藝是否適宜，核定選用的技術參數(shù)；
 （4）按施工平面圖放好樁位；
 （5）確定施打順序及樁機行走路線；
 （6）施工前，放好樁位、CFG樁的軸線定位及測量基線，并由監(jiān)理、業(yè)主復核；
 （7）在施工機具上做好進尺標志。
 3、CFG樁選用的水泥﹑粉煤灰﹑碎石﹑石屑（砂）﹑水等原材料應符合設計要求，并按相關規(guī)定進行檢驗。
 （1）本段CFG樁水泥采用P.042.5水泥。
 （2）粉煤灰采用Ⅱ級或Ⅲ級粉煤灰。
 （3）粗骨料粒徑采用5～50mm,砂的含泥量應小于3%。
 (4)長螺旋鉆孔內泵壓混凝土灌注施工，坍落度控制在16～21cm。
四、施工工藝
圖1 CFG樁施工工藝流程圖

 1、樁機就位
 樁機就位后，調整鉆桿與地面垂直，并使鉆桿對準樁位中心，現(xiàn)場技術人員檢查調整樁位偏差及垂直度。CFG樁垂直度允許偏差不大于1.0%，樁位偏差（縱橫向）不大于50mm。
 2、鉆進成孔
 A 鉆孔開始時，關閉鉆頭閥門，操縱下移鉆桿，鉆頭觸及地面時，啟動馬達鉆機。鉆進應先慢后快，同時檢查鉆孔的偏差并及時糾正。
 B 樁機操作手和現(xiàn)場讀尺人員要密切配合，鉆機每鉆進1m, 讀尺人員要及時通知樁機操作手記錄電流數(shù)據(jù)，操作手在電流表電流發(fā)生明顯變化時，要通知現(xiàn)場讀尺人員做好鉆機進尺及土層變化的記錄。當電流顯示已進入硬土層時，要控制進尺，確保嵌入深度滿足設計要求。
 C 樁身進入持力層的深度要求：一般對于第四系地層應嵌入砂類土或硬塑黏土深度不小于2m,對于下伏基巖地段應嵌入全風化層不小于1m。
 D 鉆孔至設計高程后，要對地質情況進行詳細的記錄。
 E 發(fā)現(xiàn)地質情況與設計不符，要及時通知設計單位。
 F 在成孔過程中，發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時，應放慢進尺，防止樁孔偏斜、位移及鉆桿、鉆具損害。當鉆至設計標高后，一般采用靜止提拔，但對易卡鉆的區(qū)域，在圓礫層內允許采用邊轉邊提，離開圓礫層后采用靜止提拔。
 3、混凝土攪拌：混凝土攪拌嚴格按配合比進行配料。
 4、現(xiàn)場試驗人員主要工作
A 每臺班抽驗現(xiàn)場檢驗混凝土坍落度3次。
B 每臺班在現(xiàn)場作一組（3塊）混凝土試件，進行28標準養(yǎng)護試件抗壓強度檢驗�，F(xiàn)場試驗人員要記錄取樣試件與當日對應灌注的CFG樁的編號。
 5、灌注及拔管：鉆孔至設計高程后或嵌入硬層深度滿足設計要求后，停止鉆進，開始泵送混凝土，當鉆桿芯管充滿混凝土后開始拔管，嚴禁先提管后泵料。鉆桿應采用靜止提管，施工中嚴格控制鉆桿提拔速度和混凝土泵的泵送量，混凝土泵送量應于與提拔速度相配合，保證連續(xù)提拔，保證樁體連續(xù)、均勻、密實�，F(xiàn)場技術人員應記錄混凝土灌注的起止時間，推算單樁混凝土灌注量。
 6、施工樁頂高程宜高出設計高程不少于50cm，灌注成樁完成后，樁頂蓋土封頂予以保護。
 7、移機
上一根樁施工完畢，鉆機移位，進行下一根樁的施工。當樁機移至下一根樁位施工時，應根據(jù)軸線或周圍樁的位置對須施工的樁位進行復核。
五、CFG樁施工質量控制措施
 1、所用的水泥和粗細骨料品種、規(guī)格、質量應符合設計要求。
 2、樁體連續(xù)密實，不得有斷樁、縮徑等缺陷。
 3、允許偏差
 A 樁長：不小于設計深度
 B 鉆孔垂直度≤1.0%
 C 樁徑：不小于設計值 
 D 樁位：50mm
 4、成品保護
 A 成樁后嚴防重型機械行走或擾動，防止使樁頭壓松造成樁頂混凝土不成型、段樁。
 B 清土采用小型機械設備及人工開挖、運輸，清土預留至少20cm人工清除找平；避免斷樁及對地基土的擾動。
 5、質量檢驗
 A 低應變檢測
 CFG樁施工完畢后，按成樁總數(shù)的10%進行檢測，且每檢驗批不少于5根。樁體質量檢驗在成樁28天后進行，采用低應變動力檢測CFG樁樁身完整性。
 B 復合地基承載力檢測
 采用載荷試驗進行復合地基承載力檢測，待設計明確后施工。
六、常見問題及處理措施
 1 堵管的預防措施
 （1）混合料配合比應合理�；旌狭系呐浜媳龋悍勖夯覔搅恳丝刂圃�70kg/m～90kg/m的范圍內，條件允許時，宜采用Ⅰ級粉煤灰，碎石宜采用5-25mm的連續(xù)級配碎石，防止粒徑過大穿越彎管時堵塞彎頭或造成混合料和易性差。
 （2）嚴格控制混合料坍落度。施工時坍落度宜控制在16～20cm。坍落度太大的混合料，易產(chǎn)生泌水、離析，泵壓作用下，骨料與砂漿分離，摩擦力加劇，導致堵管。坍落度太小，混合料在輸送管路內流動性差，也容易造成堵管。
 （3）嚴格按工藝操作，鉆孔進入土層預定標高后，開始泵送混合料，管內空氣從排氣閥排出，待鉆桿內管及輸送軟、硬管內混合料充滿連續(xù)時方才提鉆。若提鉆時間較晚，在泵送壓力下鉆頭處的水泥漿液被擠出，容易造成管路堵塞。
 （4）防止設備缺陷造成堵管。彎頭曲率半徑不合理也能造成堵管。彎頭與鉆桿不能垂直連接，否則也會造成堵管�；旌狭陷斔凸芤�定期進行清洗，否則管路內有混合料的結硬塊，還會造成管路的堵塞。
 （5）鉆桿達到設計高程后，開始泵送混合料，管內空氣從排氣閥排出，鉆桿芯管及輸送管充滿混合料，應及時提鉆，若不及時提鉆，在泵送壓力下會使鉆頭處的水泥漿液擠出，使鉆頭閥門處產(chǎn)生無水泥漿的干硬少漿的混合料塞體，堵塞管道。
 2 竄孔的預防措施
 在飽和粉土、粉細砂層中成樁經(jīng)常會遇到下面情況，打完1號樁后，在施工相鄰的2樁時，發(fā)現(xiàn)未結硬的1號樁的樁頂突然下落，當2號樁泵入混合料時，1號樁的樁頂開始回升，此種現(xiàn)象稱為竄孔。由于竄孔對成樁質量的影響，施工中應采取的預防措施：
 （1）采取隔樁、隔排跳打方法；
 （2）減少在竄孔區(qū)域的打樁推進排數(shù)，減少對已打樁擾動能量的積累；
 （3）改進鉆頭，合理提高鉆頭鉆進速度；
 3 樁頭空芯的預防措施
 施工過程中，排氣閥不能正常工作所致。鉆機鉆孔時，管內充滿空氣，泵送混合料時，排氣閥將空氣排出，若排氣閥堵塞不能正常將管內空氣排出，就會導致樁體存氣，形成空芯。為避免樁頭空芯，施工中應經(jīng)常檢查排氣閥的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)堵塞及時清洗。
 4 樁端不飽滿的預防措施：
 這主要是因為施工中為了方便閥門的打開，先提鉆后泵料所致。這種情況可能造成鉆頭上的土掉入樁孔或地下水浸入樁孔，影響CFG樁的樁端承載力。為杜絕這種情況，施工中前、后臺工人應密切配合，保證提鉆和泵料的一致性。
 5 縮徑、斷樁的預防措施
 （1）嚴格控制拔管速度，尤其是飽和黏土、地下水豐富的孔位，應嚴格將拔管速度控制在2.0～2.5m/min，且送料、拔管應連續(xù)均勻。實踐證明，將鉆頭保持在埋深0.5m左右，基本可消除飽和黏土中CFG斷樁率。
 （2）備足混合料，隨鉆隨澆注，防止停工待料。
 （3）經(jīng)常檢查螺旋直徑，防止螺旋磨耗造成樁徑不足。
   （4）嚴格控制清表后的地基壓實質量，提高原地面地基承載力同時，在長螺旋支腿處外加設枕木，減少地基接觸應力，防止長螺旋機走行擠壓造成樁基斷樁、變形。
 6 鉆頭閥門打不開的預防措施
 采用下開式鉆頭或其他先進工藝的鉆頭，防止泥漿回灌或砂粒，小卵石等卡住。
 調整樁長，令樁端穿過透水性好、高水頭的砂土或卵石層進入粘土層。
結束語:
 高寒地區(qū)的路基施工有其特殊性，在今后的施工中還應認真總結。
施工及驗收依據(jù):
[1]《客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準》 鐵建設〔2005〕160號；
[2]《鐵路工程基樁檢測技術規(guī)程》TB10218-2008；
[3]《建筑地基處理技術規(guī)范》JGJ 79-2002；
[4]《哈齊鐵路客運專線基樁檢測工作手冊》；
[5]《哈齊客運專線混凝土工程質量控制手冊》；
[6] 哈齊客專設計文件。
可參考的規(guī)范及標準
[1]《長螺旋鉆孔泵壓混凝土樁復合地基技術規(guī)程》DB13(J)31-2001；
[2]《哈大客運專線路基工程質量控制手冊》2007年10月。

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