CFG桩试桩工艺研究分析

刘冰冰

0 引言

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称,是一种新型桩体,一般桩径为300 mm～600 mm,桩身材料除了素混凝土桩的碎石、掺适量水泥和水外,还添加了石屑(砂)、粉煤灰,CFG桩体强度等级为C5～C25。与桩基相比,由于CFG桩桩体可以掺入工业废料粉煤灰,不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力,工程造价一般为普通桩基的1/3～1/2,经济效益和社会效益非常显著,且有施工速度快、工期短、质量容易控制等特点,因此近些年被广泛应用。

1 工程概况

新建铁路西格二线站前工程Ⅱ标段,设计行车速度200 km/h,预留250 km/h,软基处理工点36个,有21个采用CFG桩施工加固,总桩长1 121 436延米,本段上覆土主要为第四系全新统长乐组海积层,第四系全新统坡洪积层,第四系全新统坡残积层,下伏基岩为燕山早期侵入花岗岩。地下水呈弱硫酸性腐蚀及弱溶出型侵蚀。

施工时选取DK129+650～DK129+770段3根CFG桩作为试桩,此段设计给出的桩长范围是5.5 m～9 m,但是施工中桩机上抬和灌入度的控制是没有设计依据的,施工前要进行成桩工艺试验,确定施工工艺和参数。

2 试桩方案

2.1 估算桩长

按地质核查的钻探结果,估算桩长为8.6 m。

2.2 钻机选择

根据西格二线实际情况,CFG桩都设计在软弱土层,离居民区较远的实际情况,全线都采用振动沉管打桩机进行施工。

2.3 试桩工艺流程

1)清理场地,施工前应平整并碾压地表,清除现场杂物,以利于桩机移位。

2)根据施工设计图纸,测量放线,定出桩位。

3)桩机进入现场,振动沉管机选用DZKS系列振动锤,电机功率30×2 kW,空振振幅8.1 mm,允许拔桩力200 kN,允许加压力120 kN,偏心轴转速1 100 r/min,净偏心力矩270 N·m,中空锤通孔φ 500 mm。根据设计桩长、沉管入土深度确定机架高度、沉管长度,进行设备组装。

4)桩机就位,架设钻机使钻机钻塔天轮外缘、钻头及桩位点三点成一线,钻杆垂直,钻头矛尖对准就位点后固定钻机,调整钻机液压脚,保证钻机水平。钻机就位后,应用钻机塔身的垂直标杆检查塔身导杆,校正位置,垂直度偏差不大于1%。

5)启动马达振动沉管到预定标高,停机,沉管过程中做好记录,每沉1 m记录电流表电流一次,并对土层变化予以说明。

6)停机后立即向管内投料,每次灌注混凝土量必须满足管内的存储量能够产生足够的压力,以保持桩体混凝土有足够的密实度。混合料按设计配合比经强制式搅拌机进行搅拌,拌合时间不得少于2 min,加水按坍落度3 cm～5 cm控制,成桩后浮浆厚度以不超过10 cm为宜。

7)启动马达,留振5 s～10 s,开始拔管,拔管速率为1.2 m/min(拔管速率为线速率,不是平均速率),如遇淤泥质土,拔管速率可放快1.4 m/min,拔管过程中不允许反插,如上料不足,须在拔管过程中投料,以保证成桩后桩顶标高达到设计要求,成桩后桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5 m。

8)确认成桩符合设计要求后,用湿黏土或粒状材料封闭保护桩头,然后移机进行下一根桩的施工。

2.4 材料及配合比要求

CFG桩桩体材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥配合而成,当粉煤灰材料来源困难时,可以砂取代。桩身水泥采用C32.5抗弱硫酸型酸性侵蚀及弱溶出型侵蚀水泥,水泥掺量不大于200 kg/m3,掺加优质粉煤灰(等级不低于Ⅲ级),粉灰比为1～1.2,石屑率一般在0.3左右,碎石粗骨料满足级配要求,松散堆积密度大于1 500 kg/m3,碎石最大粒径不大于 40 mm,坍落度控制标准为 30 mm～50 mm,混合料28 d标准立方体无侧限抗压强度不小于5 MPa。

3 试验检测

3.1 基桩低应变动力检测

试桩结束28 d后,根据现行《基桩低应变动力检测规程》对3根试桩进行低应变动力检测试验,检测结果为Ⅰ类桩,桩身完整。

3.2 取芯检验

用双管单动取样器钻取CFG桩桩芯,发现试桩桩体均匀性良好,没有蜂窝及离析现象,芯样经无侧限抗压试验,结果符合设计强度5 MPa要求。

3.3 单桩复合地基承载力试验

1)试验。根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范要求进行单桩复合地基承载力检测。单桩复合地基载荷试验使用边长为1 000 mm的正方形刚性压板(面积为1 m3)。使用堆载平台堆黄砂提供试验反力,逐级加载直至加载结束,然后分级卸载到零。单桩复合地基载荷试验的最大试验荷载不小于设计要求的2倍:250×1×2=500 kN。根据JGJ 79-2002规范附录A的A.0.5条:加荷等级可分为8级～12级,本次试验加荷等级分为8级,首级加载126 kN,以后7级各加载63 kN(126+63×6=504 kN)。根据JGJ 79-2002规范附录A的A.0.6条:每加一级载荷前后分别读记承压板沉降量一次,以后每半小时读记一次,当一小时内沉降增时小于0.1 mm时可加下一级荷载。本次CFG桩1个单桩复合地基试验点的载荷试验均因试验荷载达到预定最大加载量而终止加载。根据JGJ 79-2002规范附录A的A.0.8条:卸载级数可为加载级数的1/2,等量进行,每卸一级,间隔半小时,计读回弹量,待全部卸载后间隔3 h,计读回弹量。

2)载荷试验资料分析。从87号～28号单桩复合地基载荷试验试验点 Q—S关系曲线可以看出,在加载至504 kN(504 kPa)时,地基总沉降量为10.85 mm,沉降量不大,末级荷载作用下的地基沉降量为3.25 mm,地基随荷载沉降速率为0.051 6 mm/kN;从S—lgt曲线看,各级荷载对应的时程曲线均较平坦,未出现明显下弯;从卸载回弹情况看,完全卸载后地基残余沉降为8.52 mm,最大回弹量为2.33 mm,回弹率为21.47%。以上情况表明,该试验点地基受压尚未进入极限状态,承载能力有一定余量,根据JGJ 79-2002规范中复合地基荷载试验要点,该试验点复合地基的极限承载力不小于最大试验荷载值(504 kN),可取 S/d=0.006(S=6 mm)对应荷载值(398 kPa)与最大试验荷载的一半(252 kPa)二者中的最小值(252 kPa)作为该试验点复合地基的承载力特征值。本段要求单桩复合地基承载力不小于250 kPa(设计值),试桩结果符合设计要求。

4 结语

通过试桩试验发现,按估算桩长试验的3根桩完全符合设计的各项指标要求,没有断桩、夹泥、缩颈等质量通病的出现,说明采用以上施工工艺方案是可行的,可以按此工法进行大面积施工。这样就摒弃了以往根据CFG桩桩机抬架判断终桩的依据(因为每台CFG桩机质量不同,配重不同,统一按抬架判断是否终桩误差非常大),可以节约大量材料和时间。同时也要求施工技术人员认真核实地质纵断图,严格按规范要求进行地质核查,保证地质资料的准确性,这样才能准确的进行桩长估算。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].

[2] 中铁十二局集团三公司西格铁路项目部.西格线施工作业指导书汇编[Z].2007.

[3] TZ 212-2005,客运专线铁路路基工程施工技术指南[S].

[4] 魏 平.CFG桩复合地基的工作机理及承载力确定[J].山西建筑,2008,34(6):150-151.