水泥粉煤灰碎石桩在软土路基处理中的应用

■徐晓莲，余成英 ■鄂州职业大学，湖北 鄂州 436000

随着国家交通发展和高速公路网建设的推进，高速公路建设突飞猛进。在公路工程施工建设过程中，不可避免地会遇到软土路基。众所周知软土路基具有含水量高、压缩性高、抗剪强度低、承载力低等诸多不利特点，如果不做任何处理或处理不当，将会造成很多工程破坏问题，严重时会影响道路的正常通行。软土路基处理的方法有多种，每种方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点，这里仅介绍水泥粉煤灰碎石桩(简称CFG 桩)在软土路基中的应用。

1 工程概况

鄂州市市政工程公司某拟建道路工程全长3450 米，宽50 米。地处长江一级阶地地貌单元，有剥蚀残丘、湖塘河叉发育。

根据本次钻探揭露，结合区域地质资料、临近地勘成果，拟建道路勘察深度内地层可分为4 层:(1)耕织土层:灰色、灰黄色，松散状态，主要为耕织土，近期回填土、路基填土等。未经处理不可作为路基持力层。(2)二层粉质黏土:结构松散、土质均匀不一，强度低、压塑性高，不宜作为路基持力层。(3)三、四层黏土:呈可硬塑状态，强度较高，压塑性中等偏低，可作为路基持力层。

根据本工程土质特点结合水泥粉煤灰碎石桩的适用范围(CFG 桩适用于软弱粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土地基)，经有关勘测及设计等单位专家共同研究论证后决定，对于软土厚度超过6 米的路段，采用水泥粉煤灰碎石桩进行处理。

该工程水泥粉煤灰碎石桩(CFG 桩)直径40cm，共11320 支，总长118400 米，试验桩200 支。水泥粉煤灰碎石桩采用正三角形布置，桩间距为1.5 米。水泥粉煤灰碎石桩桩顶铺设双向土工格栅、50cm 厚级配碎石垫层，碎石的最大粒径不大于30cm。

2 材质要求

水泥粉煤灰碎石桩(CFG 桩)成桩后桩身强度等级按设计要求达到C15 混凝土强度。材料技术要求如下:(1)水泥:采用强度等级为32.5 级及以上的普通硅酸盐水泥，如果地下水具有腐蚀性时应采用抗腐蚀水泥(如抗硫酸盐水泥)，同时可添加防腐剂。(2)粉煤灰:粒径应在0.001-2mm 之间，小于0.074mm 的颗粒含量应大于45%，烧失量应小于12%。(3)碎石:级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。碎石的最大粒径不大于50mm。(4)混合料配比:根据桩身强度要求(达到C15 混凝土强度)进行配合比试验后确定。

3 施工工艺流程及技术要求

3.1 施工准备

(1)核查地质资料，结合设计参数，选择合适的施工机械和施工方法。(2)进行满足桩体设计强度的配合比试验，确定各种材料的施工用配比。(3)平整场地，清除障碍物，挖除地表植物根系，标记处理场地范围内地下构造物及管线，并将场地整平，整平标高=设计桩顶标高+0.5m，地表碾压至K30≥60MPa/m。(4)测量放线，定出控制轴线、打桩场地边线并标识。(5)施工前清除地表耕植土，进行成桩工艺试验，确定施工工艺和参数。

3.2 施工机械准备

施工机械选用振动沉管机。施工机械的选择应符合地质、环保及设计等要求。

3.3 施工顺序

CFG 桩施工一般优先采用间隔跳打法，也可采用连打法。具体的施工方法由现场试验来确定(本工程采用跳打法施工)。在软土中，桩距较大可采用隔桩跳打法，但施工新桩与已打桩时间间隔不少于7d;在饱和的松散粉土中，如桩距较小，不宜采用隔桩跳打;全长布桩时，应遵循由“由一边向另一边”的原则。连打法易造成邻桩被挤碎或缩颈，在粘性土中易造成地面隆起;跳打法不易发生上述现象，但土层较硬时，在已打桩中间补打新桩，可能造成已打桩被振裂或振断。

4 CFG桩(振动沉管灌注桩)施工工艺

4.1 施工步骤

(1)振动沉管机定位。振动沉管机就位后，应用沉管机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG 桩垂直度容许偏差不大于1%。

(2)混合料搅拌。混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确，拌合时间不得少于1min。混合料加水量和坍落度(设计要求振动沉管混合料法施工时，坍落度控制在16～20cm)根据采用的施工方法按工艺试验确定并经监理工程师批准的参数进行控制。在灌注混凝土应备好熟料。

(3)钻进成孔。钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动马达钻进。一般应先慢后快，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时纠正。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。当钻头到达设计桩长预定标高时，在动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制孔深的依据。当动力头底面达到标记处桩长即满足设计要求。施工时还需考虑施工工作面的标高差异，作相应增减。

(4)灌注及拔管。在施工钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混凝土灌注量应与拔管速度相配合，边灌注边提钻，保持连续灌注，均匀提升，同时应保证钻头始终埋入混和料中。遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停灌待料，避免造成混合料离析、桩身缩径、断桩和夹泥等。钻孔应先慢后快。成桩过程中，若发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺。混和料应按设计配合比(室内配比试验确定并通过成桩工艺性试验验证的配合比)经搅拌机拌和，坍落度、拌和时间应按工艺性试验确定的参数进行控制，且拌和时间不得小于60S;搅拌的混和料必须保证混和料圆柱体能顺利通过刚性管、高强柔性管、弯管和变径管而到达钻杆芯管内。CFG 桩成孔至设计标高后，停止钻进，开始灌注混和料，当钻杆芯管充满混和料后开始拔管，严禁先提管后灌料。钻杆应静止提拔，施工中应严格按工艺性试验确定并经监理工程师批准的参数控制提拔速度和灌注量，提拔速度一般宜控制在2m～3m/min，并保证连续提拔，施工中严禁出现超速提拔。施工中应保证排气阀正常工作，施工中要求每工班经常检查排气阀，防止排气阀被水泥浆堵塞。灌注成桩完成后，桩顶采用湿黏土封顶，进行保护。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。

(5)移机。当上一根桩施工完毕后经质检员检验合格报请监理工程师检查，核实桩长及质量后才能进行下一根桩的施工。钻机移位，进行下一根桩的施工。施工时由于CFG 桩的土较多，经常将临近的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。

4.2 CFG桩施工工艺流程图

5 质量控制及检验

5.1 质量控制

(1)为检验CFG 桩施工工艺、机械性能及质量控制，核对地质资料，在工程桩施工前，应先做不少于2 根试验桩，并在竖向全长钻取芯样，检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度，根据发现的问题修订施工工艺;(2)CFG 桩的数量、布置形式及间距符合设计要求;(3)桩长、桩顶标高及直径应符合设计要求;(4)CFG 桩施工中，每台班均须制作检查试件，进行28d 强度检验，成桩28d 后应及时进行单桩承载力或复合地基承载力试验，其承载力、变形模量应符合设计要求;(5)通常桩顶混凝土密实度差，强度低，对此采取桩顶以下2.5m 内进行振动捣固的措施;(6)为保证施工中混合料的顺利输送，施工中采取强制式搅拌机;(7)桩身每方混合料掺加粉煤灰量及坍落度控制根据设计和采用的施工方法按工艺试验确定并经监理工程师批准的参数进行控制;(8)清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土;(9)冬期施工时混合料入孔温度不得低于5℃，对桩头和桩间土应采取保温措施;(10)跳打施工时应及时清除成桩时排出的弃土，否则会影响施工进度;(11)整个施工过程中，安排质检人员旁站监督，并作好施工原始记录，记录钻压电流值、孔深、单孔混合料灌入量、堵管及处理措施等;(12)CFG 桩施工属隐蔽工程，施工完毕报监理签认后方可进行下一道工序施工。

5.2 检验

(1)所用的水泥和粗细骨料品种、规格及质量应符合设计要求:①检验数量:同一产地、品种、规格、批号的水泥，每200t 为一批，不足200t时也按一批计。同一产地、品种、规格且连续进场的粗、细骨料，分别每400m3 为一批，当不足400m3 时也按一批计。各种原材料每批抽样检验1 组;②检验方法:检查产品质量证明文件。在水泥库抽样检验水泥强度、安定性、凝结时间，在料场抽样检验粗细骨料含泥量、筛分试验颗粒级配。

(2)CFG 桩混合料坍落度应按工艺性试验确定并经监理工程是师批准的参数进行控制:①检验数量:每台班抽样检验3 次;②检验方法:现场坍落度试验。

(3)桩体强度检测方法、数量及标准见《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》(铁建设［2005］160 号):①检测数量:施工单位每台班一组(3 块)试块;②检测方法:每台班制作混合料试块，进行28d标准养护试件抗压强度检测;③设计要求:桩身28d 边长15cm 立方体抗压强度达到设计强度10MPa～15MPa。

(4)桩身质量、完整性检测方法、数量及标准见《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》(铁建设［2005］160 号):①检测数量:检测总桩数的10%;②检测方法:抽芯检测、小应变检测现结合。检测频率采用比例:抽芯1%-3%、小应变15%-30%;

(5)单桩承载力及复合地基承载力检测方法、数量及标准见《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》(铁建设［2005］160 号):①检测数量:总桩数的2‰，且每检测批不少于3 根;②检测方法:平板载荷试验;③设计要求:抽取不少于总桩数的0.5‰的桩进行单桩承载力检测，抽取不少于总桩数的1.5‰的桩进行单桩复合地基平版载荷板试验。承载力符合设计要求。

(6)CFG 桩的桩位、垂直度、有效直径的允许偏差应符合下表的规定。

表1 CFG 桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法

6 土工格栅及谁是垫层铺设

CFG 桩施工完毕达到一定强度后，按设计要求铺设一层土工格栅，然后铺上50cm 级配碎石，采用静力压实，注意监测施工对扰动桩间土的影响，以免产生橡皮土。

7 工程应用效果

本工程竣工后，经验收路段达标率完好，到目前未出现不良沉降变形、结构完整，取得了较好的效果。

8 结语

本文以鄂州市某道路工程应用水泥粉煤灰碎石桩(CFG 桩)处理软土路基为例，介绍了水泥粉煤灰碎石桩加固处理软土路基施工工艺及所采取的技术措施，研究结果体现出水泥粉煤灰碎石桩(CFG 桩)对软土路基加固处理，能够很好的适应当前鄂州的交通条件、自然条件和经济条件，是一种比较合适的选择。效果明显，工期缩短明显，投资节省了不少，且利于环保，相信这一技术今后在我国交通行业会得到更加广泛的应用。

［1］程志勇.水泥粉煤灰碎石桩(CFG)施工工艺［J］.技术与市场，2011，18(08).

［2］张坤.水泥粉煤灰碎石(CFG)桩工程应用研究［J］.中国水运(下半月)，2009(5).

［3］徐晓莲.浅议劈裂注浆法在软土路基加固中的应用［J］.黄冈职业技术学院学报2013，15(6):129.

［4］闫明礼，张东刚.CFG 桩复合地基技术及工程实践［M］.北京:中国水利水电出版社，2006.