粉煤灰碎石混凝土桩在高速公路上的应用

苏龙海，孙宝君

(黑龙江省龙建路桥第三工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150009)



粉煤灰碎石混凝土桩在高速公路上的应用

苏龙海，孙宝君

(黑龙江省龙建路桥第三工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150009)

在软弱地基上的桥头公路段施工中采用粉煤灰碎石混凝土桩施工技术，有助于进一步提高施工质量，为了进一步加深相关人员对粉煤灰碎石混凝土桩施工技术的认识，将结合具体案例对该技术进行分析。

粉煤灰；碎石桩；软土路基；应用

1 工程简介

福州高速公路连接线L2标段K5+850分离式立交桥桥头项目施工中(下文简称为A项目)，就采用了粉煤灰碎石混凝土桩技术。该高速公路位于海积相平原地带，淤泥厚度约为14～25 m，整体水平较厚。通过地质勘察后发现，A项目中的淤泥多为饱和流塑状，整体含水量较高。A项目工程为承重桩基础桥，桩底为花岗岩持力层，位于丘陵上部，而另一侧位于软土基上，填土达到6.5 m，软土层厚度也普片超过18 m。在A工程项目施工中，在软土路基侧施工中突然侧滑，并形成了一个85.5m×21.4 m的滑移破裂带，平均深度为1.5 m，总滑移面积超过1 800 m2，需要处理的面积达到2 400 m2，严重影响了A工程项目的正常施工进度，需要对其进行处理。

2 加固处理的方案的选取

在A项目施工中，共提出三种施工方案，分别为、粉煤灰碎石混凝土桩施工方案与施工方案。三种方案的对比资料如表1所示。

表1 三种方案适用性结果统计表

根据表1的相关资料，A工程项目在综合考虑各种因素外，最终决定采用粉煤灰碎石混凝土桩施工方案。

在施工过程中优先布设桩位，一般桩径为45 cm，桩距为150 cm。在A工程项目中，共有CFG桩1 188根，平均长度为20.2 m，褥垫层厚30 cm级配碎石。

3 地基加固原理

3.1 桩体本身的作用

粉煤灰碎石混凝土桩之所以具有良好的粘结强度，这与桩体本身的作用存在密切关系。在荷载作用影响下粉煤灰碎石混凝土桩的压缩性明显小于周围土地，这就会促使土体荷载过多的集中在桩上。因此，粉煤灰碎石混凝土桩具有提高地基承载力的功能。通过相关学者的研究发现，粉煤灰碎石混凝土桩的单桩对地基的桩体应力比为24.3～29.4，而四桩复合地基桩体应力比达到31.4～35.2。从上述数据可以发现，桩体数量越多，则对地基承载力的改善作用越明显。

3.2 挤密作用

在粉煤灰碎石混凝土桩施工中，在振动作用的影响下会不断使土壤“挤密”，这有助于进一步优化土壤的含水量、孔隙比等，使其能更好的满足工程施工要求。

3.3 褥垫层作用

在实施粉煤灰碎石混凝土桩施工后，会使桩、地基等共同承担荷载，并优化基础底面的应力情况。这是因为通过优化褥垫层厚度，有助于不断优化桩、地基对荷载的分担情况。通过下表对粉煤灰碎石混凝土桩的效果进行研究。

4 原材料要求

(1)粉煤灰：主要成分包括SiO2、Al2O3等，为了降低工程造价，A工程项目使用福建省华能燃煤发电厂排出的一种工业废料，在性能检测中，尽量选择细粉煤灰、球形颗粒粉煤灰，以保证粉煤灰原材料具有良好的活性，能满足混合料拌制施工的要求。

(2)石子、石屑、水泥等：碎石是粉煤灰碎石混凝土桩的主要原材料，在施工中向其中添加一定的石屑，有助于优化碎石孔隙，保证其级配。同时在添加碎石后，有助于增加原材料的接触比表面积，进而钱黄瓜其抗剪强度。在A工程项目施工中，所选择的水泥为32.5#普通硅酸盐水泥。为了进一步加深相关人员对A工程项目原材料性能的认识，统计相关资料如表1所示。

指标材料粒径/mm密度/(t/m3)松散密度/(t/m3)含水率/%石子20～502.65～2.751.35～1.42<0.95石屑2.5～102.70～2.751.45～1.50<1.05

5 施工过程

5.1 场地整平及垫层的施工

在A项目施工中，考虑到粉煤灰碎石混凝土桩主要用在饱和的淤泥地基上，但由于此路段地基的强度不满足施工要求，因此在施工前需要处理原有地基：换填40 cm后粗颗粒找平，再检测其强度，待强度参数满足施工要求后，准备粉煤灰碎石混凝土桩施工。

5.2 预制桩靴(桩尖)

A工程项目使用C25混凝土预制装靴，其相关规格为L=1.05 B，B设计为45 cm。

5.3 放桩位线

在放桩位线时，主要结合施工图纸的相关要求，做好桩位标识、编号等工作，并明确不同桩号的施工工序。在A工程项目中，为保证放桩位线的科学性，主要遵守以下分区原则进行处理。

(1)保证同一施工区段内桩长相同；

(2)每区内间隔桩不应少于一天能施工的桩的数量。

(3)需要严格的按照分三取进行作业，并根据工程项目的实际情况对桩位进行优化。在A项目中，共分为三区，三区桩的数量分别为402根、398根、388根。

5.4 沉管

(1)桩机就位后，调整沉管使其与地面垂直，并将垂直偏度严格控制在1.0%的范围内。

(2)将桩靴埋入地表以下，其埋入深度由工程项目实际情况而定，一般深度普遍大于300 mm。

(3)启动电动机，开始沉管。在该阶段施工中，需要控制桩机，切忌出现错位、倾斜等问题。

(4)沉管过程中必须做好记录。激振电流每沉1 m记录一次，对土层变化处应特别说明，直到沉管至设计标高。

5.5 投料

(1)沉管过程中进行空中投料；若沉管达到设计标高也需要尽早投料，且投料深度能与钢管料口平齐。

(2)针对工程项目中存在的上料不多现象，需要将沉管达到设计标高后再进行投料。但在这阶段施工中需要注意的是，需要在拔管前进行投料，确保桩顶标高能满足工程项目要求。

(3)应该根据设计要求控制配合比，将石屑等特殊施工原材料的杂质控制在5%以下。

(4)严格按照设计配合比配置混合料，结合坍落度控制用水量。在成桩之后需要进行检查，保证顶浮浆厚度始终小于20 cm。

(5)混合料的搅拌时间不得少于1 min，且搅拌必须均匀。

(6)在单桩施工过程中随机抽样做抗压试块。

5.6 拔管

(1)持续加送混合料直至与钢管投料口平齐，启动电动机，振动沉管约10 s；之后边振动边拔管，若有特殊要求可以相应的添补混合料。以保证桩顶浮浆厚度能满足施工要求。

(2)按照匀速、垂直的要求拔管，在A项目中，相关人员根据路基的实际情况将其拔管速度控制在1.0 m/min左右。

(3)当桩管拔出地面确认符合设计要求后用粒状材料或湿粘土封顶，然后移动沉管机，继续施打下一桩。

5.7 施打顺序

在施工过程中，考虑到连续施打可能会引起桩被挤扁或缩颈等不良问题，但基本上不会发生断桩现象。在A工程项目中，采用间隔施打方法，即横向、纵向均间隔一桩进行施打，并在施打接受7 d后施打间隔桩。

5.8 桩头处理

CFG桩要求有一定长度的保护桩，其长度为50 cm，待桩体达到一定强度(一般为7 d龄期即可)方可进行基槽开挖等工作，采用人工开挖，保护桩(预留加长部分)人工凿除，桩顶标高高出桩间土3 cm。

5.9 褥垫铺设

在粉煤灰碎石混凝土桩桩头处理接受，A工程项目相关人员为了进一步强化桩的受力能力，决定在地基上铺设一层级配碎石褥垫层，其厚度约为30 cm，且最大粒径小于3 cm。在施工过程，严禁使用大振动能量的设备进行压实，对于桩间含水量较小的位置，采用人工分层法进行统一处理。

6 CFG桩加固地基结果分析

整个A工程项目共的工程项目共持续了一年零三个月，在施工期检测的沉降量为3.6 cm，总侧向位移为2.8 cm。在A项目施工结束后，共产生1.6 cm左右的沉降，之后未发生沉降现象；在施工结束后出现约2.0 cm位移，之后没有出现两侧位移情况。

通过对上文资料进行研究后发现，通过粉煤灰碎石混凝土桩处理软弱地基，有助于进一步强化地基承载能力，并在较短时间内使地基趋于稳定。因此可以判断，在工程项目施工中应用粉煤灰碎石混凝土桩施工技术具有良好的应用价值，值得在更多项目中进行应用与推广。

2016-01-11

苏龙海(1974-),男,高级工程师，研究方向：桥梁设计。

U416.214

C

1008-3383(2016)12-0005-02