王宝明
(中铁二十二局集团第一工程有限公司,黑龙江哈尔滨 150000)
某新建铁路HJZQ-4标主要技术标准为铁路等级Ⅰ级,正线数目双线,速度目标值为200 km/h。根据地质勘察报告反馈,地铁沿线地形地貌多为冲洪积平原与低山丘陵区,且本管段内多林区,地质情况复杂,分布粉质黏土、砂砾和花岗岩,构造运动活跃,易受多期构造运动影响。
施工工艺流程如图1所示。
图1 施工工艺流程
按照项目规划与设计,在DK1109+570.89~DK1109+620段开展工艺性试桩试验,桩号16-14(6 m)、17-14(4 m)、10-12(6 m)。CFG桩桩体强度为C15,采用江苏鹤林水泥(P.032.5)、赣江砂、船山碎石(5~31.5 mm)、粉煤灰(江苏博特)、减水剂(江苏博特)制备混凝土。充分考虑试桩位实际情况与CFG桩施工特点,确定采用长螺旋钻孔管内泵送混合料灌注成桩施工工艺。
(1)使用250 kW发电机与混凝土罐车辅助完成CFG桩施工。
(2)比较地质勘察报告与长螺旋钻机钻进带出土质,确定两者相吻合,CFG桩试桩工作未遭遇突发情况[1]。
(3)由项目工程试验室开展配比试验,确定最佳混合料配比方案,原料配比为水泥(1)∶砂(4.76)∶水(0.799)∶粉煤灰(0.429)∶外加剂(0.012 9),控制拌和制备时间为90~120 s,确保各类原料被充分搅拌,混合料成料均匀,质量达标[2]。
(4)为了保证成桩质量与成桩效果,开展混合料坍落度试验,混合料坍落度为160~200 mm,尽可能使坍落度接近上限,确保CFG桩强度与可变性满足施工要求。
(5)泵送完混合料且钻杆芯管充满混合料后应及时拔管,根据施工现场的具体情况调整控制拔管速度,速度一般为2.5 m/min。
(6)试桩试验包括3根CFG桩,2根长度为6 m,1根长度为4 m,试桩总长度为16.3 m(含超灌0.3 m)。在施工中,共使用3.42 m3混合料,螺旋钻管内泵送混凝土施工工艺成桩效果理想,能够满足CFG桩孔径、桩长方面的要求。
(1)放线。
施工配合使用全站仪控制定位中心线,依据设计图纸中的桩位布置图纸确定桩位位置,采用竹签在桩点位置进行控制,控制桩体偏差,保持桩位偏差小于5 cm。
(2)钻机就位。
长螺旋桩钻机就位后,调整钻机塔身导杆,确保钻头与CFG桩位垂直,控制二者垂直偏差,二者不得超过1%,校正位置,固定钻机垂直度[3]。
(3)钻进成孔。
正式钻进施工前,施工人员应对桩位进行复核,确定无误后匀速钻进长螺旋钻机。钻机触及地面后开启钻头阀门,采用先慢后快的方式实施钻孔,规范钻进,加强对钻机钻杆的控制,防止钻杆摇晃,密切关注钻孔偏差。遭遇钻杆不稳或卡钻现象时,及时调整钻孔进尺,以免影响成孔效果或损坏钻具。操作人员应以地面标高及桩底设计标高之差作为参考标准,钻孔深度达到桩长设计时在钻机上做好标记,实现对CFG桩桩长的有效控制。
(4)灌注及拔管。
CFG桩达到设计标高后终止钻进作业,开始灌注作业,将制备的混合料泵送至钻杆芯,确保钻杆芯充满混合料再进行拔管处理,严格按照拔管处理的要求进行作业,根据施工现场的具体情况拔管速度,拔管速度控制为2~3m/min。保证灌注成桩作业连续不中断,检查后台供料,防止出现供料不足而停机待料情况。采用湿黏土作为封顶材料,加强桩身养护,养护时间超过24 h,保证CFG桩成桩效果。
(5)移机。
连续进行CFG桩的施工作业,施工过程中会产生大量的土,产生的土体会覆盖附近的桩位,使其产生移位现象。完成上一根桩施工时,操作人员应对下一根施工桩位进行复核检查,保证桩位与设计图纸桩位相对应。
(1)钻速。
加强对长螺旋钻机钻进施工的控制,避免产生螺旋孔或产生过大的钻孔偏差。
(2)桩长和垂直度。
严格按照CFG桩成桩施工规范开展作业,控制钻杆与钻孔垂直度,以地面标高及桩底设计标高之差作为参考标准,实现对CFG桩桩长的有效控制。
(3)混合料搅拌。
严格按照试验室确定的科学配比方案进行配比,保证各类原理计量合理,开展坍落度试验,确保混合料质量达标。
(4)拔管和灌注。
提管后不可泵送混合料,可以对桩顶进行捣鼓,提高桩顶混合料密度,改善桩身强度。
(5)桩间土开挖。
采用小型挖掘机完成桩间土的开挖作业,在施工现场安排专员进行指挥,及时将钻孔作业产生的渣土外运到原设计场所,保持施工现场的通畅与协调。
(6)凿除桩头。
CFG桩达到一定强度(约7 d)后,清理多余的混凝土,凿除预留桩头。采用人工截桩的方式清理桩头,先采用水准仪测量每根CFG桩的桩顶标高,用3根间隔为120°钢钎沿径楔入CFG桩完成截桩,桩顶用小钎修平至满足设计标高[3]。
(1)混合料配合比不合理。
最直接原因为配置混合料的细骨料与粉煤灰数量不够,影响混合料的整体性能。应开展配比试验,确定最佳的配比方案,确保混合料的坍落度符合项目要求。
(2)混合料搅拌存在质量问题。
拌制好的混合料通过刚性管、高强柔性管及弯头泵送至钻杆芯内,存在质量缺陷的混合料经过管线时容易出现泌水、离析问题。应注重质量缺陷的控制,确保混合料坍落度接近最优范围上限,避免出现坍落度过大或过小现象。
(3)冬期施工防护措施不当。
冬季开展CFG施工过程中,输送管与弯头易冻住,产生堵管现象。冬季施工时,施工人员应加强对输送管与弯头的防冻处理,添加≤60 ℃的温水提高混合料出口温度,保证混合料泵送作业正常进行。
存在饱和粉土、粉细砂层;钻机施工产生了叶片剪切作用,对土体产生干扰,使土体出现液化现象。应根据实际的地质情况调整CFG桩施工方案,调整桩距或采用隔桩和隔排跳打的施工方式,加强对钻机钻进速度的控制,加快钻进,减轻剪切作用的积累,预防窜孔现象。
产生桩头空心的最根本原因是排气阀出现故障。在正常情况下,钻机钻进成孔时,输送管中充满空气,输送混合料时,排气阀正常开始作业,将空气排出。如果排气阀出现故障,输送管中的空气无法顺利排出,会形成桩头空心现象。应做好排气阀的监测,确保排气阀正常工作,若排气阀出现堵塞故障,施工人员应及时进行清理,以免影响CFG桩成桩质量。
产生桩端不饱满的最直接原因是施工中操作存在问题,提管后泵送使钻头上的余土或地下水渗透到桩孔,导致CFG桩身出现夹泥、疏松及断桩等缺陷。应严格按照施工规范进行作业,使提钻与泵送原料符合施工要求。
(1)浅断桩一般出现在距离桩顶下部0.8~1.5 m位置,原因主要为操作人员在操作中未认真将桩间土清理干净,作业时未有效管理桩头。针对浅断桩问题,可以用人工铲除法替代机械进行铲除作业。
(2)深度断桩状况主要与成桩施工过程中的钻杆增速过快有关,致使桩坑壁出现坍塌问题。地基处于地质相对弱的前提下进行作业时,需要高效、科学地管理拔管的速度,不可提升拔管速度,不可实行停泵送料作业。
长时间打孔作业中,钻头耗损较大且未及时更换钻头会导致施工的精确度出现误差,产生桩身径减小的问题。在工程作业过程中,需要将钻头是否存在安全质量问题及直径是否有偏差等关键因素作为主要目标进行审查,保证钻头的耗损程度达到施工时的基本标准。
混凝土素材被坑壁按压后,增加拔管速度会造成相对严重的桩身径减小状况。在整体的施工进程中,需要科学管理混合材料的运输量和罐车泵送数量,拔管速度需按照当前机器运行状况及时进行调节;认真管理每桩的投料数量,确保投料数量和计划灌注数量相同。
在高速铁路软土地基处理项目中应用CFG桩进行地基加固,工艺复杂且种类繁多,对相关的施工设备的操作精度要求较为严格,应加强对各个施工环节的管理与控制,统筹各项资源,充分发挥CFG桩加固效果,为高速铁路建设解决软土地基处理难题。