建筑施工工程师发表公路工程中的CFG桩+袋装砂井加固处理软基

　　摘 要：通过对某高速公路桥头软土路基的处理，从施工的角度讲述了CFG桩+袋装砂井加固处理软土路基的施工方法，为今后类似工程的施工提供借鉴经验。

　　关键词：建筑施工工程师投稿,软土路基处理,CFG桩,袋装砂井

　　一、工程概况

　　某高速公路全长42公里，位于西江下游河段，平原区地势较低，涌河发育，河流交错，水塘星罗棋布，地表水非常发育。本区段地下水位一般0~2m，有第四系空隙水及基岩裂隙水两种类型。本段第四系淤泥质砂、砂层为主要含水层，路线范围内淤泥质砂层呈透镜体状分布于淤泥层中，砂层埋深大，饱合状。受补给条件影响，水位埋深浅。受含水层岩性、地质构造、地貌条件所影响，基岩被覆盖，且覆土层较厚，软土物理性质差，严重影响路基的稳定性。为提高路基的承载力和控制工后沉降，需对基底软土层进行处理。

　　二、施工方案的确定

　　结合本标段的实际情况，通过采用CFG桩、袋装砂井及CFG桩+袋装砂井加固三种方案进行试验比对，桥头30米范围内软土路基最终选用CFG桩+袋装砂井加固，确保路基施工达到和满足设计的稳定和沉降要求。CFG桩采用振动沉管成桩工艺，桩径均为0.4米，桩位采用梅花形布置，间距为1.5~2.0米。CFG桩复合地基桩间要求设置袋装砂井，砂井布置同CFG桩。

　　其平面布置如下图：

　　三、CFG桩和袋装砂井作用基理分析

　　采用CFG桩和袋装砂井处理软土地基主要有以下作用：

　　1、置换作用。复合地基中桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大，桩顶将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。CFG桩具有桩体强度高的特点，在CFG桩和袋装砂井的复合地基中主要承担地基上荷载的作用。

　　2、挤密和振密作用。采用非排土和振动成桩工艺，可使桩间土孔隙比减少、密度增加，提高桩间土的强度和模量。CFG桩和袋装砂井均采用振动沉管施工工艺，具有良好的振动、挤密效果，能有效提高桩间土的承载力。

　　3、排水固结作用。CFG桩和袋装砂井复合地基中，袋装砂井具有良好的渗水性和排水通道，在采用振动沉管工艺施工CFG桩时，在桩体初凝前也具有相当大的渗水性，可使振动产生的超孔隙水压力通过袋装砂井得以迅速消散，使有效应力增长、桩间土强度增大和复合地基承载力提高。

　　四、袋装砂井施工

　　1、施工工艺流程：平整场地→填筑一层5%向外的横坡→摊铺下层砂垫层→机具定位，打入套管→沉入砂袋→机具移位→埋砂袋头。

　　2、施工工艺的技术措施

　　(1)施工准备。在施工前要进行试打砂井，确定砂井的深度及提拔导管的速度。

　　(2)清理杂物和场地，填筑横向5%，中间宽8m的梯形土拱坡并挤淤，碾压密实。摊铺下层砂垫层，采用中、粗砂均匀平整铺设，并用水密法振捣密实，厚度控制在30cm以上。土基层和砂垫层压实度应达到《公路工程质量检验评定标准》一级公路≥93%。

　　(3)机具定位：根据设计间距采用全站仪测量定位，机具要保证导管和地面垂直，并用仪器或吊锤控制垂直度，保证在允许范围内。

　　(4)打入套管：袋装砂井在不同区域施工时，依据设计深度进行试打，确定深度不小于设计要求，在套管或井架上用红油漆划上标记。小于设计时，应报请设计变更。

　　(5)沉入砂袋：砂井灌注应连续，为防止袋内砂干燥后体积减少，造成断桩或缩颈，应灌注风干中粗砂，灌砂率不得小于90%，砂袋入井，应用桩架吊起垂直下井，防止砂袋发生扭结、缩颈、断裂和磨损。

　　(6)拔出套管：依据试打砂井的拔管速度提升套管，拔套管时若带出砂袋，不能保证设计深度时，应在桩位附近重新定位，补打砂井重新灌注。

　　(7)机具移位后要及时清理套管带出的淤泥，并用干净中粗砂回填留下的孔洞，埋置砂袋头，保证砂袋头伸入砂垫层30cm以上，并不得卧倒，要及时摊铺上层砂垫层，使之与砂井联结，以利排水。

　　3、袋桩砂井的质量控制

　　(1)应做对原材料的控制检验,符合设计和规范要求。

　　(2)桩位控制：采用全站仪或经纬仪定位放出袋装砂井施工范围主要点中桩和边桩，用钢尺配合放出砂井点位，用小木桩或硬包装绳钉设点位，控制在设计值±150mm以内。

　　(3) 袋桩砂井灌砂量控制：灌砂率(r)的计算公式如下：

　　式中： —实际灌入砂的质量kg;

　　—砂井直径、深度，m;

　　—中粗砂的干密度，kg/m3。

　　灌砂量应控制在灌砂率的-5%以内，检查砂袋灌满后的砂袋直径控制在设计值的+10.0mm以内。砂袋灌入砂后，露天长时间堆放应有遮盖，切忌长时间曝晒，以免砂袋老化。

　　(4)袋装砂井深度控制：袋装砂井在不同区域施工时，依据设计深度进行试打，确定深度不小于设计要求，小于设计时，应报请监理工程师和设计单位变更。

　　(5)袋装砂井垂直度的控制：采用经纬仪或吊线锤控制垂直度，在砂井深度标线处焊一小吊环挂线检测，控制垂直度不超过1.5%。

　　(6)提管速度控制：依据试打确定速度提升导管，以保证在导管提升时砂袋被土体挤压均匀和不带出砂袋为宜，本标段试打后确定为提升速度不超过0.4~0.6m/s。

　　(7)拔套管的高度控制：套管和井架的安装高度均以满足设计砂井长度为主，考虑行走架和振动锤的高度，以导管提出以后下部距离砂垫层0.5m左右，上部振动锤顶距离井架横梁0.5m为宜，一般以袋装砂井设计深度加3m左右，不宜过高，以免在行走和有风时晃动过大，影响袋装砂井施工质量和袋装砂井机的稳定性及安全。

　　五、CFG桩施工

　　CFG桩施工采用振动沉管成桩工艺，采用ZKL800型长螺旋钻机引孔，DZ60振动沉管机成孔。

　　CFG桩复合地基桩间要求设置袋装砂井，砂井布置同CFG桩，袋装砂井施工完毕后，再进行CFG桩的施工。CFG桩施工时必须采用隔行隔桩跳打，相邻桩施工时间间隔必须大于7天。施工时从路线中心向两边隔行施工。

　　1、CFG桩施工工艺流程：整平施工袋装砂井工作面→测量放样→桩机就位→沉管桩尖就位→调整机架及沉管垂直度→启动桩机将沉管振入到设计持力层→第一次灌入混合料到孔口→振动拔管至一定高度进行第二次加料(空中加料)→反复空中加料并多次振动拔管直至地面(成桩)。

　　2、施工工艺的技术措施

　　(1)施工准备

　　袋装砂井施工完毕后，整平施工袋装砂井工作面，钻机就位后，采用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，确保CFG桩垂直容许偏差不大于1%。

　　CFG桩正式施工前进行配比试验和现场成桩试验，并在桩身取样进行强度试验，以确定各类材料的合理配比和施工工艺。

　　CFG桩长度=处理深度+砂垫层厚度。

　　(2)混合料搅拌

　　混合料搅拌按试验配合比进行配料，上料顺序为：先装碎石，再加水泥、石屑和外加剂，最后加砂，使水泥、粉煤灰和外加剂夹在砂、石之间，不易飞扬和粘附在筒壁上，也易于搅拌均匀。在泵送前，混凝土泵料斗、搅拌机搅拌筒应备好熟料，塌落度控制在3～5cm，碎石、石屑杂质含量小于5%。

　　(3)钻进成孔

　　钻孔开始时，先关闭钻头阀门。钻进时先慢后快，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，否则容易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。钻进的深度取决于设计桩长，当钻头达到设计桩长预定标高时，与动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工控制桩长的依据。

　　(4)灌注及拔管移机

　　CFG桩成孔达到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆芯管充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度应控制1.2m/min，每上拔1m留振5秒，当沉管拔至离地面2m时，应再减慢一半，且留振10秒。成桩过程应连续进行，避免因后台供料慢而导致停机待料。灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。施工中每根桩的投料量不得小于设计灌注量，且桩顶设50cm的保护桩长。

　　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，确保桩位正确。

　　CFG桩成桩28天后方可抽芯检测，检测完毕后方可填筑路堤。

　　3、CFG桩的质量控制

　　为了确保CFG桩工程质量，必须做到以下几点：

　　(1)质量要求及措施

　　①严格按设计图纸要求和公路软土地基设计及施工技术规范等规程条款执行

　　②桩位误差不超过规定要求(±10cm)

　　③桩位垂直度偏差不超过1%

　　④混合料搅拌均匀，混合料用量符合设计要求

　　⑤桩径不小于设计要求，确保桩长进入持力层不小于50cm

　　(2)四确保：

　　①确保垂直度，机械稳定度

　　②确保桩轴线定位准确

　　③确保装顶标高，保证机架平稳

　　④确保混合料搅拌均匀性和坍落度要求

　　(3)四控制：

　　①严格控制提升速度

　　②严格控制混合料用量及搅拌均匀

　　③严格控制水泥进场，按要求进行分批检验

　　④严格控制水泥质量，严禁使用受潮、结块水泥，影响成桩质量

　　六、结语

　　桥头的软基采用CFG桩+袋装砂井加固，能有效地改善软土路基的承载力，保证软土路基的稳定性达到设计要求，同时能加快施工进度，为今后同类工程的施工提供宝贵的施工经验。