耿孝東

（中鐵十二局集團(tuán)有限公司，太原 030000）

1 引言

高速鐵路快速發(fā)展的同時(shí)，也推動(dòng)著鐵路客運(yùn)專線路基工程施工技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。路基沉降是工程后期使用過(guò)程中較為常見(jiàn)的現(xiàn)象，若路基沉降問(wèn)題嚴(yán)重，不僅影響工程使用安全性，也極大地降低了工程投資效益。CFG 樁是一種具有高黏結(jié)性的強(qiáng)度樁，在鐵路客運(yùn)專線工程項(xiàng)目中應(yīng)用，有利于提升施工效率和質(zhì)量。CFG 樁施工過(guò)程中配備樁機(jī)施工管理系統(tǒng)，可以在更好地降低投入成本，充分滿足鐵路客運(yùn)專線路基施工各項(xiàng)要求的同時(shí)，切實(shí)提高工程施工工效和施工水平。

2 路基CFG 樁施工工藝具體應(yīng)用

2.1 工程案例簡(jiǎn)述

本文以中鐵十二局集團(tuán)有限公司承建贛州至深圳鐵路客運(yùn)專線（江西段）GSJXZQ-1 標(biāo)段為例，該施工段全程37.167 km，總計(jì)CFG 樁27 603 根，260 734 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C15。其中選取DK26+042.00～DK26+105.00 段路基段作為路基CFG 樁施工工藝性試驗(yàn)工點(diǎn)，試驗(yàn)工點(diǎn)路基總長(zhǎng)63 m，為松軟土路堤，處剝蝕丘陵地貌區(qū)，前接茶山一號(hào)隧道，后接茶山二號(hào)隧道，地質(zhì)復(fù)雜且變化較大，其中地基處理CFG 樁457 根，共計(jì)4 078 m，設(shè)計(jì)樁徑0.5 m，樁長(zhǎng)4～13 m，樁間距1.8 m，按正方形布置。

2.2 CFG 樁施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

基于工程相關(guān)文件規(guī)定，工藝性試驗(yàn)工點(diǎn)的CFG 樁施工技術(shù)質(zhì)量要求主要涉及以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

1）要求CFG 樁單樁承載力達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)值，樁徑不小于0.5 m，樁間距（縱、橫）1.8 m。

2）嚴(yán)格按照TB 10005—2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》、TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)規(guī)定，并根據(jù)地下水侵蝕程度和侵蝕類型，在本工點(diǎn)進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土配合比，降低地下水對(duì)混凝土的侵蝕影響，確保路基CFG 樁施工質(zhì)量。

3）要求樁位偏差控制在50 mm 范圍內(nèi)，樁體垂直偏差不得超過(guò)1%，樁體直徑不小于設(shè)計(jì)值。

4）地質(zhì)勘察時(shí)因工期、成本等原因會(huì)出現(xiàn)勘探過(guò)程取樣數(shù)量偏少或者部分試驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)量不夠，導(dǎo)致地勘成果精度不足[1]。因此，要求詳細(xì)記錄鉆機(jī)鉆頭貫入地層施工全過(guò)程，掌握鉆機(jī)貫入地層時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)，核查地質(zhì)資料，確保達(dá)到設(shè)計(jì)文件要求的樁端持力層。

5）待CFG 樁施工結(jié)束后，采用技術(shù)成熟的低應(yīng)變反射波法檢測(cè)樁身完整性[2]和平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)單樁承載力是否符合要求。

根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》式（9.2.5），對(duì)CFG 樁樁基承載力進(jìn)行復(fù)核，計(jì)算公式為：

式中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值；m為面積置換率；Ra為單樁豎向承載力特征值；Ap為樁的截面積；β為樁間土承載力折減系數(shù)；fsk為處理后樁間土承載力特征值。

計(jì)算步驟：（1）計(jì)算置換率m；（2）計(jì)算單樁豎向承載力特征值Ra；（3）計(jì)算復(fù)合地基承載力fspk。結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告，確認(rèn)CFG 樁樁基參數(shù)。

在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，需要根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》式（9.2.6）來(lái)計(jì)算單樁豎向承載力特征值。結(jié)合由本工程地質(zhì)勘察部門所提供的CFG 樁樁基參數(shù)值與地質(zhì)報(bào)告剖面圖計(jì)算樁周側(cè)阻力和樁端阻力，確定單樁豎向承載力特征值。最終得出具體CFG 樁樁基承載力，并與原有數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，完成本工程項(xiàng)目地基承載力特計(jì)算結(jié)果復(fù)核。路基CFG 樁施工技術(shù)要求及相關(guān)參數(shù)參考表1。

表1 路基CFG 樁施工技術(shù)要求及相關(guān)參數(shù)

2.3 CFG 樁施工工藝性試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)地形、地質(zhì)變化較大地區(qū)開(kāi)展CFG 樁工藝性試驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，將鉆進(jìn)速度及深度、鉆進(jìn)和終孔電流值、地質(zhì)資料、混凝土灌注量、提鉆速度等相關(guān)施工參數(shù)進(jìn)行記錄。通過(guò)施工相同或相似地層情況下的試樁，對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)證，確定工藝參數(shù)，驗(yàn)證混合料的施工配合比是否符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，為現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展制樁作業(yè)提供參考依據(jù)[3]。成樁后檢測(cè)試驗(yàn)樁體質(zhì)量，分析并總結(jié)試驗(yàn)結(jié)果，最終確定對(duì)應(yīng)施工參數(shù)，科學(xué)合理制定施工流程，使采用CFG 樁基施工管理系統(tǒng)的施工工藝在地形變化較大地區(qū)的工程建設(shè)中方便并有效應(yīng)用。

樁基施工管理系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)鉆孔深度、電流值、傾斜度、提鉆速度和混凝土灌注量等關(guān)鍵指標(biāo)，在各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到臨界值時(shí)均有報(bào)警提示，并且能夠生成數(shù)據(jù)曲線圖或報(bào)表進(jìn)行存檔和上傳?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員和管理人員通過(guò)工業(yè)級(jí)平板電腦即可輕松掌控現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。通過(guò)樁基施工管理系統(tǒng)可以高效準(zhǔn)確地做好鉆進(jìn)施工記錄，為后期優(yōu)化施工工藝提供參考依據(jù)。

樁基施工管理系統(tǒng)集成應(yīng)用如圖1 和圖2 所示。

圖1 樁基施工管理系統(tǒng)集成方案

圖2 樁基施工管理系統(tǒng)界面

2.4 CFG 樁施工工藝流程

嚴(yán)格按照國(guó)家和行業(yè)相關(guān)規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采用的樁基施工管理系統(tǒng)，明確路基CFG 樁施工工藝流程，具體包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

1）測(cè)量放樣。結(jié)合CFG 樁設(shè)計(jì)圖紙使用測(cè)量?jī)x器，確定每根樁的施工樁位，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)記，同時(shí)在樁基施工管理系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的布樁和放樣數(shù)據(jù)。

2）鉆機(jī)就位。待CFG 樁鉆機(jī)在施工現(xiàn)場(chǎng)就位后，鉆機(jī)操作人員在樁基施工管理系統(tǒng)平板電腦上選擇相對(duì)應(yīng)樁號(hào)，調(diào)整鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)樁位中心，然后在平板電腦內(nèi)校正樁位和傾斜度。指標(biāo)達(dá)到要求后，由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員進(jìn)行樁位對(duì)中及垂直度檢查。

3）鉆進(jìn)成孔。鉆孔作業(yè)開(kāi)展之前，施工人員需要先確認(rèn)鉆頭閥門是否處于關(guān)閉狀態(tài)，對(duì)向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面后的情況全過(guò)程記錄，待各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，即可進(jìn)入鉆進(jìn)工序[4]。在樁基施工管理系統(tǒng)平板電腦上操作進(jìn)入作業(yè)，施工人員應(yīng)遵循先慢后快的基本鉆進(jìn)原則。

當(dāng)鉆頭到達(dá)樁機(jī)施工管理系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)定的樁底標(biāo)高，或者持續(xù)保持預(yù)先設(shè)定的電流值，樁機(jī)施工管理系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警。現(xiàn)場(chǎng)施工人員根據(jù)鉆機(jī)返至地面的渣樣判定是否已進(jìn)入樁端持力地層，決定是否停止鉆進(jìn)。經(jīng)質(zhì)檢員和監(jiān)理工程師雙方復(fù)核無(wú)誤后，可終孔進(jìn)行下一步工序施工。

4）混凝土配置及運(yùn)輸。按照工藝性試驗(yàn)結(jié)果，確定混凝土原材料配合比，保證計(jì)量準(zhǔn)確性，控制攪拌時(shí)間及坍落度，從根源上保證混凝土的性能。同時(shí)選擇混凝土運(yùn)輸車輛，并要確保罐內(nèi)混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

5）灌注及拔管。按照樁基管理系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)灌注量，明確每根樁投料量，確?；炷凉?yīng)量。一般情況下，先潤(rùn)管操作，再利用輸送泵對(duì)其進(jìn)行灌注。待混凝土將鉆桿芯管填充滿狀態(tài)后，操作平板電腦提鉆按鍵和遠(yuǎn)程控制端進(jìn)行提鉆作業(yè)。與此同時(shí)，檢查樁機(jī)施工管理系統(tǒng)平板電腦顯示的拔管速度及灌注量，要求混凝土灌注的投料量應(yīng)與拔管速度匹配。施工人員要做到持續(xù)性輸送混凝土，灌注過(guò)程保證鉆頭埋入深度達(dá)到1m 以上。最后，灌樁作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)妥善處理作業(yè)收尾環(huán)節(jié)。

6）移機(jī)。向下一根樁進(jìn)行移位時(shí)，鉆機(jī)支撐腳應(yīng)避開(kāi)灌注完成的樁，操作人員根據(jù)樁基施工管理系統(tǒng)，確認(rèn)施工樁位是否準(zhǔn)確，避免出現(xiàn)鉆孔遺漏問(wèn)題。

7）樁頭處理。將提樁頭開(kāi)至樁帽底部標(biāo)高，并對(duì)樁頂處進(jìn)行標(biāo)記。利用截樁機(jī)將多余的樁頭切除。

8）樁基檢測(cè)。按照試驗(yàn)要求，進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)試驗(yàn)。

3 路基CFG 樁施工過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題及解決措施

3.1 混凝土超灌

CFG 樁灌注過(guò)程中，其混凝土投料量超出既定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體積，再加上鉆孔作業(yè)期間，受鉆桿離心作用等其他因素影響，致使原有孔洞擴(kuò)張，進(jìn)而出現(xiàn)混凝土投料量增加這一情況。

針對(duì)混凝土超灌問(wèn)題，施工操作人員應(yīng)在鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度和鉆桿垂直度，灌注結(jié)束時(shí)控制樁頂標(biāo)高，降低混凝土超灌問(wèn)題的發(fā)生頻率。

3.2 縮頸

縮頸是CFG 樁施工完成后較為常見(jiàn)的現(xiàn)象。此問(wèn)題出現(xiàn)的原因與樁身鉆孔直徑有關(guān)。一是混凝土灌注過(guò)程中，由于對(duì)鉆桿的提升速度控制不到位，鉆頭未埋入混凝土中，空樁段樁身土體回縮，使得施工結(jié)束后出現(xiàn)縮頸情況；二是鉆頭和螺旋長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致磨損過(guò)于嚴(yán)重，使得樁徑變小。

針對(duì)縮頸問(wèn)題，要求施工人員在此環(huán)節(jié)必須對(duì)拔管速度嚴(yán)格把控，保證鉆頭始終埋在混凝土中，嚴(yán)禁停工待料行為。及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的鉆頭，或者將螺紋鋼焊接到鉆頭磨損部位，以此來(lái)避免縮頸情況反復(fù)出現(xiàn)[5]。

3.3 堵管

在進(jìn)行灌注CFG 樁時(shí)，輸泵管發(fā)生混凝土堵管現(xiàn)象，影響混凝土正常輸送，導(dǎo)致CFG 樁灌注質(zhì)量也難以保證。其中混凝土質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、配管或布管不合理、混凝土供應(yīng)不及時(shí)等均會(huì)導(dǎo)致堵管問(wèn)題出現(xiàn)。

針對(duì)混凝土堵管問(wèn)題，需要從混凝土配合比設(shè)計(jì)階段做好質(zhì)量把控工作，通過(guò)在混凝土中摻用高效減水劑和活性礦物摻合料等途徑來(lái)配置高性能混凝土，保證泵送混凝土質(zhì)量[6]。選擇合適的鋼泵管、防爆膠管和彎管，并確定輸送泵停置位置與鉆機(jī)的距離，合理使用彎頭并配置好水平管與豎直管的長(zhǎng)度比例，保證混凝土及時(shí)供應(yīng)，嚴(yán)格控制料斗混凝土余量，可有效規(guī)避上述情況[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鐵路客運(yùn)專線路基工程中應(yīng)用CFG 樁施工工藝，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范及施工標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行操作，做好施工前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。結(jié)合地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)合理編制施工方案，明確施工工藝流程，重點(diǎn)加強(qiáng)施工全過(guò)程質(zhì)量把控，分析與記錄試樁過(guò)程中遇到的問(wèn)題，為優(yōu)化施工方案提供參考依據(jù)，確保CFG 樁施工工藝水平，借助先進(jìn)的樁基施工管理系統(tǒng)提高工效，為地質(zhì)復(fù)雜變化較大的地區(qū)CFG 樁施工提供了有益借鑒，從根本上保障工程項(xiàng)目高質(zhì)量建設(shè)。