汕梅高速公路水泥粉煤灰桩设计与施工分析
摘要:本文结合汕梅高速公路汕头至揭阳段第五合同段水泥粉煤灰桩在软土路基中应用,介绍了水泥粉煤灰桩复合地基作用机理、桩设计、施工技术及施工监测,对监测效果研究提出水泥粉煤灰桩在工程中具有可行性.
关键词:CFG桩，路基处理，应用分析
0引言
水泥粉煤灰桩是由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌和,用各种成桩机制成的具有可变粘结度的桩型,水泥粉煤灰桩和桩间土一起,通过褥垫层形成水泥粉煤灰桩复合地基.水泥粉煤灰桩具有应用性广、较高承载力、施工简便、工期短、造价低等技术优点目前在土建方面得到广泛应用.
1工程概况
汕梅高速公路汕头至揭阳段第五合同段穿越路段工程地质情况为上覆第四系全新统冲洪积层粉质黏土，路基下为淤泥、松散粉砂等软弱地层且厚度大,严重影响了路基的稳定性.为了提高路基承载力和路基沉降,应对软土层进行加固处理.地基土的天然承载力不满足上部荷载要求,故对该路基采用水泥粉煤灰桩进行加固处理.
2加固机理
2.1水泥的水化反应
在水泥等同化剂与软土充分搅拌之后，很快与软土中的水发生水化反应生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等化合物。
2.2挤密作用
粉喷桩在施工过程中对土体的振动或挤压使土体得到挤密，利用横向挤紧作用，提高了桩间土的强度和桩侧法向应力，使得桩侧摩阻力得到增加，桩体的承载力得到加强，使路基土粒彼此靠紧，空隙减少，提高复合地基的承载力，有利于满足路基压实度的要求。
2.3加速固结作用
地基同结不仅与地基土的排水性能有关，而且还与地基土的变形特性有关。这可从固结系数计算式中反映出来。虽然水泥土类桩会降低地基土的渗透系数K，但它同样会减小地基土的渗透系数，而且通常后者的减小幅度要较前者大，由此，使加固后水泥土的同结系数大于加固前原地基土的系数，也起到加速固结的作用。
3设计参数
3.1平面设计
根据对施工现场勘测，结合本地区设计经验，采用梅花桩布置，布置见图1所示.
3.2水泥粉煤灰桩设计参数
桩长、桩径、桩体强度、褥垫层厚度及材料设计参数.根据场地勘察。设计采用较大桩距、桩长原则,并且桩端要达到持力层上.本工程中设计承载力标准值为200kPa,桩土置换率为6.5%.
桩长:桩长是水泥粉煤灰桩复合地基设计首要参数,主要由建筑物对承载力和变形的要求、土质条件和土的性质、施工工艺等因素所决定,宜取3-5倍桩径为宜.本工程中设计桩长9.9m,有效桩长9.4m；桩径:桩径取决于所采用的成桩设备,本工程中桩径为40cm；桩距:桩距由地基承载力、土的性质、施工工艺等因素确定,宜取3-5倍桩径.本工程中桩距为160mm×160mm,呈正方形布孔；桩体强度:本工程设计桩体混凝土强度等级为30；褥垫层厚度及材料:大量工程实践和试验研究表明,褥垫层厚度取15-30cm为宜,当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值.本工程褥垫层采用级配良好的砂石,厚0.3m,最大粒径不宜大于30mm.具体设计见图2.
3施工工艺
1)施工前应对主要原材料砂、碎石、水泥和粉煤灰进行检验,水泥采用425#普通硅酸盐水泥,碎石料径为20-40mm,砂采用中粗砂,含泥量不应大于5%,粉煤灰等级应高于Ⅱ、Ⅲ级.
2)施工前,清理现场包括地表植物及杂草,平整至设计标高，根据设计资料准确放出桩位位置.核对地质资料,勘察现场是否与设计相符合，然后试桩2根,检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度等指标,做到随时发现问题解决问题，调整施工工艺.
3)准确放线标定桩孔位置,确定桩顶标高.施工时要隔行隔桩分散跳打,避免相互之间产生干扰现象，相邻桩施工时间间隔大于7d,成桩顺序为从路中心向两侧推进.
4)钻机就位后,用钻机塔身前后、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,确保水泥粉煤灰桩垂直度允许偏差不超过1%,桩位允许偏差不大于5cm,打桩过程中要随机检测钻杆倾斜度.
5)钻孔到设计标高后停止钻进,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.成桩的提拔速度宜控制在1.2-1.5m/min,边振边拔,每拔0.5-1.0m,停拔振动5-10s,如此反复,直至桩管全部拔出.拔管过程避免反插,如上料不足,需在拔管过程中控制投料.
6)成桩过程必须连续进行,避免因后台供料慢而导致停机待料造成断桩事故.灌桩完成后用水泥袋盖好桩头,终凝后洒水进行养护.施工桩顶要高出设计桩顶标高不少于0.5m,桩长偏差不大于10cm,桩径偏差不大于2cm.
7)施工过程中,抽样做混合料试块,一般一个台班一组(3块)15cm×15cm×15cm,并测定28d无侧限抗压强度.
8)保护土层清除后,截除桩顶设计标高以上桩头,桩顶高程允许偏差0-20mm.
4施工质量控制
（1）为检验水泥粉煤灰桩施工工艺、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）长螺旋钻孔、管内泵压混合料，施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与拔管速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料；沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制，拔管速度应控制在1.2-1.5m/min左右，如遇淤泥土或淤泥质土，拔管速度可适当放慢.
（3）控制好混合料的坍落度.大量工程实践表明，混合料坍落度过大，会形成桩项浮浆过多，桩体强度也会降低。坍落度控制在3-5cm，和易性好，当拔管速率为1.2-1.5m／分时，一般桩顶浮浆可控制在10cm左右，成桩质量容易控制.
（4）通常桩顶混凝土密实度差，强度低，现场地质条件和施打顺序等综合确定，一般不应比设计标高于0.5m.
（5）成桩过程中，抽样做混合料试块，每台机械一天应做一组试块标准养护，测定其立方体28d抗压强度.
（6）清土和截桩时不得造成桩顶标高以下桩身断裂.
5检测分析
5.1沉降观测
路基施工完成6个月加载预压后观测沉降结果可以看出，经过粉喷桩处理后实测沉降量均少于理论计算沉降量，达到预期目的.
5.2强度检测
进行早期强度检测,对成桩7d粉喷桩破去桩头表层水泥土进行外观检测.用N10轻便触探仪进行强度检测,距桩头标高以下10cm、150cm、270cm开始触探,每10cm触探击数大于30击,连续触探30cm,累计不少于100cm进行后期强度检测,钻取28d龄期芯样，检测桩体喷粉、完整性、强度等指标.经检测强度达到设计要求.
5.3单桩静载试验
根据设计资料,单桩复合地基承载力特征值为不小于326kPa,采用慢速维持荷载法在桩身强度满足试验荷载条件进行,试验数量宜为总桩数0.5%-1%且不少于3根.本工程进行检测平均值为438kPa满足设计要求.
6结论
水泥粉煤灰桩由于掺入粉煤灰,充分发挥桩间土承载力,具有承载力高、变形小、稳定快、施工简单易行、工程质量易保证等优点,工程造价是一般桩1/2-1/3,具有较高经济和社会效益.水泥粉煤灰桩复合地基作为一种新型地基处理技术,设计计算方法简单易学,适用范围广,适用性强，具有较好的应用前景.
参考文献
[1]徐至钧.强夯和强夯置换法加固地基[M].北京:机械工业出版社,2004.
[2]JGJ79-2002,建筑地基处理技术规范[S].
[3]JTGF10-2006,公路路基施工技术规范[S].
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