摘要：本文通过在甘肃渭武高速公路的工程实践，分析出影响淤泥层CFG桩充盈系数的几点因素，并提出相应措施和注意事项。控制好ＣＦＧ桩充盈系数是成本控制的关键，供同类项目参考。
关键词：振动沉管；CFG桩；成桩顺序；塌落度
1.引言
水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩（cementfIying-ashgravel英文缩写）。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。由于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。桩可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。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，CFG桩具有地基承载力高、稳定性好、施工简单等优点；其次，CFG桩将工业废料粉煤灰进行废物利用，降低水泥用量，工程造价低且低碳环保，具有显著的经济效益和社会效益。目前该桩体已广泛应用于工民建、公路、铁路客运专线及高速铁路，施工技术相对成熟。但对于在淤泥层地质施工工时的充盈系数控制方面的经验或文献资料却相对较少。下文通过在甘肃渭武高速公路的工程实践，对淤泥层CFG桩充盈系数控制进行几点总结，供同类项目参考。
2.工程概况
渭源至武都高速公路*合同段，起讫桩号为K155+000-K172+900。路线起点位于渭源县路园镇，与天定高速陇西至渭源连接线相接，终点位于陇西县碧岩镇，路线总体呈南北走向，双向四车道，全长17.9km，合同总造价7.9亿元。
CFG桩复合路基段为K158+000-K158+120、L2K1+600-L2K1+710。地质情况为表层灰黑色，饱和流塑状淤泥，厚度8-10m。以下为细砂，灰白色，饱和，松散，地震时会液化，厚度为10-15米。下为砾石层，饱和，稍密。设计采用C15水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）进行软基处理，桩径40cm，设计桩长18m、24m。为提高地基承载力、增加桩间土挤密效果、减少地基变形以及消除地基液化，成桩工艺采用振动沉管法。
3.振动沉管CFG桩施工工艺
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振动沉管CFG桩施工流程图（图一）
4.CFG桩充盈系数调查与前期充盈系数统计
通过查阅资料、咨询同行业人员，目前CFG桩在非流塑状淤泥层施工时，充盈系数一般在1.2-1.4左右。根据现场实地调查和统计，前期施工阶段我项目CFG桩充盈系数平均值为1.8，河岸或塘岸附近的桩甚至更高，（图二）为前期充盈系数统计表。项目CFG桩总方量为8318.9m3，如此问题不能得以控制，充盈系数按1.8计算，超方总数将达到6655m3，由此造成的材料、人工、机械支出将达到200万以上。
充盈系数统计表（图二）
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5.充盈系数过大的原因分析：
5.1地质原因分析
地勘资料显示该段落地质情况为表层灰黑色，饱和流塑状淤泥，厚度7-9m。以下为细砂，灰白色，饱和，松散，地震时会液化，厚度为9-14米。通过实际调查得知K158+000-K158+120段原为古河道冲洪积淤泥区。L2K1+600-L2K1+710段试挖探坑后发现该段落地下水位较浅，淤泥含水丰富，流动性强。混凝土下放后受压力影响造成扩径超方。该地质问题几乎无法解决，只能通过其他途径减小其对CFG桩充盈系数的影响。
5.2成桩设备因素分析
5.2.1设备选择
振动沉管CFG桩设备在渭武高速公路全线各标段共有两种型号，一种为功率较大动力较强的DZ90型成桩机，另一种为功率、动力相对较小的DZ60型成桩机。实践发现DZ90型成桩的充盈系数普遍大于DZ60型。经现场开挖也发现DZ90型的成桩直径普遍大于DZ60型成桩直径。可见大功率设备对淤泥层扰动较大，足以导致桩径扩大砼超方，充盈系数变大。
5.2.1沉管钻头选择
沉管钻头一般有外放型和内放型两种，其区别在于活瓣钻头的活动关节在外部和内部。
在非淤泥层地质施工时两种钻头成桩形状，并无太大差别，但在淤泥层施工时两者的成桩差别则较大。经过前期试桩发现，相同功率的成桩设备采用外放型钻头时充盈系数明显大于内放型。开挖成桩桩身时发现，外放型钻头的成桩直径均大于内放型桩头，而且桩身均为正方型，充盈系数较大也就不言而喻了。
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钻头成桩对比图（图三）
5.3成桩顺序因素分析
前期施工阶段按照普通挤密桩成桩顺序（图四），采取梅花形隔桩跳打，总体成桩顺序为从四边依次向中心围打成桩，此时成桩充盈系数一直居高不下，初步分析其原因可能为此种成桩顺序对淤泥流动性控制效果较差导致。
之后重新制定施工方案在不违背挤密桩成桩顺序的情况下，将原方案调整为划分小区域围打，详细步骤如下（图五）：
①将整个打桩区等分为四个面积大致相等的区域。
②对先在小区域四边，按照桩位打两排桩后，再按此方法在下一区域打桩，此时超方系数可能较大。
③待四个小区域四边两排桩全部施工完毕后，此时第一区四边的两排桩，桩身及扩径范围内砼已有一定强度，对周围淤泥流动性产生一定的限制作用，再从四周向中心打桩时超方系数将逐渐减小。
④沿河、塘岸一侧也应预先打桩，限制淤泥流动。
改变成桩顺之后，成桩充盈系数随着逐渐向内部推进已明显下降。
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后期成桩顺序（图五）
5.4人员操作因素分析
通过对施工记录的分析发现成桩时拔管速度太慢，管内混凝土压力过大，造成桩体扩径。混凝土供应不及时停工等料时间过长，管内混凝土在持压的情况下停留过久，也造成桩体扩径，都会导致成桩充盈系数过大。
5.5混凝土塌落度控制
经过多次现场对比发现混凝土塌落度的稳定也是充盈系数控制的要点，塌落度过大时混凝土流动性强，极易造成充盈系数过大，过小时则容易发生缩颈，甚至断桩。
6.淤泥层CFG桩施工充盈系数控制要点
6.1设备功率选择：
大功率设备对淤泥层扰动较大，导致桩径扩大，充盈系数变大。此外就施工效率而言，因为淤泥层阻力较小，DZ60型与DZ90型设备的效率也几乎相同。所以对在淤泥层段落进行CFG桩施工时，选择设备功率不宜过大，满足施工需要即可。
6.2钻头型号选择：
在淤泥层地质的情况下，CFG桩施工应采用内放型钻头，有利于降低CFG桩充盈系数。
6.3成桩顺序选择：
成桩顺序应充分考虑淤泥层状态、打桩区域面积、临水距离等因素。淤泥为流塑状态时，在满足挤密桩要求的情况下应对施工区域进行进行合理划分;对于邻水较近区域的桩应首先予以施工。
6.4拔管速度控制：
控制拔管速度应严格控制在1.3-1.5m/min（含停振时间），以保证较小的充盈系数和成桩质量。
6.5混凝土供应控制：
保证混凝土供应的连续性，配备足够车辆及满足施工需要的拌合设备。现场管理人员也应极力缩短待机等料时间，严禁在淤泥待机等料。
6.6混凝土塌落度控制：
混凝土塌落度应严格控制在7cm左右。混凝土塌落度控制是充盈系数可控的重要因素，原材料含水量的监控则是混凝土塌落度控制的关键。所以应及时测定原材含水量并对拌合水量进行适当调整。
6.7施工参数记录的重要性：
在施工中分析一个问题时，影响因素绝对不止一个，在没完整的参数记录情况下，想要把问题分析透彻清楚几乎是不可能的。所以整个施工过程中，技术人员必须作好施工原始记录，沉管时间、速度、电流值、塌落度、混合料灌入量等数据。这样才能通过多次的试验和调整来找到最适合施工地段地质情况的施工设备与工艺。
7.结语
目前本项目CFG桩已全部施工完毕，实际使用砼方量为10900m3，总体充盈系数为1.3。较之前充盈系数为1.8时，节约砼4000m3。降低了施工成本，节省了工期。此外本项目也是CFG桩第一次应用于甘肃公路工程淤泥层地质的成功实践，也会有助于这种物美价廉的施工工艺在甘肃公路设计和施工中的推广，并为项目和公司带来更多的认可和回报。
参考文献
[1]李海鹏,王克飞.控制ＣＦＧ桩充盈系数的施工措施.铁路标准设计, 2009年S1期.
论文作者:陈学明1,郝显伟2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/16
标签：系数论文; 淤泥论文; 混凝土论文; 钻头论文; 地质论文; 顺序论文; 设备论文; 《基层建设》2019年第29期论文;