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臨近既有線CFG樁施工的安全與質量控制(一)
臨近既有線CFG樁施工的安全與質量控制
六公司哈齊項目部 李 偉
摘 要： 哈齊客專施工臨近既有線，在保障既有線行車安全的前提下，進行CFG樁施工體現了工程的高風險性。路線范圍內地層均為第四系全新人工堆積層、粉砂、粉質粘土，為軟弱土層，地下水為第四系孔隙潛水，軟基處理要求較高，路基工后沉降控制要求零沉降，對CFG的施工質量是一個嚴峻的挑戰。
關鍵詞：既有線CFG樁 安全 質量 檢測
1、工程概況
本段位于黑龍江省大慶市太康縣，既有濱洲線右側，橫跨讓胡路區和杜爾伯特蒙古族自治縣，本工程位于嚴寒地區，有效施工時間短，工期緊張。起訖里程為DK191+222.78～DK196+897.49，路基地基處理設計要求用CFG樁進行加固，全線CFG樁共計123萬延米，CFG樁采用正方形布置，樁間距1.5、1.6米，樁徑0.4、0.5米，設計樁長14.69-23.6米。
2、安全控制
2.1 鉆機組裝、移位前，對場地進行平整、碾壓，達到壓實度要求。必要時進行換填處理，長螺旋鉆機支腿下墊鋼板，保證鉆機穩定性，有效防止由于地質軟硬不均發生鉆機傾覆。
2.2 鉆機移位必須在列車間隔時段進行，并專人負責指揮，且有現場防護員和安全員在場，實施有效防護。一旦發現可能危及鐵路行車安全異常情況，立即停止移動，及時實施有效安全防護，并采取有效措施進行整改。長螺旋鉆機在重點控制部位內移動時，采取纜風繩逐漸放松形式移動，確保鉆機移動穩定。
2.3 鉆機在施工作業時，采用纜風繩進行對稱拉設，確定混凝土地錨墩數量和安設方向，并錨于遠端混凝土地錨墩上；受場地限制不能對稱張拉的特殊情況，應根據實際情況確定混凝土地錨墩安設位置、纜風繩拉設，確保傾覆后不影響列車運行安全及自閉、供電、高壓線安全。鉆孔時，鉆速不得過快或驟然變速；孔內棄土不得堆積在鉆孔周圍。停機后，鉆頭應提出孔外安全放置。
2.4 纜風繩在每次作業前必須認真檢查，并加強保養，一旦發現有斷絲、毛刺等現象，應及時予以更換。纜風繩直徑不小于9毫米，機械施工作業期間，施工負責人、安全員、防護員現場監控，并隨時檢查機械的穩定狀態；當發現異常時，立即停止施工，進行整修處理。營業線有列車通過時，不得進行移位，鉆機鉆孔深度不小于1米或提鉆時深度小于距地面1米必須停止作業。
2.5 當鉆機停止施工或間斷作業時，必須用纜風繩、混凝土地錨墩固定，施工負責人必須檢查確認安全后，并設置專人看守后，作業人員方準暫時離開現場。
2.6 加強收聽氣象預報，在遇到六級及以上大風時，鉆機必須提前停止施工并放倒鉆機，現場料具做好捆綁和防風工作。
2.7 一旦發生傾覆侵入鐵路建筑限界意外情況，防護員、安全員要立即通知駐站聯絡員及車站值班員、啟動應急預案，攔停列車，做到先防護后處理。
纜風繩檢算
2.8 安全防護措施
2.8.1 每個工點應配備1臺吊車和不少于1套的氧氣、乙炔作為應急處理設備，每臺鉆機負責人均要掌握吊車和氧氣、乙炔操作人員的聯系方式，一旦發生傾覆立即啟動應急預案并組織救援。
2.8.2 發生傾覆問題時，防護員立即通知駐站聯絡員，駐站聯絡員馬上向車站值班員報告；防護員執行《工務安全規則》規定，立即手持紅旗（紅燈）應迎列車運行方向奔跑，做好攔停列車防護。
3、質量控制
3.1 放線
施工前按照樁位平面布置圖統一進行測放樁位線，樁位中心點用釬子插入地下，并用白灰明示，樁位偏差小于50mm。
3.2 成孔
長螺旋鉆機成孔，一般先慢后快，鉆進速率按1.0m～1.2m/min控制，在施工時做好記錄，避免形成螺旋孔，成孔至設計深度，確保樁端進入持力層滿足設計要求，施工樁頂標高應高出設計樁頂標高不少于0.5m，垂直度偏差小于1％。判斷鉆頭是否達到持力層的兩種方法：
（1） 觀察樁機駕駛室電流的變化：鉆機開始鉆孔及在軟弱地層鉆孔時，電流在50A～70A，鉆頭達到持力層時，瞬間電流增大到120A以上，同時電壓下降。
（2） 在鉆機旁直觀觀察：當鉆頭達到持力層時，鉆桿上部的動力頭發生顫動和輕微的擺動，鉆機的動力明顯減弱。
3.3 混凝土灌注
成孔至設計深度后，現場指揮員應通知鉆機停鉆提升鉆桿，速率按擬定2.1～2.5m/min控制，認真做好施工記錄，并同時通知司泵開始灌注混凝土并保持連續灌注。灌注混凝土至樁頂時，應適當超過樁頂設計標高50cm左右，以保證樁頂標高和樁頂混凝土質量均符合設計要求：灌注混凝土之前，應檢查管路是否順暢穩固；CFG樁施工中，每臺班均制作檢查試件，施工前，應用水泥砂漿濕潤管路。
3.4常見質量問題分析
3.4.1 堵管。堵管是長螺旋鉆孔管內泵壓混合料灌注成樁工藝常遇到的主要問題之一，它直接影響CFG樁的施工效率,增加工人勞動強度,還會造成材料浪費，產生堵管的原因有以下幾點: （1） 混合料配合比不合理。當混合料中的細骨料和粉煤灰用量較少時,混合料和易性不好,常發生堵管。因此,要注意混合料的配合比,尤其要注意將粉煤灰摻量控制在70kg/m3～90kg/m3的范圍內,坍落度應控制在180mm～220mm之間。
（2） 混合料攪拌質量有缺陷。在CFG樁施工中,混合料由混凝土泵通過剛性管、高強柔性管、彎頭最后到達鉆桿芯管內。混合料在管線內借助水和水泥砂漿潤滑層與管壁分離后通過管線，坍落度太大的混合料,易產生泌水、離析,泵壓作用下,骨料與砂漿分離,摩擦力加劇,導致堵管。坍落度太小,混合料在輸送管路內流動性差,也容易造成堵管。
（3） 施工操作不當。鉆孔進入土層預定標高后,開始泵送混合料,管內空氣從排氣閥排出,待鉆桿內管及輸送軟、硬管內混合料連續時提鉆。若提鉆時間較晚,在泵送壓力下鉆頭處的水泥漿液被擠出,容易造成管路堵塞。
（4） 冬期施工措施不當。冬期施工時,混合料輸送管及彎頭均需做防凍保護,防凍措施不力,常常造成輸送管或彎頭處混合料的凍結,造成堵管。冬施時,有時會采用加熱水的辦法提高混合料的出口溫度,但要控制好水的溫度,水溫最好不要超過60℃,否則會造成混合料的早凝,產生堵管,影響混合料的強度。
（5） 設備缺陷。彎頭曲率半徑不合理也能造成堵管。彎頭與鉆桿不能垂直連接,否則也會造成堵管�；旌狭陷斔凸芤ㄆ谇逑�,否則管路內有混合料的結硬塊,還會造成管路的堵塞。
3.4.2 縮頸和斷樁：在松軟土中成樁，樁機的振動力較小，當采用連打作業時，新打樁對已打樁的作用主要表現為擠壓，使得已打樁被擠壓成橢圓形或不規則形，嚴重的產生縮頸和斷樁。為避免此類現象的發生，無論是在飽和軟土中成樁還是在較硬的土層或中間夾有硬土層的地基中成樁，均應選擇合適的成樁順序，并根據土層情況選用較為適宜的施工工藝和設備。
3.4.3 竄孔。打完A樁后,在施工相鄰的B樁時,發現未結硬的A樁的樁頂突然下落,當B樁泵入混合料時,A樁的樁頂開始回升,此種現象稱為竄孔。發現竄孔的條件有如下三條:
（1） 被加固土層中有松散飽和粉土、粉細砂;
（2） 鉆桿鉆進過程中葉片剪切作用對土體產生擾動;
（3） 土體受剪切擾動能量的積累,足以使土體發生液化。
由于竄孔對成樁質量的影響,可采取以下措施:
（1） 采取隔樁、隔排跳打方法;
（2） 減少在竄孔區域的打樁推進排數,減少對已打樁擾動能量的積累;
（3） 合理提高鉆頭鉆進速度。
3.4.4 樁頭空芯。主要是施工過程中,排氣閥不能正常工作所致。鉆機鉆孔時,管內充滿空氣,泵送混合料時,排氣閥將空氣排出,若排氣閥堵塞不能正常將管內空氣排出,就會導致樁體存氣,形成空芯。為避免樁頭空芯,施工中應經常檢查排氣閥的工作狀態,發現堵塞及時清洗。
3.4.5 樁端不飽滿。這主要是因為施工中為了方便閥門的打開,先提鉆后泵料所致。這種情況可能造成鉆頭上的土掉入樁孔或地下水浸入樁孔。為杜絕這種情況,施工中前、后臺工人應密切配合,保證提鉆和泵料的一致性。
3.4.6 樁頂浮漿過多。拔管速率過慢會造成水泥漿分布不勻，樁項浮漿過多，樁身強度不足和形成混和料離析現象�；旌狭咸涠冗^大，也會形成樁項浮漿過多，樁體強度也會降低。
3.5 施工質量驗收
3.5.1 施工過程質量檢驗主要應檢查施工記錄、混合料坍落度、樁數、樁位偏差、樁頂標高和樁體試塊抗壓強度。
3.5.2 樁位允許偏差：0～50mm、樁身傾斜不大于1%、樁體有效直徑不小于設計值。
成樁質量驗收標準
主控項目 1 水泥、粗細骨料的品種、規格、質量 符合設計要求
2 混合料的坍落度 180～220mm
3 混合料的強度 見后附試驗報告
4 樁的數量、布樁形式 正方形布置間距1.6米
5 單樁投料量 符合設計要求
6 樁的有效長度 不小于設計樁長
7 樁身質量 符合設計要求，見后附試驗報告
一般項目 1 允許偏差 樁位（mm） 50
2 樁身垂直度 1%
3 樁體有效長度 不小于設計樁長
4、樁的質量檢測
4.1 樁身完整性檢測
采用低應變動力檢測樁身的完整性。檢驗方法：反射波法是建立在一維彈性桿波動理論基礎上，在樁頂部進行豎向激振，彈性波沿樁身向下傳播，當樁身存在明顯波阻抗差異界面（如樁底、斷樁和嚴重離析等）或樁身截面積發生變化（如縮徑、擴徑），將產生反射波，經接收、擴大、濾波和數據處理，可識別來自不同部位的反射信息。通過對反射信息進行分析計算，判斷樁身混凝土的完整性，判斷樁身缺陷的程度及其位置。低應變檢測需要在樁頭位置打磨出至少3個面積不小于10的平面，位置分別在樁中心和距樁中心2/3R處。見下圖
（1）樁身波速平均值的確定：
當樁長已知、樁底反射信號明顯時，選取相同條件下不少于5根I類樁的樁身波速按下式計算樁身平均波速：
= =
=2L·
式中——樁身波速的平均值（m/s）;
——參與統計的第i根樁的樁身波速值（m/s）；
L——測點下樁長（m）；
——時域信號第一峰與樁底反射波峰間的時間差（ms）；
——幅頻曲線上樁底相鄰諧振峰間的頻差（Hz）,計算時不宜取第一與第二峰；
n——參與波速平均值計算的基樁數量（n≥5）
（2）樁身缺陷位置按下列公式計算：
=·△·c =·
式中——測點至樁身缺陷的距離（m）；
△——時域信號第一峰與缺陷反射波峰間的時間差（ms）；
△——幅頻曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差（Hz）
c——樁身波速（m/s），無法確定時用值替代。
（3）樁身完整性類別應結合缺陷出現深度、測試信號衰減特性及設計樁型、成樁工藝、地質條件、施工情況，按下表所列實測時域或幅頻信號特征進行綜合判定。（附基樁低應變完整性測試波形）
樁身完整性判定
類別 時域信號特征 幅頻信號特征
Ⅰ 2L/c時刻前無缺陷反射波，有樁底反射波 樁底諧振峰排列基本等間距，其相鄰頻差Δf≈c/2L
Ⅱ 2L/c時刻前出現輕微缺陷反射波，有樁底反射波 樁底諧振峰排列基本等間距，其相鄰頻差Δf≈c/2L，輕微缺陷產生的諧振峰與樁底諧振峰之間的頻差Δf’＞c/2L
Ⅲ 有明顯缺陷反射波，其他特征介于Ⅱ類和Ⅳ類之間
Ⅳ 2L/c時刻前出現嚴重缺陷反射波或周期性反射波，無樁底反射波；或因樁身淺部嚴重缺陷使波形呈現低頻大振幅衰減振動，無樁底反射波 缺陷諧振峰排列基本等間距，相鄰頻差Δf’＞c/2L，無樁底諧振峰；或因樁身淺部嚴懲缺陷只出現單一諧振峰，無樁底諧振峰
注：對同一場地、地質條件相近、樁型和成樁工藝相同的基樁，因樁端部分樁身阻抗與持力層阻抗相匹配導致實測信號無樁底反射波時，可按本場地同條件下有樁底反射波的其他樁實測信號判定樁身完整性類別。
4.2 單樁承載力檢測
采用慢速維持荷載法對單樁承載力進行檢測。本次試驗儀器采用徐州市建筑工程研究所的JCQ-503A靜力荷載測試儀自動控制電動油泵與油壓千斤頂加壓、反力采用地錨和鋼梁組成的聯合反力系統。加載等級分為10級，每級加載增量為100KN，最終加載量為1000KN，第一級加載量為分級荷載的2.0倍，為200KN。由安裝在承壓板兩側的50mm量程位移傳感器自動量測沉降值。每級荷載施加后按第5、15、30、45、60min測讀樁頂沉降量，以后每隔30min測讀一次。直至每小時內樁頂沉降量不超過0.1mm，并連續出現兩次，再施加下一級荷載。當滿足以下條件時停止加載：
(1) 荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的5倍；
(2) 某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經24h尚未達到相對穩定標準；
(3) 已達到設計要求的最大加載量1000KN。
單樁承載力按下列方法綜合分析確定：
(1) 根據沉降隨荷載變化的特征確定：對于陡降型Q-S曲線，取其發生明顯陡降的起始點對應的荷載值。（附Q-S曲線圖）
(2) 根據沉降時間變化的特征確定：取S-lgt曲線尾部出現明顯向下彎曲的前一級荷載值。（附S-lgt圖）
(3) 某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經24h尚達到相對穩定標準時，取前一級荷載值。
（4） 對于緩變型Q-S曲線可根據沉降量確定，宜取s=40mm對應的荷載值；當樁長大于40m時，宜考慮樁身反彈性壓縮量；對直徑大于或等于800mm的樁，可取s=0.05D(D為樁端直徑)對應的荷載值。
5、結束語
通過以上控制保證了CFG樁臨近既有線施工的安全和質量。確保了工程的順利進行。
基樁低應變完整性測試波形
單樁豎向抗壓靜載試驗曲線圖
工程名稱: 哈齊鐵路客運專線4標段DK192+400—DK192+460 試樁編號: 25-7
樁徑: 400mm 樁長: 14.84m 檢測日期: 2010-8-27
荷載
（kN） 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
沉降
（mm） 0.49 0.98 1.82 2.81 3.93 5.68 7.30 9.12 11.37
單樁豎向抗壓靜載試驗曲線圖
工程名稱: 哈齊鐵路客運專線4標段DK192+400—DK192+460 試樁編號: 25-7
樁徑: 400mm 樁長: 14.84m 檢測日期: 2010-8-27
荷載
（kN） 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
沉降
（mm） 0.49 0.98 1.82 2.81 3.93 5.68 7.30 9.12 11.37
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