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臨近既有線CFG樁施工的安全與質(zhì)量控制(一)
臨近既有線CFG樁施工的安全與質(zhì)量控制
六公司哈齊項(xiàng)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(jìn)行CFG樁施工體現(xiàn)了工程的高風(fēng)險(xiǎn)性。路線范圍內(nèi)地層均為第四系全新人工堆積層、粉砂、粉質(zhì)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(zhì)量是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
關(guān)鍵詞：既有線CFG樁 安全 質(zhì)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(cè)，橫跨讓胡路區(qū)和杜爾伯特蒙古族自治縣，本工程位于嚴(yán)寒地區(qū)，有效施工時(shí)間短，工期緊張。起訖里程為DK191+222.78～DK196+897.49，路基地基處理設(shè)計(jì)要求用CFG樁進(jìn)行加固，全線CFG樁共計(jì)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(shè)計(jì)樁長14.69-23.6米。
2、安全控制
2.1 鉆機(jī)組裝、移位前，對場地進(jìn)行平整、碾壓，達(dá)到壓實(shí)度要求。必要時(shí)進(jìn)行換填處理，長螺旋鉆機(jī)支腿下墊鋼板，保證鉆機(jī)穩(wěn)定性，有效防止由于地質(zhì)軟硬不均發(fā)生鉆機(jī)傾覆。
2.2 鉆機(jī)移位必須在列車間隔時(shí)段進(jìn)行，并專人負(fù)責(zé)指揮，且有現(xiàn)場防護(hù)員和安全員在場，實(shí)施有效防護(hù)。一旦發(fā)現(xiàn)可能危及鐵路行車安全異常情況，立即停止移動(dòng)，及時(shí)實(shí)施有效安全防護(hù)，并采取有效措施進(jìn)行整改。長螺旋鉆機(jī)在重點(diǎn)控制部位內(nèi)移動(dòng)時(shí)，采取纜風(fēng)繩逐漸放松形式移動(dòng)，確保鉆機(jī)移動(dòng)穩(wěn)定。
2.3 鉆機(jī)在施工作業(yè)時(shí)，采用纜風(fēng)繩進(jìn)行對稱拉設(shè)，確定混凝土地錨墩數(shù)量和安設(shè)方向，并錨于遠(yuǎn)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(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定混凝土地錨墩安設(shè)位置、纜風(fēng)繩拉設(shè)，確保傾覆后不影響列車運(yùn)行安全及自閉、供電、高壓線安全。鉆孔時(shí)，鉆速不得過快或驟然變速；孔內(nèi)棄土不得堆積在鉆孔周圍。停機(jī)后，鉆頭應(yīng)提出孔外安全放置。
2.4 纜風(fēng)繩在每次作業(yè)前必須認(rèn)真檢查，并加強(qiáng)保養(yǎng)，一旦發(fā)現(xiàn)有斷絲、毛刺等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)予以更換。纜風(fēng)繩直徑不小于9毫米，機(jī)械施工作業(yè)期間，施工負(fù)責(zé)人、安全員、防護(hù)員現(xiàn)場監(jiān)控，并隨時(shí)檢查機(jī)械的穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，立即停止施工，進(jìn)行整修處理。營業(yè)線有列車通過時(shí)，不得進(jìn)行移位，鉆機(jī)鉆孔深度不小于1米或提鉆時(shí)深度小于距地面1米必須停止作業(yè)。
2.5 當(dāng)鉆機(jī)停止施工或間斷作業(yè)時(shí)，必須用纜風(fēng)繩、混凝土地錨墩固定，施工負(fù)責(zé)人必須檢查確認(rèn)安全后，并設(shè)置專人看守后，作業(yè)人員方準(zhǔn)暫時(shí)離開現(xiàn)場。
2.6 加強(qiáng)收聽氣象預(yù)報(bào)，在遇到六級及以上大風(fēng)時(shí)，鉆機(jī)必須提前停止施工并放倒鉆機(jī)，現(xiàn)場料具做好捆綁和防風(fēng)工作。
2.7 一旦發(fā)生傾覆侵入鐵路建筑限界意外情況，防護(hù)員、安全員要立即通知駐站聯(lián)絡(luò)員及車站值班員、啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，攔停列車，做到先防護(hù)后處理。
纜風(fēng)繩檢算
2.8 安全防護(hù)措施
2.8.1 每個(gè)工點(diǎn)應(yīng)配備1臺吊車和不少于1套的氧氣、乙炔作為應(yīng)急處理設(shè)備，每臺鉆機(jī)負(fù)責(zé)人均要掌握吊車和氧氣、乙炔操作人員的聯(lián)系方式，一旦發(fā)生傾覆立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案并組織救援。
2.8.2 發(fā)生傾覆問題時(shí)，防護(hù)員立即通知駐站聯(lián)絡(luò)員，駐站聯(lián)絡(luò)員馬上向車站值班員報(bào)告；防護(hù)員執(zhí)行《工務(wù)安全規(guī)則》規(guī)定，立即手持紅旗（紅燈）應(yīng)迎列車運(yùn)行方向奔跑，做好攔停列車防護(hù)。
3、質(zhì)量控制
3.1 放線
施工前按照樁位平面布置圖統(tǒng)一進(jìn)行測放樁位線，樁位中心點(diǎn)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(jī)成孔，一般先慢后快，鉆進(jìn)速率按1.0m～1.2m/min控制，在施工時(shí)做好記錄，避免形成螺旋孔，成孔至設(shè)計(jì)深度，確保樁端進(jìn)入持力層滿足設(shè)計(jì)要求，施工樁頂標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高不少于0.5m，垂直度偏差小于1％。判斷鉆頭是否達(dá)到持力層的兩種方法：
（1） 觀察樁機(jī)駕駛室電流的變化：鉆機(jī)開始鉆孔及在軟弱地層鉆孔時(shí)，電流在50A～70A，鉆頭達(dá)到持力層時(shí)，瞬間電流增大到120A以上，同時(shí)電壓下降。
（2） 在鉆機(jī)旁直觀觀察：當(dāng)鉆頭達(dá)到持力層時(shí)，鉆桿上部的動(dòng)力頭發(fā)生顫動(dòng)和輕微的擺動(dòng)，鉆機(jī)的動(dòng)力明顯減弱。
3.3 混凝土灌注
成孔至設(shè)計(jì)深度后，現(xiàn)場指揮員應(yīng)通知鉆機(jī)停鉆提升鉆桿，速率按擬定2.1～2.5m/min控制，認(rèn)真做好施工記錄，并同時(shí)通知司泵開始灌注混凝土并保持連續(xù)灌注。灌注混凝土至樁頂時(shí)，應(yīng)適當(dāng)超過樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高50cm左右，以保證樁頂標(biāo)高和樁頂混凝土質(zhì)量均符合設(shè)計(jì)要求：灌注混凝土之前，應(yīng)檢查管路是否順暢穩(wěn)固；CFG樁施工中，每臺班均制作檢查試件，施工前，應(yīng)用水泥砂漿濕潤管路。
3.4常見質(zhì)量問題分析
3.4.1 堵管。堵管是長螺旋鉆孔管內(nèi)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(dòng)強(qiáng)度,還會(huì)造成材料浪費(fèi)，產(chǎn)生堵管的原因有以下幾點(diǎn): （1） 混合料配合比不合理。當(dāng)混合料中的細(xì)骨料和粉煤灰用量較少時(shí),混合料和易性不好,常發(fā)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(nèi),坍落度應(yīng)控制在180mm～220mm之間。
（2） 混合料攪拌質(zhì)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(qiáng)柔性管、彎頭最后到達(dá)鉆桿芯管內(nèi)�；旌狭显诠芫�內(nèi)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(chǎn)生泌水、離析,泵壓作用下,骨料與砂漿分離,摩擦力加劇,導(dǎo)致堵管。坍落度太小,混合料在輸送管路內(nèi)流動(dòng)性差,也容易造成堵管。
（3） 施工操作不當(dāng)。鉆孔進(jìn)入土層預(yù)定標(biāo)高后,開始泵送混合料,管內(nèi)空氣從排氣閥排出,待鉆桿內(nèi)管及輸送軟、硬管內(nèi)混合料連續(xù)時(shí)提鉆。若提鉆時(shí)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(dāng)。冬期施工時(shí),混合料輸送管及彎頭均需做防凍保護(hù),防凍措施不力,常常造成輸送管或彎頭處混合料的凍結(jié),造成堵管。冬施時(shí),有時(shí)會(huì)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(huì)造成混合料的早凝,產(chǎn)生堵管,影響混合料的強(qiáng)度。
（5） 設(shè)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(huì)造成堵管�；旌狭陷斔凸芤ㄆ谇逑�,否則管路內(nèi)有混合料的結(jié)硬塊,還會(huì)造成管路的堵塞。
3.4.2 縮頸和斷樁：在松軟土中成樁，樁機(jī)的振動(dòng)力較小，當(dāng)采用連打作業(yè)時(shí)，新打樁對已打樁的作用主要表現(xiàn)為擠壓，使得已打樁被擠壓成橢圓形或不規(guī)則形，嚴(yán)重的產(chǎn)生縮頸和斷樁。為避免此類現(xiàn)象的發(fā)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(yīng)選擇合適的成樁順序，并根據(jù)土層情況選用較為適宜的施工工藝和設(shè)備。
3.4.3 竄孔。打完A樁后,在施工相鄰的B樁時(shí),發(fā)現(xiàn)未結(jié)硬的A樁的樁頂突然下落,當(dāng)B樁泵入混合料時(shí),A樁的樁頂開始回升,此種現(xiàn)象稱為竄孔。發(fā)現(xiàn)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(xì)砂;
（2） 鉆桿鉆進(jìn)過程中葉片剪切作用對土體產(chǎn)生擾動(dòng);
（3） 土體受剪切擾動(dòng)能量的積累,足以使土體發(fā)生液化。
由于竄孔對成樁質(zhì)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(qū)域的打樁推進(jìn)排數(shù),減少對已打樁擾動(dòng)能量的積累;
（3） 合理提高鉆頭鉆進(jìn)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(jī)鉆孔時(shí),管內(nèi)充滿空氣,泵送混合料時(shí),排氣閥將空氣排出,若排氣閥堵塞不能正常將管內(nèi)空氣排出,就會(huì)導(dǎo)致樁體存氣,形成空芯。為避免樁頭空芯,施工中應(yīng)經(jīng)常檢查排氣閥的工作狀態(tài),發(fā)現(xiàn)堵塞及時(shí)清洗。
3.4.5 樁端不飽滿。這主要是因?yàn)槭┕ぶ袨榱朔奖汩y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(yīng)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(huì)造成水泥漿分布不勻，樁項(xiàng)浮漿過多，樁身強(qiáng)度不足和形成混和料離析現(xiàn)象�；旌狭咸涠冗^大，也會(huì)形成樁項(xiàng)浮漿過多，樁體強(qiáng)度也會(huì)降低。
3.5 施工質(zhì)量驗(yàn)收
3.5.1 施工過程質(zhì)量檢驗(yàn)主要應(yīng)檢查施工記錄、混合料坍落度、樁數(shù)、樁位偏差、樁頂標(biāo)高和樁體試塊抗壓強(qiáng)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(shè)計(jì)值。
成樁質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
主控項(xiàng)目 1 水泥、粗細(xì)骨料的品種、規(guī)格、質(zhì)量 符合設(shè)計(jì)要求
2 混合料的坍落度 180～220mm
3 混合料的強(qiáng)度 見后附試驗(yàn)報(bào)告
4 樁的數(shù)量、布樁形式 正方形布置間距1.6米
5 單樁投料量 符合設(shè)計(jì)要求
6 樁的有效長度 不小于設(shè)計(jì)樁長
7 樁身質(zhì)量 符合設(shè)計(jì)要求，見后附試驗(yàn)報(bào)告
一般項(xiàng)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(shè)計(jì)樁長
4、樁的質(zhì)量檢測
4.1 樁身完整性檢測
采用低應(yīng)變動(dòng)力檢測樁身的完整性。檢驗(yàn)方法：反射波法是建立在一維彈性桿波動(dòng)理論基礎(chǔ)上，在樁頂部進(jìn)行豎向激振，彈性波沿樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯波阻抗差異界面（如樁底、斷樁和嚴(yán)重離析等）或樁身截面積發(fā)生變化（如縮徑、擴(kuò)徑），將產(chǎn)生反射波，經(jīng)接收、擴(kuò)大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識別來自不同部位的反射信息。通過對反射信息進(jìn)行分析計(jì)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(yīng)變檢測需要在樁頭位置打磨出至少3個(gè)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(dāng)樁長已知、樁底反射信號明顯時(shí)，選取相同條件下不少于5根I類樁的樁身波速按下式計(jì)算樁身平均波速：
= =
=2L·
式中——樁身波速的平均值（m/s）;
——參與統(tǒng)計(jì)的第i根樁的樁身波速值（m/s）；
L——測點(diǎn)下樁長（m）；
——時(shí)域信號第一峰與樁底反射波峰間的時(shí)間差（ms）；
——幅頻曲線上樁底相鄰諧振峰間的頻差（Hz）,計(jì)算時(shí)不宜取第一與第二峰；
n——參與波速平均值計(jì)算的基樁數(shù)量（n≥5）
（2）樁身缺陷位置按下列公式計(jì)算：
=·△·c =·
式中——測點(diǎn)至樁身缺陷的距離（m）；
△——時(shí)域信號第一峰與缺陷反射波峰間的時(shí)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(shí)用值替代。
（3）樁身完整性類別應(yīng)結(jié)合缺陷出現(xiàn)深度、測試信號衰減特性及設(shè)計(jì)樁型、成樁工藝、地質(zhì)條件、施工情況，按下表所列實(shí)測時(shí)域或幅頻信號特征進(jìn)行綜合判定。（附基樁低應(yīng)變完整性測試波形）
樁身完整性判定
類別 時(shí)域信號特征 幅頻信號特征
Ⅰ 2L/c時(shí)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(shí)刻前出現(xiàn)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(chǎn)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(shí)刻前出現(xiàn)嚴(yán)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(yán)重缺陷使波形呈現(xiàn)低頻大振幅衰減振動(dòng)，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(yán)懲缺陷只出現(xiàn)單一諧振峰，無樁底諧振峰
注：對同一場地、地質(zhì)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(dǎo)致實(shí)測信號無樁底反射波時(shí)，可按本場地同條件下有樁底反射波的其他樁實(shí)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(jìn)行檢測。本次試驗(yàn)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(dòng)控制電動(dòng)油泵與油壓千斤頂加壓、反力采用地錨和鋼梁組成的聯(lián)合反力系統(tǒng)。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(cè)的50mm量程位移傳感器自動(dòng)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(shí)內(nèi)樁頂沉降量不超過0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次，再施加下一級荷載。當(dāng)滿足以下條件時(shí)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(jīng)24h尚未達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；
(3) 已達(dá)到設(shè)計(jì)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(jù)沉降隨荷載變化的特征確定：對于陡降型Q-S曲線，取其發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對應(yīng)的荷載值。（附Q-S曲線圖）
(2) 根據(jù)沉降時(shí)間變化的特征確定：取S-lgt曲線尾部出現(xiàn)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(jīng)24h尚達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，取前一級荷載值。
（4） 對于緩變型Q-S曲線可根據(jù)沉降量確定，宜取s=40mm對應(yīng)的荷載值；當(dāng)樁長大于40m時(shí)，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(yīng)的荷載值。
5、結(jié)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(zhì)量。確保了工程的順利進(jìn)行。
基樁低應(yīng)變完整性測試波形
單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)曲線圖
工程名稱: 哈齊鐵路客運(yùn)專線4標(biāo)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(yàn)曲線圖
工程名稱: 哈齊鐵路客運(yùn)專線4標(biāo)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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