鄭西高鐵在含有姜石鈣質(zhì)結(jié)核層黃土地區(qū)CFG樁施工分析

2023年12月27日發(fā)(作者：臨時(shí)停車(chē)場(chǎng))

鄭西高鐵在含有姜石鈣質(zhì)結(jié)核層黃土地區(qū)CFG樁施工分析

李智杰

【期刊名稱】《《交通世界（建養(yǎng)機(jī)械）》》

【年(卷),期】2012(000)009

【總頁(yè)數(shù)】2頁(yè)(P136-137)

【作 者】李智杰

【作者單位】中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司

【正文語(yǔ)種】中 文

工程概況

鄭西高鐵設(shè)計(jì)時(shí)速為350km/h，工后“零”沉降，位于黃土丘陵區(qū)，地勢(shì)整體平緩，由東向西緩慢升高，黃河支流洛河之橫向黃土沖溝發(fā)育，部分深切呈“V”型谷，沖溝深數(shù)十米，岸坡陡峭。地質(zhì)情況為：黃土丘陵地貌，第四系中下更新統(tǒng)黏質(zhì)黃土、鈣質(zhì)結(jié)核層、圓礫土，局部表層松軟土厚0～10m，下伏第三系礫巖、泥巖、砂巖。黏質(zhì)黃土普遍具有弱膨脹性。路基段地基處理主要為CFG樁加固，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)范圍為5～20m，均采用梅花型，其中樁長(zhǎng)小于15m采用φ40樁徑，樁間距為1.2及1.3m；樁長(zhǎng)在15～20m之間的采用φ50樁徑, 樁間距為1.4m。樁頂鋪設(shè)80～100cm厚二八灰土墊層夾兩層土工格柵。要求樁身混凝土強(qiáng)度不小于C10。

姜石鈣質(zhì)結(jié)核層黃土地區(qū)CFG樁施工機(jī)具型號(hào)選擇

按照設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的0.5%～1%，且每個(gè)單位工程的試驗(yàn)數(shù)量不

應(yīng)少于3點(diǎn)。根據(jù)CFG樁施工的兩種常用方法即振動(dòng)沉管成樁法和長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔、管內(nèi)泵壓混凝土成樁法進(jìn)行試驗(yàn)。

采用振動(dòng)沉管法進(jìn)行成孔試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)沉管法在Q2黏質(zhì)黃土4m以下即無(wú)法繼續(xù)深入，預(yù)計(jì)在鈣質(zhì)結(jié)核層及圓礫土，由于地質(zhì)堅(jiān)硬，振動(dòng)沉管鉆機(jī)根本無(wú)法使用，只能選擇步履式長(zhǎng)螺旋桿鉆機(jī)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同地質(zhì)情況采用不同長(zhǎng)螺旋鉆桿管內(nèi)泵壓混凝土的施工工藝進(jìn)行施工，由于普通機(jī)型采用的鉆桿鉆頭在穿透姜石層時(shí)經(jīng)常損壞，因此鉆桿鉆頭則采用專門(mén)的合金材料制作，同時(shí)根據(jù)設(shè)備機(jī)型的許用拔鉆力、主機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出扭矩、主卷?yè)P(yáng)機(jī)以及動(dòng)力頭功率配置等條件，在全國(guó)幾個(gè)大的生產(chǎn)設(shè)備廠家產(chǎn)品中進(jìn)行鉆機(jī)選型，即姜石層越厚越需動(dòng)力頭功率越大的機(jī)械施工，保障扭矩使鉆頭有足夠的力旋轉(zhuǎn)下鉆，保障主卷?yè)P(yáng)機(jī)動(dòng)力使鉆頭鉆桿有足夠的力拔出，避免卡鉆。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)分析，對(duì)鈣質(zhì)結(jié)核層含量比例與機(jī)具設(shè)備的選擇得出表1結(jié)論，供同仁們參考。

CFG樁施工注意事項(xiàng)

CFG樁施工過(guò)程控制有很多的參考文獻(xiàn)，本文不再詳細(xì)闡述，需要注意的是在測(cè)量放樣，場(chǎng)地平整，鉆機(jī)就位等等工序后進(jìn)行鉆進(jìn)成孔時(shí)，根據(jù)補(bǔ)勘地質(zhì)資料（開(kāi)工前應(yīng)對(duì)地質(zhì)情況每隔50～100m進(jìn)行補(bǔ)勘）及設(shè)計(jì)地質(zhì)資料情況對(duì)有姜石夾層地段提前更換合金鉆頭和鉆桿，以免造成損壞普通鉆頭或卡鉆現(xiàn)象。鉆頭進(jìn)入姜石夾層時(shí)主要表現(xiàn)為鉆進(jìn)速度會(huì)明顯減慢，此時(shí)不可過(guò)分加大馬力，以防扭斷鉆桿。

成孔后，施工工藝順序?yàn)楣嘧⒒炷良鞍喂堋茩C(jī)鉆孔下一根樁→清除樁間土→鑿除樁頭→樁體質(zhì)量檢測(cè)→褥墊層施工，施工方法按照正常工藝實(shí)施即可。

CFG樁施工質(zhì)量采用無(wú)損檢測(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)，加固效果檢測(cè)采用荷載試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果必須符合《鐵路工程基樁檢測(cè)規(guī)程》及《客運(yùn)專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

姜石鈣質(zhì)結(jié)核層黃土地區(qū)CFG樁施工工效分析

針對(duì)黃土地區(qū)姜石結(jié)鈣質(zhì)核層含量的不同，必須選用不同的機(jī)具設(shè)備，同時(shí)對(duì)鉆頭及鉆桿的強(qiáng)度要求也相對(duì)較高，經(jīng)過(guò)對(duì)全標(biāo)段24段黃土地區(qū)，不同含量姜石鈣質(zhì)結(jié)核層CFG樁施工段落的實(shí)際工效統(tǒng)計(jì)得出表2的結(jié)論。

由上表結(jié)論可以看出，在含有姜石鈣質(zhì)結(jié)核的黃土地區(qū)（姜石含量在35%以下）對(duì)于CFG樁施工，其工效明顯低于一般的軟土地基CFG樁施工，且姜石鈣質(zhì)結(jié)核含量越高，對(duì)于設(shè)備的性能要求也就越高，而工效也越低（僅為一般地基的40%左右）。因此，對(duì)于姜石鈣質(zhì)結(jié)核的黃土地區(qū)CFG樁施工的成本是非常有必要進(jìn)行分析的。

姜石鈣質(zhì)結(jié)核層黃土地區(qū)CFG樁施工成本分析

鄭西高鐵CFG樁合同單價(jià)為50元/m左右，結(jié)合實(shí)際情況，該費(fèi)用嚴(yán)重不足，主要是因?yàn)镃FG樁在黃土姜石鈣質(zhì)結(jié)核層中的工效低，設(shè)備要求高以及高鐵對(duì)CFG樁施工工藝要求較高，已經(jīng)脫離了傳統(tǒng)意義的混合料樁。

影響長(zhǎng)螺旋CFG樁成本的主要因素

樁的性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生變化

傳統(tǒng)意義上的CFG樁樁體是水泥、粉煤灰、碎石組成的混合料，并不是混凝土，而鄭西高鐵為了提高地基處理質(zhì)量，同時(shí)為了保證CFG樁灌注樁體的質(zhì)量將樁身材料提高為高性能C15混凝土。同時(shí)，作為長(zhǎng)螺旋芯管泵送混凝土施工，C15混凝土難以滿足泵送和易性要求，實(shí)際的混凝土強(qiáng)度均超過(guò)C15。因此，CFG樁在高鐵的使用過(guò)程中實(shí)際上已經(jīng)不再是傳統(tǒng)意義的CFG樁，而是實(shí)實(shí)際際的小樁徑鉆孔樁。

機(jī)具設(shè)備投入大，工效低，無(wú)法發(fā)揮正常的機(jī)械效率

結(jié)合前文分析，在含有姜石結(jié)核層的位置施工CFG樁，首先必須使用合金鉆頭，使用比在一般正常軟基位置許用拔鉆力、主機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出扭矩、主卷?yè)P(yáng)機(jī)以及動(dòng)力

頭功率均大一級(jí)甚至幾級(jí)的設(shè)備進(jìn)行鉆孔，而且工效低30%～60%，這些均造成設(shè)備必須加大投入數(shù)量，增加鉆孔成本。

為確保高鐵混凝土施工質(zhì)量，所有混凝土均在拌合站集中拌合，通過(guò)混凝土運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。由于樁體直徑小，造成與之配套使用的混凝土運(yùn)輸車(chē)，混凝土輸送泵工藝性間隔等待時(shí)間長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)需要反復(fù)等待樁位清土，鉆機(jī)移位，就位，鉆孔等，機(jī)械效率無(wú)法正常發(fā)揮，往往一車(chē)混凝土需要幾個(gè)小時(shí)才能泵送完畢。

樁身排土清理及鑿樁頭等工序費(fèi)用較高

長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)施工樁身主動(dòng)排土，增加了樁身排土清理工序。為了防止斷樁不能使用大型設(shè)備進(jìn)行清理，只能人工配合手推車(chē)推出路基范圍，在采用挖掘機(jī)裝車(chē)運(yùn)至棄土場(chǎng)。

鑿樁頭采用電動(dòng)切割機(jī)沿著樁體環(huán)向切割一圈后，使用風(fēng)鎬配合人工將樁頭拉斷，人工將樁頭運(yùn)至路基范圍以外采取挖掘機(jī)裝車(chē)至棄土場(chǎng)深埋，最后對(duì)樁頭進(jìn)行修造。

實(shí)測(cè)長(zhǎng)螺旋CFG樁成本分析

根據(jù)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，結(jié)合高鐵關(guān)于CFG樁施工技術(shù)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求和全國(guó)基礎(chǔ)定額，直徑400mm的長(zhǎng)螺旋CFG樁在含有姜石結(jié)核夾層的黃土地區(qū)實(shí)際綜合單價(jià)為126.86元/m，在一般黃土地區(qū)的綜合單價(jià)為104.1元/m。工作內(nèi)容包括：施工準(zhǔn)備；樁機(jī)就位和移位、校測(cè)、鉆孔；混凝土拌合、運(yùn)輸（均5km）、泵送、灌注；清理鉆孔排土、人工倒運(yùn)（均50m）；破樁頭及清理。

表1 CFG樁在姜石鈣質(zhì)結(jié)核層含量機(jī)具型號(hào)選擇主要指標(biāo)表序號(hào) 姜石鈣質(zhì)結(jié)核層含量比例（%）步履式長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)設(shè)備主要性能要求m） 主卷?yè)P(yáng)機(jī) 動(dòng)力頭功率（kw）1 ﹤5% 180 21 34 5T（22kw） 45×2 普通鉆頭備注許用拔鉆力 輸出扭矩（kN.（KN）主機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）2 5%～9% 240 21 39 5T（22kw） 45×2 合金鉆頭3 9%～13% 300 21 48.5 5T（22kw） 45×2 4 13%～20% 400 18.5

48.5 8T（30kw） 55×2合金鉆頭和鉆桿5 20%～30% 640 16 63.7 8T（30kw）

55×2 6 30%～35% 800 12 83 8T（30kw） 75×2 7 ﹥35% 難以成孔，功效極低變更旋噴樁

表2 不同含量姜石鈣質(zhì)結(jié)核層CFG樁施工工效結(jié)論分析表序號(hào) 地質(zhì) 土壤類別 施工機(jī)械型號(hào) 特殊措施 平均臺(tái)班產(chǎn)量（m/臺(tái)班） 備注CFG18 90kw動(dòng)力頭 170 1

一般軟土地基 I參考其它軟基項(xiàng)目CFG20 90kw動(dòng)力頭 206.6 CFG20 標(biāo)配鉆頭鉆桿、90kw動(dòng)2黏質(zhì)黃土-硬土（姜石比例﹤5%）III 力頭 92.63 普通鉆頭每打一根就需維修，基本無(wú)法使用CFG20 合金鉆頭、90kw更換為110kw動(dòng)力頭

113.33 3 含姜石層地基（5%～30%）CFG26 合金鉆頭鉆桿、110kw動(dòng)力頭

58.75 CFG31 合金鉆頭鉆桿、110kw動(dòng)力頭 71.31普通鉆頭鉆桿發(fā)生卡鉆、鉆桿斷裂現(xiàn)象，基本無(wú)法施工4 含姜石層地基（30%～35%） CFG31 合金鉆頭鉆桿、150kw動(dòng)力頭 54.62

結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)螺旋CFG樁具有機(jī)械化程度高、進(jìn)度快、靈活性強(qiáng)、地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，完全能夠滿足高鐵地基處理的標(biāo)準(zhǔn)及要求。但就CFG樁的原材料問(wèn)題、造價(jià)問(wèn)題以及針對(duì)不同的地質(zhì)情況CFG樁鉆機(jī)的機(jī)型選擇問(wèn)題等等，以下結(jié)論望對(duì)同仁們能有所幫助。

CFG樁在高鐵中的應(yīng)用已經(jīng)脫離了傳統(tǒng)的CFG樁本身意義，其實(shí)已經(jīng)成為了借助CFG樁施工工藝的小型混凝土鉆孔樁。

黃土地區(qū)地基處理不適用于振動(dòng)沉管鉆機(jī)成孔，僅適用于長(zhǎng)螺旋CFG樁成孔工藝，而在含姜石鈣質(zhì)結(jié)核夾層的黃土地區(qū)地基處理需要慎重，對(duì)地基需要提前進(jìn)行更為細(xì)致的勘察，防止卡鉆損壞設(shè)備。

黃土地區(qū)姜石鈣質(zhì)結(jié)核夾層含量小于35%時(shí)，CFG樁成孔工藝必須采取合金鉆頭或者加大設(shè)備功率方可實(shí)施；含量大于35%時(shí)不適用CFG樁成孔，只能選擇其他地基處理方式。

直徑400mm的長(zhǎng)螺旋CFG樁在含有姜石結(jié)核夾層的黃土地區(qū)實(shí)際綜合單價(jià)為126.86元/m，在一般黃土地區(qū)的綜合單價(jià)為104.1元/m，其綜合單價(jià)比起一般軟基施工高出25%左右。