一种过渡段CFG桩与褥垫层复合地基加固施工法

摘要

本发明涉及一种过渡段CFG桩与褥垫层复合地基加固施工法其包括如下步骤：地基压实补强施工步骤、螺旋钻机管内泵压CFG桩施工步骤以及褥垫层施工步骤。该施工法路路基地基的压实度和整体性，加快施工进度，减少工后路基与地基沉降变形，减少路面产生错台、裂缝、沉降，增强路基整体稳定性，减少了桥头跳车发生，提高公路的寿命周期，减少了公路维护费用，保证公路安全、舒适行车，同时施工工艺先进，保证工程提前通车。

说明书

技术领域

本发明涉及一种过渡段CFG桩与褥垫层复合地基加固施工法。

背景技术

多年来，路基桥涵过渡段路基不均匀沉降引起的桥头跳车一直困扰着公路建设者们，成为一种严重的质量通病，直接影响着公路行车的舒适性和安全性，究其原因是路基桥涵过渡段的刚性和柔性引起的差异沉降所致，因此公路路基桥涵过渡段的地基处理显得格外重要，其直接影响着公路工程建设的质量，制约着未来公路建设技术的进度与发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过渡段CFG桩与褥垫层复合地基加固施工法，该方法保证了路基桥涵过渡段地基的施工质量，减少了过渡段路基工后沉降差，避免或减少桥头跳车发生，保证公路行车安全、平稳、舒适。

为了实现上述目的，本发明所采用得技术方案包括如下步骤：

（1）地基压实补强施工步骤

首先对施工现场进行现场勘查，确定路基碾压补强的范围并进行标识，然后采用重型振动压路机进行压实补强，碾压正式施工前进行试验段碾压试验，第一遍采用静压；第二遍采用弱振；再进行重振，每2遍重振后进行高程测定和压实度检测；最后一遍静压收光；在试坑深度方向上按25cm、50cm、75cm、100cm、125cm分层取样测定压实度；

（2）长螺旋钻机管内泵压CFG桩施工步骤

对施工场地进行平整后，经测量后放样，利用长螺旋钻孔机进行先慢后块钻进，钻进至设计要求深度，停止钻进，然后泵送水泥粉煤灰碎石混合料，用混凝土输送泵将混合料泵压入孔底，使孔中混合液面高于钻头出料口0.2-0.5m，混合料液面提升、提出钻杆、移位续打、对CFG成桩检测。

（3）褥垫层施工步骤

摊铺整平第一层碎石垫层，虚摊铺厚度为14-25cm；对所述第一层碎石垫层进行碾压夯实；摊铺、整平、碾压第一层砂垫，虚铺厚度为13cm；铺设单层双向土工格栅；摊铺、整平、碾压第二层砂垫层，虚铺厚度为13cm；摊铺、整平、碾压第二层碎石垫层，虚铺厚度为35-36cm。

作为本发明的进一步改进，所述压路机的行驶速度控制4km/h,弱振和重振根据按键开关来控制，弱振时发动机转速为1800～2000r/min, 重振时发动机转速为2000～2200r/min。

作为本发明的进一步改进，所述重型振动压路机为YZ32D2型32吨重型振动压路机。

作为本发明的进一步改进，步骤（2）所述混合料包括以下重量份比的成分：

水泥：中砂：碎石：粉煤灰：外加剂为228：770：1109：123:1.99。

作为本发明的进一步改进，所述中砂选自水洗砂，所述碎石采用5-10mm、10-20mm、10-30mm级配碎石、所述外加剂为聚羧酸减水剂。

作为本发明的进一步改进，CFG桩间距1.5m左右，呈等腰三角形排列。

作为本发明的进一步改进，所述CFG桩上设置有扩径层。

本发明取得的有益效果为：

本发明利用重型振动压路机对地基进行冲击压实和碾压补强，保证公路路基地基压实均匀性，消除或减少工后路基地基自然沉降变形，减少和避免路面工程错台或裂缝发生；具有强力激振特点，在对地基表层土压实的同时，还可以对深达1米以上的深层地基进行补强，实现正常碾压施工和补强碾压施工合理结合；振动力和振动频率可调可控，行驶速度可调稳定，碾压密实度均匀，无工作盲区和弱区，操作简单，避免冲击压实机出现的漏压、压实不均匀现象。

本发明采用CFG桩对补强后的地基进行加固处理，利用长螺旋钻孔排土搅拌，高压泵泵压强度C20～C40水泥粉煤灰碎石混合料与地基土料混合均匀成桩，形成地基承载力的基础，对于减少地基工后沉降起着重要的作用。螺旋施工时严格控制提速，确保孔内混合料液面高出钻头底部0.2～0.5m，保持混凝土灌注的连续性，采取加大混合料泵量、坍落度取上限值的措施，保证不断桩，不夹层的效果。另外为了增加桩身混合料强度，本发明选用Ⅱ级粉煤灰，优化粗估料级配。泵送混合料坍落度控制在160～200mm，且和易性好。

本发明褥垫层由一定厚度的粒状材料如级配碎石、中粗砂和土工格栅组成，其坐落在CFG桩头上，嵌锁咬合地基土层，充分发挥桩间土的承载力，保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上和CFG桩上，使桩土实现共同承担荷载。

进一步的YZ32D2型重型振动压路机路基地基碾压与CFG桩褥垫层桩土共同承载施工技术的结合，可很大程度上提高公路路基地基的压实度和整体性，加快施工进度，减少工后路基与地基沉降变形，减少路面产生错台、裂缝、沉降，增强路基整体稳定性，减少了桥头跳车发生，提高公路的寿命周期，减少了公路维护费用，保证公路安全、舒适行车，同时施工工艺先进，保证工程提前通车。整体性受力工况对于控制地基的不均匀沉降意义重大。

附图说明

图1 为本发明长螺旋钻机管内泵压CFG桩施工工艺流程图；

图2为本发明褥垫层施工工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行进一步详细的说明。

以河北省高速公路石安改扩建KJ3段为例：

（1）地基压实补强施工步骤

首先对施工现场进行现场勘查，石安改扩建KJ3段位低液限粉质粘土土质，确定路基碾压补强的范围并进行标识，然后采用YZ32D2型32吨重型振动压路机开始碾压补强，第一遍采用静压；第二遍采用弱振；第三遍、第四遍2遍重振后进行高程测定和压实度检测，第四遍后检测即超过预定设计的压实度91%，振动压路机可直线倒退行走，并无漏压问题，能满足路基桥涵过渡段压实度的需要。

（2）长螺旋钻机管内泵压CFG桩施工步骤见附图1

1.平整场地。

2.测量放样。

3.桩机就位：移动桩机就位，用塔机机身的前后和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，钻杆垂直度偏差不大于1%。

4.钻进：关闭钻头阀门，移动钻杆至钻头触及地面，启动马达先慢后快钻进，减少钻杆摇晃，检查钻孔的偏差。在成孔过程中，发现钻杆摇晃或难钻时，可放慢进尺，避免导致桩孔偏斜、移位，甚至使钻杆、钻具损坏。钻进过程中注意调整桩机的稳定，严禁倾斜和错位；当钻头到达设计桩长预定标高时，于动力电机底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工控制桩长的依据。

5.泵送混合料

按监理批复的配合比配制混合料，（其中，每立方米包含228Kg水泥、770Kg中砂、1109Kg碎石、123Kg粉煤灰、1.99聚羧酸减水剂,）混合料搅拌须均匀，搅拌时间不得少于1分钟。控制坍落度为160～200mm。施工时每台班应做一组（3块）试件。做好记录和试件的标准养护工作，测定其28天抗压强度。

混合料的泵送量与提钻速度相适应，边灌注边提钻，提钻速度控制在每分钟2.0～2.5m，保持连续灌注，均匀提升。如遇淤泥或淤泥质土，提钻速度应适当放慢。

钻至设计深度后，用混凝土输送泵将混合料泵压入孔底，使孔中混合料液面高于钻头出料口0.2～0.5m米，施工桩顶标高宜高出设计桩顶不少于0.5m。为保证桩身混合料的连续性，应保证钻头埋入混合料内一定深度，利用钻头以上的混合料将孔内杂质推送至地面，保证截去桩头后剩余桩身的质量， 禁止先提钻后泵料。

6.移位续打 移机进行下一根桩的施工。桩之间间隔1.5m，为等腰三角形分布。

该步骤中所选用的混合料原料使用过程如下：

a、材料试验

水泥：采用PO.42.5普通硅酸盐水泥，使用前检验初终凝时间、安定性和强度等，作为配合比设计和施工控制的依据；中砂选用水洗沙，杂质含量＜5%，检验含泥量、泥块含量和碱活性；

碎石采用5-10mm、10-20mm、10-30mm级配碎石，杂质含量＜5%，检验含泥量、泥块含量、针片状颗粒含量、压碎值和碱活性指标；

粉煤灰：选用Ⅱ级粉煤灰，细度、烧失量符合规范要求；

外加剂：聚羧酸减水剂；

b、配合比确定

水泥：中砂：碎石：粉煤灰：外加剂为228：770：1109：123:1.99；

C、计量投料

1立方米中含有如下组分：水泥：中砂：碎石：粉煤灰：外加剂为228：770：1109：123:1.99；并对CFG混合料搅拌；制作试件检测，如果合格可以直接进入送料泵中送料。

（3）褥垫层施工步骤见附图2

1.材料质量检查和控制：砂、碎石运至现场指定地点，砂垫层采用级配良好的中、粗砂，不含草根、垃圾等杂质，其含泥量不得大于5%。碎石垫层应采用未风化的干净砾石或碎石，其最大粒径不得大于50mm，含泥量不得超过5%。碎石垫层的颗粒级配采用5-31.5mm的连续级配碎石。

土工格栅规格及性能经试验符合设计及规范要求，运至工地后应分批整齐堆放在料棚（库）内，防止日晒雨淋，并保持料棚通风干燥，并不得长时间阳光曝晒。

2. 测量放样

测量队依据中心位置、地面高程、横断面尺寸放样两侧边线及中线，用白灰撒出褥垫层铺垫的范围。

测量放线，中线、水准、边桩的测量误差必须符合规范规定且必须贯彻双检制。

序号检验项目允许偏差检验数量检验方法1中线至边缘距离±50mm沿线路纵向每100m抽样检验5处尺量2宽度不小于设计值沿线路纵向每100m抽样检验5处尺量

3.褥垫层层位设计

在CFG桩桩顶设计标高以上填筑级配碎石下承层，碎石垫层施工前应将基底清理、整平。采用自卸汽车将级配碎石运至现场指定地点，装载机、平地机及人工配合整平,压路机碾压，压实厚度20cm；碎石以上铺设单层双向土工格栅，土工格栅不得直接接触碎石垫层，应在土工格栅上、下铺设10cm厚的中粗砂保护层，且中粗砂保护层要采用压路机静压压实，中粗砂保护层以上填筑20cm厚碎石垫层。

4.摊铺整平第一层碎石垫层

卸料之前计算每一车碎石的方量，用白灰线打出方格网，专人指挥卸料。填料摊铺平整使用装载机进行初平，保证每一车料及时摊平，平地机进行终平，摊铺厚度采用水准仪控制，虚铺厚度为24cm。

5.碎石垫层碾压夯实

选择20吨压路机进行碾压，确保压实度达到设计要求。压实顺序：先两侧后中间，先慢后快，先静压后弱振、再强振。采用半轮重叠碾压法，压路机速度不超过4km/h。 

6.摊铺、整平、碾压第一层砂垫层

碎石垫层检验合格后，铺设第一层砂。卸料之前计算每一车砂的方量，用白灰线打出方格网，专人指挥卸料。填料摊铺平整使用装载机，要保证每一车料及时摊平，再用平地机进行终平，摊铺厚度采用水准仪控制，虚铺厚度为13cm。

砂垫层在13cm厚时20t压路机很难行走，可采用18t压路机静压，压实遍数为一遍。然后人工用自制工具对部分起拱部分进行刮平。

7.铺设土工格栅

土工格栅铺设时垂直于线路方向展开，摊铺时拉直平顺，紧贴保护层，不得扭曲、折皱、重叠等，在受力方向联接处的强度不低于材料设计抗拉强度，且叠合长度为33cm；用绑扎带将相邻两层土工格栅固定，砂层表面平整，不得有坚硬的凸出物。土工格栅铺好后，不得移动。严禁重型机械直接在土工格栅上行走和作业。

8摊铺、整平、碾压第二层砂垫层

第二层砂摊铺时禁止料车直接在土工格栅上行走，要先在接头处用装载机和人工铺设砂子，以起到保护土工格栅的作用。采用装载机进行填料摊铺平整，保证每一车料及时摊平，再用平地机进行终平，摊铺厚度采用水准仪控制，虚铺厚度为13cm。

采用18t压路机进行静压，压实遍数为一遍。然后人工用自制工具对部分起拱部分进行刮平，进行下一道工序。

9.摊铺、整平、碾压第二层碎石垫层

先用装载机铺设一条具有一定厚度的进料口。保证每一车料及时摊平，下一车沿着前一车铺设的路进入场地卸料。使用推土机粗平，再用平地机进行终平，摊铺厚度采用水准仪控制，虚铺厚度为36cm。

压实顺序：先两侧后中间，先慢后快，先静压后弱振、再强振。采用半轮碾压法，压路机速度不超过4km/h，由于砂垫层很难压实，所以第二层碎石垫层需要碾压的遍数要多1～2遍直至满足压实度要求。

本配合采用高性能混凝土配合比设计方案，增大混凝土的密度和耐久性，增强其抗碳化、抗腐蚀的性能，其混凝土无侧限抗压强度不小于20Mpa，单桩复合地基承载能力不小于200Kpa,有效保证了复合地基的承载能力。

本发明中桩之间间隔1.5m，为等腰三角形分布。根据竖向支撑和地基挤密加固理论，在地基加固三维方向有效提高地基的承载能力，对于防止地基下沉具有十分重要的意义。

将三者的步骤相结合的优点：

采用YZ32D2型32吨重型振动压路机冲击碾压、长螺旋排土法泵压CFG桩和褥垫层施工对过渡段地基进行加固的综合施工技术，减少过渡段地基工后沉降，保证了过渡段路基稳定性，减少了桥头跳车发生。重型振动压路机冲击碾压、地基CFG桩和褥垫层施工工艺简单，操作性强。

地基CFG桩和桩间土之间设置一定厚度粒状材料及土工格栅组成的褥垫层，充分发挥了桩间土的承载能力，实现桩土共同承担荷载，是复合地基处理的一个关键技术。

地基实施重型压路机压实补强技术，克服了冲击压实机漏压、掉头困难、结构附近减速压实度不足的问题，有效控制了路基地基的工后沉降，保证地基的碾压质量。在此基础上利用本发明长螺旋排土法泵压CFG桩，可以保证桩身稳固，褥垫层的结合可以加固路基的稳定。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。