CFG桩复合地基在高速铁路路基中的应用

2013-10-21尹晓波

卷宗 2013年12期

摘要：CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，目前多用于高层建筑及客运专线铁路中。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配钢筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。本文结合长吉城际铁路CFG桩地基处理的工程实例，介绍其设计方案、施工方法及技术措施。

关键词：CFG桩；复合地基；施工

0 前言

京沪高速铁路设计速度为350km/h，列车运行的高速、舒适、安全运送旅客特征，要求路基必须具备强度高、刚度大、纵向变化均匀、长久稳定的特点。

就路基而言，过去多注重于强度问题，并以强度作为轨下系统设计与施工的主要控制条件。而现在强度已不成为问题，一般在达到强度破坏前，可能已经出现了不能容许的过大有害变形。经CFG桩网结构加固后的复合地基的强度和抗变形的能力明显提高，为列车快速安全行驶提供了有力的保障。

1 CFG桩原理

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称（即cement fIying-ash gravel pile）。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，和桩间士、褥垫层一起形成桩网结构复合地基。CFG桩桩网结构通过褥垫层与路基相连接，无论桩端落在一般土层还是淤泥土质均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度及模量比桩间大，在荷载作用下桩顶应力比桩间土的应力大，桩可承受的荷载向深的土层传递并相应减少桩间土承载的荷载。桩体是由机械成孔后将搅拌好的砼利用泵机打入孔中，在拔管的过程中利用高差产生的重力起到混凝土自振捣效果，这样在成桩的过程中不仅挤密桩间土还挤密桩身，使其具有水硬性，

使处理后的复合地基的强度和抗变形的能力明显提高。在复合地基中，路基本体和桩间土之间设置一定厚度的散体粒状材料和土工格栅材料组成的褥垫层，是地基的核心部分，是否设褥垫层对地基的承载能力有很大的影响，若不设置褥垫层，复合地基和普通的桩基础相似，桩间土的承载能力难以发挥。只有设置了褥垫层，桩间土承载能力才能发挥出其潜在的作用，CFG桩网结构如图1所示。

2 CFG桩施工方法及工艺

CFG桩施工方法常用的有振动沉管法和长螺旋钻孔管内泵压混合料法。振运沉管法适用于无坚硬土层和密实砂层的地质条件，其工艺主要是沉管至设计标高，停机后向管内投料，直到混合料与进料口齐平，启动马达，留振5～10s，边振边拔管直至桩项。我公司施工的京沪高速铁路CFG桩采用长螺旋钻机施工，本文主要介绍此法。

2.1 施工工艺流程

CFG桩网结构主要由两部分组成，即路基底面以下的CFG桩和路基底面铺设的由土工合成材料与碎石等组成的加筋褥垫层，CFG桩网结构加固地基施工工艺如图2所示。

2.2 施工方法及操作要点

2.2.1 CFG桩施工

1）场地平整

施工前根据设计基底平面并结合CFG桩机对场坪的要求，采用机械平整至CFG桩顶标高以上50cm（50cm作为工作垫层），表面做成2%排水横坡，用YZ26T振动压路机碾压密实，压实度不小于90%，四周人工开挖临时排水沟，做好防排水工作。

2）CFG桩工艺试验

在CFG桩大面积施工前，在现场选一块场地进行试桩，以检验设备、施工工艺是否适宜，确定选用的技术参数是否满足设计要求，并对按设计要求（桩径、桩长、桩距）制成的桩进行单桩承载力、复合地基承载力、砼强度及桩身完整性试验，根据试验结果，复核、修正设计，并与设计单位进行沟通。

3）测量放样

根据CFG桩位平面布置图，用全站仪测量放出线路的中心线，再采用经纬仪及钢尺放出每个桩的桩位，在桩位中心打入钢钎或竹钎（埋入地面，防止钻机移位时破坏），用白灰做好标记，并作编号记录。

4）钻机就位

钻机就位后，应使钻杆垂直对准樁位中心，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。现场控制采用在钻架上挂垂球的方法测量该孔的垂直度，也可采用钻机自带垂直度调整器控制钻杆垂直度。每根桩施工前技术人员要进行桩位对中及垂直度检查。满足要求后，方可开钻。

5）钻进成孔

钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动马达钻进，一般先慢后快，钻进速率为1m～1.2m/min，避免形成螺旋孔，成孔至设计深度。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或钻进困难时，应放慢进尺，否则容易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏，CFG桩钻进施工如图3所示。

判断钻孔至设计深度的方法：在钻机塔身上每隔0.5m做醒目标记，当动力头底面到达设计要求深度标记处时，桩长即满足设计要求。施工时还应该考虑施工工作面的标高差异，做相应增减。

6）混合料的拌合及运输

为了保证混合料的质量，混合料搅拌采用拌和站集中拌和，按照试验配合比进行配料，每盘料搅拌时间按照普通混凝土的搅拌时间进行控制。一般控制在90～120秒，具体搅拌时间根据试验确定，电脑控制和记录。混合料出厂时塌落度可控制在160mm～200mm。混凝土由搅拌运输车集中运输到施工现场。

7）灌筑及拔管

钻孔至设计标高后，停止钻进，由现场指挥员通知钻机停钻并开始泵送混合料灌筑，当钻杆芯管充满混合料时开始提拔钻杆，严禁先提管后泵料。成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料缓慢而导致停机待料。根据孔径及输送泵的泵送量准确掌握提拔钻杆时间，确保混合料泵送量应与提钻速度相配合，并保持连续灌筑。施工桩顶高程宜高出设计高程30～50cm，每根桩的投料量应不小于设计灌筑量。灌筑成桩完成后，桩顶盖土封顶进行养护。

8）整机移位

一根桩灌筑达到控制标高后进行下一根桩的施工时，采用“跳桩”法，即隔排又隔列施工。施工时由于CFG桩排出的土较多，经常将邻近的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩的位置进行复核，保证桩位准确。

2.2.2清土、截桩施工

CFG桩施工完毕后3～7天左右即可进行截桩及桩帽施工，其施工工艺流程为：清土→截桩→成品保护。

1）清土

清土包括CFG桩桩身弃土和保护土层清运。CFG桩桩身弃土可在灌桩完成后，临近初凝前用挖掘机直接挖除。初凝后应采用人工清除桩周弃土，避免机械清理时对成品桩的完整性造成破坏。清除保护土层采用60型小挖掘机配合人工进行。首先采用挖掘机沿桩间方向由一端后退着清土，清土时专人指挥，防止挖掘机碰撞CFG桩体。清土预留至少20cm人工找平，以保护桩间土不受扰动，CFG桩保护土层清除如图4所示。

2）截桩

清土后随即进行截桩施工，截除CFG桩如图5所示，截桩具体方法如下：

a找出桩顶标高位置，在同一水平面按同一角度对称放置4个钢钎（或膨胀楔），用大锤同时击打，将桩头截断。严禁用钢钎向斜下方向击打或用一个钢钎单向击打桩身，也不允许双向击打但不同时的现象发生，防止桩头受一定的弯矩造成桩身断裂。

b桩头截断后，用钢钎、手锤将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高（桩顶标高允许偏差0～+20mm）。

c如果在基槽开挖和剔除桩头时造成桩体断至桩顶设计标高以下，必须采取补救措施。假如断裂面距桩顶较近，可接桩至设计桩顶标高。注意在截桩头过程中保护好桩间土。

d截桩施工完毕后，要做好成品保护工作，禁止车辆在其上通行，同时做好排水措施，以保护桩间土不被扰动。

2.2.3 CFG桩检测

CFG桩检测主要采用低应变反射波法、单桩竖向抗压静载试验法和钻芯取样法。CFG低应变反射波检测如图6所示，桩低应变反射波检测如图7所示。

2.2.4加筋褥垫层施工

加筋褥垫层由碎石垫层及其间的土工合成材料（土工格栅）组成，根据长吉城际铁路设计要求，其结构分布为：由下至上为20cm碎石+双向土工格栅+20cm碎石+双向土工格栅+20cm碎石。

1）褥垫层填料设计及试验段施工

根据设计及规范的要求，通过室内填料级配试验及击实试验确定适宜的碎石垫层填料的配合比设计，并取得级配曲线范围、最大干密度、最佳含水量等相关参数。