城际铁路CFG桩地基处理施工技术

摘要：随着城际铁路的发展，软基处理成为城际铁路路基处理的主要问题，而城际铁路对沉降控制非常严格。CFG桩的施工工艺、质量控制措施、施工经验、地基处理效果评价等在工程实践取得了一些重要结论和认识。

关键词：CFG桩；地基处理；技术要点；施工经验

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：

引言：

随着城际铁路的建设，工后沉降控制标准严格，一般不应超过15mm，路桥交界处的差异沉降不大于5mm。因此，软层地基的处理逐渐成为高铁路基处理中的主要问题。软基处理是路基设计和施工的技术难点，也是易于造成线路不平顺的关键因素，对此问题国内外都高度重视，尤其是在我国，由于幅员辽阔，地质条件复杂多样，加上铁路线跨越区域大，城际铁路对沉降控制之严格，在软基处理包括CFG桩的效果，包括施工工艺、质量控制措施、地基处理效果评价等方面都进行了一些研究，并基于工程实践取得了一些重要的结论和认识。由于城际铁路修建时间不长，因此在软基处理的精细化和控制的科学化方面还需要深入研究和实践，以满足城际铁路线路高平顺性对地基基础的要求。由于城际铁路沿线不良地质条件的存在，同时施工技术水平不高，施工人员技术不熟练，这在很大程度上增加了工程建设的风险。为了避免风险，目前主要问题之一是如何提高软基施工技术的可靠性，显然以经验为主的施工技术在重大工程建设中亟需做进一步的研究，使施工技术更加系统化和科学化。本文主要结合沪宁城际铁路DK89+493.115~DK93+763段CFG桩地基加固设计及施工情况对CFG 桩的原理与施工技术要点进行论述。

1、工艺原理

CFG桩复合地基是通过桩体、桩周地基土与其上的褥垫层+钢筋混凝土筏板形成的复合结构。CFG桩又称水泥粉煤灰碎石桩，在碎石桩中加入水泥改善了碎石桩作为纯粹散体材料的特性，使其既能发挥全桩的侧阻作用，又能发挥端阻作用。桩间土也参与承载；由粒状材料组成的散体垫层作用是：1)保证桩同承担荷载；2)调整桩土垂直和水平荷载分量；3)减小基础地面的应力集中；垫层中设置土工格栅提高受力的均匀性，减小不均匀沉降。由于设置了柔性垫层+刚性钢筋混凝土筏板，从而使地基的强度和变形模量较为均匀，对承受上荷载和结构抗震非常有利。复合地基成形后土体由于受桩体施工和褥垫层变形时挤压而提高了承载力, 而桩由于桩间土挤密增加摩擦力而提高了承载力。褥垫层的作用是将上部传来的荷载通过本身的适当变形以一定比例分配给CFG桩和桩间土使二者共同受力。为增加变形协调性, 中间增加高强双向土工格栅。若不设褥垫层或垫层厚度不足, 大部分列车荷载和路基本体等上部荷载将由沉降较小的刚性桩CFG桩承担, 桩间土的承载力很难发挥, 因此复合地基的优势不能充分发挥, 造成浪费。城际铁路软土路基一般设置褥垫层0.2m,钢筋混凝土筏板0.5m，CFG桩直径0.5m，正方形布置，桩间距1.6m~1.8m，路桥过渡段1.6m，其他地段1.8m。根据实践证明, 该形式能较好的达到设计意图, 通过施工后期，堆载预压阶段长期不间断沉降观测, 工后沉降和不均匀沉降均能控制在要求范围内。

2、CFG桩施工技术要点

根据复合地基特点, 为保证承载力, 在城际铁路软基处理CFG 桩施工中应注意以下几个方面。

2.1 原地面处理

因为复合地基中桩间土也要参与部分受力, 所以对于原土应尽量避免扰动, 防止因水浸、人工后期回填、施工渣土污染等原因带来的承载力下降。首先, 原地面应使用推土机、平地机等施工机械清理腐植土、垃圾等, 将地面高程降至设计高程上约50cm (预留CFG 桩桩头)处, 整体地面向低处设置1% -2% 坡度, 用压路机碾压密实达到设计要求或密实度90% 以上。其次, 四周做好截、排水沟, 水沟应距离路基加固线大于3m, 防止存留水浸泡路基。测放桩位,场地内用竹签标识桩位, 加固区外设置控制桩位, 长螺旋钻机进场就位, 准备施工。

2.2 混合料配合比选定

首先进行当地料源调查, 重点为当地大型矿场、钢厂和火电站等厂家, 根据CFG 桩特点选用废弃粉煤灰、炉渣、矿渣、尾矿、石屑等废弃材料进行混合料配合比材料选定。其次根据长螺旋钻孔、管内泵压的施工条件, 配合比的坍落度、缓凝时间、保水性、流动度等应满足泵送等条件试配合格的混合料。沪宁城际铁路CFG桩一般按C15砼强度进行配合比设计，塌落度一般控制在160mm~200mm。

2.3 施工前试桩

在大面积施工前必须对施工工艺进行试桩, 取得一些必要的参数, 以便控制指导后续的施工。首先根据地质报告, 选择具有代表性的地段进行准备, 试桩数量一般选择长度具代表性的10 ~ 15根,根据实际施工情况, 如混凝土供应速度、地质情况、泵车单位时间泵送量、长螺旋钻机功率等情况确定钻进速度、拔管速度、泵送压力、钻孔是否间隔跳打等数据,依据试桩的各种数据制定施工工艺, 指导后续施工。

2.4 拔管控制要点

首先钻至设计高程后严禁先提管后泵送, 防止桩尖形成虚土, 以减少桩受力后沉降, 提高桩的承载力和减少地基变形。其次严格依据试桩数据控制泵送压力和提管速度, 防止泵压过大或过小造成扩径和缩径; 防止提管过快形成桩体空洞和桩径缩小, 提管过慢造成泵压增大。

再次在易液化土层严格控制钻进速度, 防止钻进时螺旋叶片对周边土产生扰动和剪切作用, 当剪切作用累计到一定程度时, 土体发生液化, 导致周边刚浇筑完流动状态的桩周边土丧失对桩的侧向约束能力, 桩体侧向膨出, 桩顶下沉, 产生窜孔。该地段施工时应隔孔施工, 控制钻进速度和保管速度, 防止产生窜孔。

2.5 配套拌和设备

由于CFG桩施工效率高, 单机每天可成桩500～900m, 实际灌注混合料约400～700m3, 加之钻机数量多, 所以对于加固量大集中的地方, 必须配备大型的拌和站(拌和能力为理论用量的1.05～1.2 倍)与之相适应, 以确保施工进度正常进行。

3、施工经验

通过CFG桩的施工，我们总结出桩体质量的控制不仅体现在施工工艺控制上，更体现在前期地质复核、场地平整情况、成品保护措施及施工管理细节上。针对存在的质量问题，为了保证下一步CFG桩施工质量，特增加如下要求：1)做好地质情况复查，确保桩长达到设计要求。设计要求CFG桩必须穿透软弱土层至持力层。2)在钻进过程中加强地质的复核工作，在混凝土灌注过程中必须减缓提钻速度，以保证成桩质量。3)对需进行清基换填的CFG桩施工地段应先进行换填施工且碾压满足要求后再施工CFG桩，避免桩间土开挖对CFG桩产生损坏。4)CFG桩桩帽施工完后，严禁各种运输车辆、大型土方施工机械设备直接在上行走。若要在其上开放施工交通便道，必须填筑厚度不小于0.6 m的覆土。

针对桩体通过地层情况，有如下说明：

1)、典型横断面图中地层编号代表地层情况如下：

(0)、人工填土，为表层地层弃土。

(1)-1、 粉质黏土，硬塑；σo=150KPa,Ps＝1.2MPa

(1)-2 、粉土，褐黄色，灰色，稍密，饱和；σo=100KPa,Ps＝2.3MPa

(1)-3、淤泥质粉质黏土，灰色，软塑～流塑；σo=60KPa,Ps＝0.57MPa

(1)-4 、粉质黏土，褐黄色，软塑；σo=120KPa,Ps＝1.03MPa

(1)-5 、粉质黏土，褐黄色夹青灰色，软～硬塑；σo=180KPa,Ps＝1.62MPa

(2)-1、粉质黏土，褐黄色，硬塑；σo=200KPa,Ps＝2.75MPa

(3)-1、泥岩，砖红色间少量白色，全风化。

2）CFG桩若穿过淤泥质粉质粘土层，成桩情况较差，易产生穿孔、沉桩现象（混凝土重度大于周围流塑状土地，同时还有泵送混凝土的初动力），桩体充盈系数较大，不经济且桩体质量不易保证。建议若淤泥质粉质粘土层较薄，CFG桩采用跳打的方式施工；若土层较厚采用其他类型的桩进行地基加固如管桩、碎石注浆桩等。

3）应优先选用长螺旋钻机成桩，沉管桩机成桩易产生桩体缩径现象。

4）临近既有线或其他构筑物施工，应设置防止桩机倾覆的安全措施。

5）路基填筑完成后应进行预压，以减少路基本体和地基工后沉降。

4、结语

CFG桩与桩间土以及与基础地面上的褥垫层+钢筋混凝土筏板共同组成复合地基，具有承载力高、沉降小、变形稳定快、施工方便、易于控制施工质量、工程造价低的特点。我项目部根据上述施工技术指导施工的CFG桩通过了相关的质量检测，沉降量满足要求，地基加固效果优良。