京滬高速鐵路CFG樁地基加固施工技術(shù)

張書河 孟祥民

1 工程概況

京滬高速鐵路正線長(zhǎng)度1 318 km。正線路基長(zhǎng)度241.3 km,占線路長(zhǎng)度的18.3%。路基預(yù)壓6個(gè)月～15個(gè)月;設(shè)計(jì)時(shí)速350 km/h,對(duì)路基工后沉降要求高。該線CFG樁是控制路基工后沉降、保證滿足無(wú)碴軌道技術(shù)和質(zhì)量要求所采取最主要的基底加固處理工程措施之一,我項(xiàng)目部施工的南京江寧段,地質(zhì)情況為素填土、灰黑色淤泥質(zhì)黏土 σ0=60 kPa、褐黃色粉質(zhì)黏土 σ0=180 kPa及灰黃色全風(fēng)化砂巖σ0=250 kPa等。CFG樁設(shè)計(jì)按正方形布置,樁長(zhǎng)6 m～12 m,樁間距有1.6 m,1.7 m,1.8 m三種,樁徑0.5 m。土工格柵采用聚丙烯雙向土工格柵,極限抗拉強(qiáng)度不小于100 kN/m,延伸率小于 10%。

2 施工技術(shù)

2.1 工藝原理

CFG樁復(fù)合地基是通過(guò)樁體、樁周地基土與其上的褥墊層形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。CFG樁又稱水泥粉煤灰碎石樁,在碎石樁中加入水泥改善了碎石樁作為純粹散體材料的特性,使其既能發(fā)揮全樁的側(cè)阻作用,又能發(fā)揮端阻作用。樁間土應(yīng)夯實(shí)參與承載;由粒狀材料組成的散體墊層作用是：1)保證樁土共同承擔(dān)荷載;2)調(diào)整樁土垂直和水平荷載分量;3)減小基礎(chǔ)地面的應(yīng)力集中;墊層中設(shè)置土工格柵提高受力的均勻性,減小不均勻沉降。由于設(shè)置了柔性墊層,從而使地基的強(qiáng)度和變形模量較為均勻,對(duì)承受上荷載和結(jié)構(gòu)抗震非常有利[4]。

2.2 CFG樁施工

2.2.1 材料準(zhǔn)備及混合料配合比試驗(yàn)

CFG樁所需原材料包括水泥、粉煤灰、石屑(砂)、碎石(或卵石)和外加劑。水泥可采用P.O32.5級(jí)以上的普通硅酸鹽水泥,碎石(或卵石)粒徑宜為5 mm～25 mm,砂可采用粗砂(石屑),粉煤灰可采用Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)粉煤灰。混合料配合比試驗(yàn)時(shí),材料按C15混凝土配比,28 d齡期標(biāo)準(zhǔn)試塊抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于10 MPa。除強(qiáng)度需滿足設(shè)計(jì)要求外,坍落度在長(zhǎng)螺旋鉆管內(nèi)泵壓時(shí)宜控制在16 cm～20 cm。我部現(xiàn)場(chǎng)選用水泥、砂子、碎石、粉煤灰、水、外加劑的理論配合比為 1∶4.59∶6.08∶0.67∶0.007 5∶0.98。該配合比7 d強(qiáng)度達(dá)11 MPa,滿足施工需要。

2.2.2 工藝試驗(yàn)

在CFG樁正式施工前,應(yīng)選擇不同的地質(zhì)條件、不同鉆機(jī)類型等進(jìn)行CFG樁施工工藝性試驗(yàn),試驗(yàn)項(xiàng)目主要有：1)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的終孔電流及振動(dòng)沉管樁機(jī)的配重。2)地層合適的拔管速度。3)混合料的坍落度。4)樁位施工順序。5)不同鉆機(jī)(樁機(jī))工藝。6)長(zhǎng)螺旋組鉆機(jī)的有效鉆桿長(zhǎng)度以及振動(dòng)沉管樁機(jī)的機(jī)架高度與沉管有效長(zhǎng)度。

2.2.3 機(jī)具準(zhǔn)備

根據(jù)地質(zhì)條件和工藝試驗(yàn)結(jié)果等情況,選定合適的機(jī)械設(shè)備。松軟地質(zhì)條件宜優(yōu)先用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)。我施工路段設(shè)計(jì)要求采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)施工,施工對(duì)地基干擾小、噪聲小、成樁率高,故作為介紹重點(diǎn)。

2.2.4 施工工藝

1)施工流程見(jiàn)圖1。

2)操作要點(diǎn)。a.鉆孔。開(kāi)始時(shí)先慢后快,同時(shí)檢查鉆孔的偏差。成孔過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或鉆進(jìn)困難時(shí),放慢進(jìn)尺,防止樁孔偏斜、位移。在軟硬突變地層中鉆孔,當(dāng)主機(jī)電流達(dá)到一定值、鉆頭進(jìn)入持力層一定深度后,方可終孔;在軟硬平緩地層中,鉆孔到設(shè)計(jì)標(biāo)高之后,即可停鉆。b.灌注混凝土。鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高復(fù)核地質(zhì)情況后,開(kāi)始混合料灌注,鉆桿芯管充滿混合料后開(kāi)始拔管,施工樁頂高程宜高出設(shè)計(jì)高程50 cm,灌注成樁完成后,樁頂蓋土封頂予以保護(hù)。在灌注混合料時(shí),每根樁的投料量應(yīng)不少于設(shè)計(jì)灌注量。灌注時(shí)采用靜止提拔鉆桿,在特殊情況下采用邊轉(zhuǎn)邊提后靜止進(jìn)行灌注,圓礫層等情況下,拔管速度控制在2 m/min～3 m/min。c.樁頭處理、場(chǎng)地余土清理。CFG樁擴(kuò)大樁頭為直徑1.0 m,高0.6 m的圓臺(tái)形,施工時(shí)樁頭0.6 m高度范圍的土挖除,破樁后現(xiàn)場(chǎng)澆筑C15混凝土?，F(xiàn)澆樁帽工作流程：成樁→清理灰漿和渣土→一定強(qiáng)度后挖出預(yù)制樁帽形狀→鋸樁頭→現(xiàn)澆混凝土→養(yǎng)護(hù)。

2.3 褥墊層施工

CFG樁檢驗(yàn)合格后,進(jìn)行褥墊層施工。樁頂面鋪設(shè)碎石墊層,碎石粒徑宜為 8 mm～20 mm,最大粒徑不宜大于 30 mm,墊層中鋪設(shè)1(或2)層強(qiáng)度不小于100 kN/m雙向土工格柵,土工格柵上下各鋪設(shè)5 cm厚中粗砂保護(hù)層。墊層材料虛鋪后用靜力壓實(shí)。京滬鐵路褥墊層根據(jù)路堤填筑高度分為兩種：填高小于6 m時(shí),采用1層土工格柵+0.6 m厚墊層(碎石+中粗砂);超過(guò)6 m時(shí)采用2層土工格柵。首層碎石采用石碾壓實(shí),中層碎石采用12 t壓路機(jī)靜壓,墊層表面采用18 t壓路機(jī)靜壓壓實(shí)。土工格柵鋪設(shè)方向應(yīng)與線路橫斷面方向一致,幅與幅間沿線路密貼排放[3]。

2.4 路基填筑

基床以下路堤及基床底層采用A,B組填料;層厚控制在30 cm,碾壓遍數(shù)由試驗(yàn)確定,一般6遍左右。基床表層填筑采用級(jí)配碎石,分層的最大壓實(shí)厚度不應(yīng)大于35 cm。已填筑好的表層應(yīng)控制車輛通行。壓實(shí)質(zhì)量采用地基系數(shù)K30,動(dòng)態(tài)變形模量Evd,壓實(shí)系數(shù) K(或空隙率 n)與變形模量 Ev2等項(xiàng)指標(biāo)。

2.5 填土預(yù)壓

當(dāng)路堤填筑至基床底層完成后,在填筑面上鋪一層土工織物,進(jìn)行預(yù)壓荷載填筑。每層土填筑厚度不大于0.4 m,首層采用輕型機(jī)具攤鋪后壓實(shí);以后采用中型碾壓機(jī)具。土柱高度一般不大于2 m,過(guò)渡段3 m～4 m。對(duì)個(gè)別不能滿足工期要求的地段,可通過(guò)采取調(diào)整預(yù)壓高度等措施滿足施工需要[3]。

3 沉降觀測(cè)

1)基底沉降監(jiān)測(cè)：每監(jiān)測(cè)斷面預(yù)埋1～3沉降板。沉降板由底座、測(cè)桿及保護(hù)測(cè)桿的塑料管組成。隨著土的增高,測(cè)桿與套管亦相應(yīng)加高。每天的觀測(cè)數(shù)據(jù)都要及時(shí)整理,并繪制“填土高—時(shí)間—沉降量”關(guān)系曲線圖。2)路基面沉降監(jiān)測(cè)：每斷面3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。分別于路基中心、兩側(cè)路肩各設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)樁,路基成型后設(shè)置[3]。

4 經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

通過(guò)CFG樁的施工,我們總結(jié)出樁體質(zhì)量的控制不僅體現(xiàn)在施工工藝控制上,更體現(xiàn)在前期地質(zhì)復(fù)核、場(chǎng)地平整情況、成品保護(hù)措施及施工管理細(xì)節(jié)上。針對(duì)存在的質(zhì)量問(wèn)題,為了保證下一步CFG樁施工質(zhì)量,特增加如下要求：1)做好地質(zhì)情況復(fù)查,確保樁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)要求CFG樁必須穿透軟弱土層至硬底。2)在鉆進(jìn)過(guò)程中加強(qiáng)地質(zhì)的復(fù)核工作,在混凝土灌注過(guò)程中必須減緩提鉆速度,以保證成樁質(zhì)量。3)對(duì)需進(jìn)行清基換填的CFG樁施工地段應(yīng)先進(jìn)行換填施工且碾壓滿足要求后再施工CFG樁,避免樁間土開(kāi)挖對(duì)CFG樁產(chǎn)生損壞。4)CFG樁樁帽施工完后,嚴(yán)禁各種運(yùn)輸車輛、大型土方施工機(jī)械設(shè)備直接在上行走。若要在其上開(kāi)放施工交通便道,必須填筑厚度不小于0.6 m的覆土。

5 結(jié)語(yǔ)

CFG樁與樁間土以及與基礎(chǔ)地面間的褥墊層共同組成復(fù)合地基,具有承載力高、沉降小、變形穩(wěn)定快、施工方便、易于控制施工質(zhì)量、工程造價(jià)低的特點(diǎn)。我項(xiàng)目部根據(jù)上述施工技術(shù)指導(dǎo)施工的CFG樁通過(guò)了相關(guān)的質(zhì)量檢測(cè),沉降量滿足要求,地基加固效果優(yōu)良。

[1] 京滬鐵路股份有限公司.京滬鐵路路基CFG樁施工實(shí)施細(xì)則[Z].2008.

[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部.客運(yùn)專線路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)[Z].2005.

[3] 中鐵第四勘測(cè)設(shè)計(jì)院.京滬鐵路路基工程設(shè)計(jì)與施工參考圖集[Z].2007.

[4] 中鐵十九局集團(tuán)公司.鐵路客運(yùn)專線施工與組織[Z].2006.