CFG樁復(fù)合地基在高速鐵路路基中的應(yīng)用

摘 要：CFG樁復(fù)合地基粘結(jié)強(qiáng)度樁是復(fù)合地基的代表，目前多用于高層建筑及客運(yùn)專線鐵路中。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱，由于樁的作用使復(fù)合地基承載力提高，變形減小，再加上CFG樁不配鋼筋，樁體利用工業(yè)廢料粉煤灰作為摻和料，大大降低了工程造價(jià)。本文結(jié)合長(zhǎng)吉城際鐵路CFG樁地基處理的工程實(shí)例，介紹其設(shè)計(jì)方案、施工方法及技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：CFG樁；復(fù)合地基；施工

0 前言

京滬高速鐵路設(shè)計(jì)速度為350km/h，列車運(yùn)行的高速、舒適、安全運(yùn)送旅客特征，要求路基必須具備強(qiáng)度高、剛度大、縱向變化均勻、長(zhǎng)久穩(wěn)定的特點(diǎn)。

就路基而言，過(guò)去多注重于強(qiáng)度問(wèn)題，并以強(qiáng)度作為軌下系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工的主要控制條件。而現(xiàn)在強(qiáng)度已不成為問(wèn)題，一般在達(dá)到強(qiáng)度破壞前，可能已經(jīng)出現(xiàn)了不能容許的過(guò)大有害變形。經(jīng)CFG樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)加固后的復(fù)合地基的強(qiáng)度和抗變形的能力明顯提高，為列車快速安全行駛提供了有力的保障。

1 CFG樁原理

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱（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結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間士、褥墊層一起形成樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)合地基。CFG樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)通過(guò)褥墊層與路基相連接，無(wú)論樁端落在一般土層還是淤泥土質(zhì)均可保證樁間土始終參與工作。由于樁體的強(qiáng)度及模量比樁間大，在荷載作用下樁頂應(yīng)力比樁間土的應(yīng)力大，樁可承受的荷載向深的土層傳遞并相應(yīng)減少樁間土承載的荷載。樁體是由機(jī)械成孔后將攪拌好的砼利用泵機(jī)打入孔中，在拔管的過(guò)程中利用高差產(chǎn)生的重力起到混凝土自振搗效果，這樣在成樁的過(guò)程中不僅擠密樁間土還擠密樁身，使其具有水硬性，

使處理后的復(fù)合地基的強(qiáng)度和抗變形的能力明顯提高。在復(fù)合地基中，路基本體和樁間土之間設(shè)置一定厚度的散體粒狀材料和土工格柵材料組成的褥墊層，是地基的核心部分，是否設(shè)褥墊層對(duì)地基的承載能力有很大的影響，若不設(shè)置褥墊層，復(fù)合地基和普通的樁基礎(chǔ)相似，樁間土的承載能力難以發(fā)揮。只有設(shè)置了褥墊層，樁間土承載能力才能發(fā)揮出其潛在的作用，CFG樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 CFG樁施工方法及工藝

CFG樁施工方法常用的有振動(dòng)沉管法和長(zhǎng)螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料法。振運(yùn)沉管法適用于無(wú)堅(jiān)硬土層和密實(shí)砂層的地質(zhì)條件，其工藝主要是沉管至設(shè)計(jì)標(biāo)高，停機(jī)后向管內(nèi)投料，直到混合料與進(jìn)料口齊平，啟動(dòng)馬達(dá)，留振5～10s，邊振邊拔管直至樁項(xiàng)。我公司施工的京滬高速鐵路CFG樁采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)施工，本文主要介紹此法。

2.1 施工工藝流程

CFG樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成，即路基底面以下的CFG樁和路基底面鋪設(shè)的由土工合成材料與碎石等組成的加筋褥墊層，CFG樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)加固地基施工工藝如圖2所示。

2.2 施工方法及操作要點(diǎn)

2.2.1 CFG樁施工

1）場(chǎng)地平整

施工前根據(jù)設(shè)計(jì)基底平面并結(jié)合CFG樁機(jī)對(duì)場(chǎng)坪的要求，采用機(jī)械平整至CFG樁頂標(biāo)高以上50cm（50cm作為工作墊層），表面做成2%排水橫坡，用YZ26T振動(dòng)壓路機(jī)碾壓密實(shí)，壓實(shí)度不小于90%，四周人工開(kāi)挖臨時(shí)排水溝，做好防排水工作。

2）CFG樁工藝試驗(yàn)

在CFG樁大面積施工前，在現(xiàn)場(chǎng)選一塊場(chǎng)地進(jìn)行試樁，以檢驗(yàn)設(shè)備、施工工藝是否適宜，確定選用的技術(shù)參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求，并對(duì)按設(shè)計(jì)要求（樁徑、樁長(zhǎng)、樁距）制成的樁進(jìn)行單樁承載力、復(fù)合地基承載力、砼強(qiáng)度及樁身完整性試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，復(fù)核、修正設(shè)計(jì)，并與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通。

3）測(cè)量放樣

根據(jù)CFG樁位平面布置圖，用全站儀測(cè)量放出線路的中心線，再采用經(jīng)緯儀及鋼尺放出每個(gè)樁的樁位，在樁位中心打入鋼釬或竹釬（埋入地面，防止鉆機(jī)移位時(shí)破壞），用白灰做好標(biāo)記，并作編號(hào)記錄。

4）鉆機(jī)就位

鉆機(jī)就位后，應(yīng)使鉆桿垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心，確保CFG樁垂直度容許偏差不大于1%?，F(xiàn)場(chǎng)控制采用在鉆架上掛垂球的方法測(cè)量該孔的垂直度，也可采用鉆機(jī)自帶垂直度調(diào)整器控制鉆桿垂直度。每根樁施工前技術(shù)人員要進(jìn)行樁位對(duì)中及垂直度檢查。滿足要求后，方可開(kāi)鉆。

5）鉆進(jìn)成孔

鉆孔開(kāi)始時(shí)，關(guān)閉鉆頭閥門(mén)，向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面時(shí)，啟動(dòng)馬達(dá)鉆進(jìn)，一般先慢后快，鉆進(jìn)速率為1m～1.2m/min，避免形成螺旋孔，成孔至設(shè)計(jì)深度。在成孔過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或鉆進(jìn)困難時(shí)，應(yīng)放慢進(jìn)尺，否則容易導(dǎo)致樁孔偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞，CFG樁鉆進(jìn)施工如圖3所示。

判斷鉆孔至設(shè)計(jì)深度的方法：在鉆機(jī)塔身上每隔0.5m做醒目標(biāo)記，當(dāng)動(dòng)力頭底面到達(dá)設(shè)計(jì)要求深度標(biāo)記處時(shí)，樁長(zhǎng)即滿足設(shè)計(jì)要求。施工時(shí)還應(yīng)該考慮施工工作面的標(biāo)高差異，做相應(yīng)增減。

6）混合料的拌合及運(yùn)輸

為了保證混合料的質(zhì)量，混合料攪拌采用拌和站集中拌和，按照試驗(yàn)配合比進(jìn)行配料，每盤(pán)料攪拌時(shí)間按照普通混凝土的攪拌時(shí)間進(jìn)行控制。一般控制在90～120秒，具體攪拌時(shí)間根據(jù)試驗(yàn)確定，電腦控制和記錄?；旌狭铣鰪S時(shí)塌落度可控制在160mm～200mm?；炷劣蓴嚢柽\(yùn)輸車集中運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。

7）灌筑及拔管

鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)，由現(xiàn)場(chǎng)指揮員通知鉆機(jī)停鉆并開(kāi)始泵送混合料灌筑，當(dāng)鉆桿芯管充滿混合料時(shí)開(kāi)始提拔鉆桿，嚴(yán)禁先提管后泵料。成樁過(guò)程宜連續(xù)進(jìn)行，應(yīng)避免因后臺(tái)供料緩慢而導(dǎo)致停機(jī)待料。根據(jù)孔徑及輸送泵的泵送量準(zhǔn)確掌握提拔鉆桿時(shí)間，確?；旌狭媳盟土繎?yīng)與提鉆速度相配合，并保持連續(xù)灌筑。施工樁頂高程宜高出設(shè)計(jì)高程30～50cm，每根樁的投料量應(yīng)不小于設(shè)計(jì)灌筑量。灌筑成樁完成后，樁頂蓋土封頂進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

8）整機(jī)移位

一根樁灌筑達(dá)到控制標(biāo)高后進(jìn)行下一根樁的施工時(shí)，采用“跳樁”法，即隔排又隔列施工。施工時(shí)由于CFG樁排出的土較多，經(jīng)常將鄰近的樁位覆蓋，有時(shí)還會(huì)因鉆機(jī)支撐腳壓在樁位旁使原標(biāo)定的樁位發(fā)生移動(dòng)。因此，下一根樁施工時(shí)，還應(yīng)根據(jù)軸線或周圍樁的位置對(duì)需施工的樁的位置進(jìn)行復(fù)核，保證樁位準(zhǔn)確。

2.2.2清土、截樁施工

CFG樁施工完畢后3～7天左右即可進(jìn)行截樁及樁帽施工，其施工工藝流程為：清土→截樁→成品保護(hù)。

1）清土

清土包括CFG樁樁身?xiàng)壨梁捅Ｗo(hù)土層清運(yùn)。CFG樁樁身?xiàng)壨量稍诠鄻锻瓿珊?，臨近初凝前用挖掘機(jī)直接挖除。初凝后應(yīng)采用人工清除樁周棄土，避免機(jī)械清理時(shí)對(duì)成品樁的完整性造成破壞。清除保護(hù)土層采用60型小挖掘機(jī)配合人工進(jìn)行。首先采用挖掘機(jī)沿樁間方向由一端后退著清土，清土?xí)r專人指揮，防止挖掘機(jī)碰撞CFG樁體。清土預(yù)留至少20cm人工找平，以保護(hù)樁間土不受擾動(dòng)，CFG樁保護(hù)土層清除如圖4所示。

2）截樁

清土后隨即進(jìn)行截樁施工，截除CFG樁如圖5所示，截樁具體方法如下：

a找出樁頂標(biāo)高位置，在同一水平面按同一角度對(duì)稱放置4個(gè)鋼釬（或膨脹楔），用大錘同時(shí)擊打，將樁頭截?cái)?。?yán)禁用鋼釬向斜下方向擊打或用一個(gè)鋼釬單向擊打樁身，也不允許雙向擊打但不同時(shí)的現(xiàn)象發(fā)生，防止樁頭受一定的彎矩造成樁身斷裂。

b樁頭截?cái)嗪?，用鋼釬、手錘將樁頂從四周向中間修平至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高（樁頂標(biāo)高允許偏差0～+20mm）。

c如果在基槽開(kāi)挖和剔除樁頭時(shí)造成樁體斷至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以下，必須采取補(bǔ)救措施。假如斷裂面距樁頂較近，可接樁至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。注意在截樁頭過(guò)程中保護(hù)好樁間土。

d截樁施工完畢后，要做好成品保護(hù)工作，禁止車輛在其上通行，同時(shí)做好排水措施，以保護(hù)樁間土不被擾動(dòng)。

2.2.3 CFG樁檢測(cè)

CFG樁檢測(cè)主要采用低應(yīng)變反射波法、單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)法和鉆芯取樣法。CFG低應(yīng)變反射波檢測(cè)如圖6所示，樁低應(yīng)變反射波檢測(cè)如圖7所示。

2.2.4加筋褥墊層施工

加筋褥墊層由碎石墊層及其間的土工合成材料（土工格柵）組成，根據(jù)長(zhǎng)吉城際鐵路設(shè)計(jì)要求，其結(jié)構(gòu)分布為：由下至上為20cm碎石+雙向土工格柵+20cm碎石+雙向土工格柵+20cm碎石。

1）褥墊層填料設(shè)計(jì)及試驗(yàn)段施工

根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求，通過(guò)室內(nèi)填料級(jí)配試驗(yàn)及擊實(shí)試驗(yàn)確定適宜的碎石墊層填料的配合比設(shè)計(jì)，并取得級(jí)配曲線范圍、最大干密度、最佳含水量等相關(guān)參數(shù)。

褥墊層正式施工前，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)段施工，以確定機(jī)械組合、施工工藝、施工方法、虛鋪系數(shù)、碾壓遍數(shù)等技術(shù)參數(shù)，用于指導(dǎo)大面積的施工。

2）底層碎石施工

按配合比要求，將碎石料經(jīng)廠拌后用自卸汽車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)反卸料，推土機(jī)推平后，人工配合平地機(jī)精平，在最佳含水量時(shí)用壓路機(jī)按試驗(yàn)段確定的碾壓工藝碾壓密實(shí)，并進(jìn)行K值、n值、Evd值的檢測(cè)。

3）土工格柵施工

鋪設(shè)土工格柵，鋪設(shè)時(shí)沿路基橫向鋪設(shè)，搭接寬度不小于50cm，鋪設(shè)時(shí)路基坡腳兩側(cè)預(yù)留2m回折長(zhǎng)度。

4）上層碎石施工

將土工格柵進(jìn)行回折，回折長(zhǎng)度不小于2m，報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收合格后，便可進(jìn)行上層碎石墊層施工，其填筑方法與底層碎石墊層填筑方法一致。

2.2.5質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

施工時(shí)必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制，確保各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。成樁28天后，采用低應(yīng)變反射波法對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，頻率為10%；靜載試驗(yàn)對(duì)單樁承載力的檢測(cè)，頻率為2‰，要求地基復(fù)合承載力不小于0.15MPa。

1）CFG樁施工的允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量及檢驗(yàn)方法

2）碎石褥墊層壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

3）碎石褥墊層施工允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量及檢驗(yàn)方法

4）土工格柵施工允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量及檢驗(yàn)方法。

2.3 質(zhì)量控制措施

2.3.1樁位控制：布樁圖+放線+施工復(fù)核+操作控制。

2.3.2樁徑控制：隨機(jī)抽查成孔。

2.3.3樁垂直度控制：利用塔桿上的測(cè)垂控制，要雙方向控制，開(kāi)鉆前及鉆進(jìn)過(guò)程中安排專人控制。

2.3.4樁長(zhǎng)控制：利用塔桿上的標(biāo)線控制，值班技術(shù)人員加強(qiáng)巡查。

2.3.5泵料控制：嚴(yán)禁先提管后泵料，注意前后臺(tái)的配合，按砼泵及樁徑控制提管速度。

2.3.6清樁間土控制：樁間土分兩次清除，施工中和截樁前，嚴(yán)禁損壞樁體，采用機(jī)械清土?xí)r預(yù)留部分人工清土，嚴(yán)禁破壞原狀土。

2.3.7褥墊層控制：主要是在上第一層碎石墊層時(shí)嚴(yán)禁大型車輛直接在樁上行走，采用倒車上料。

2.3.8土工格柵控制：材料控制；攤鋪時(shí)要拉緊，不要有褶皺，搭接要夠，綁扎間距滿足要求，回折長(zhǎng)度要夠。

2.3.9檢測(cè)指標(biāo)控制：各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。

3 結(jié)論

3.1 CFG樁使復(fù)合地基的承載力得到大幅度的提高，地基變形得以降低和控制，為列車高速安全行駛提供有力保障。

3.2 是否設(shè)置褥墊層以及墊層的材料和厚度，直接影響復(fù)合地基的樁和樁間土強(qiáng)度的發(fā)揮，合理的墊層厚度對(duì)提高復(fù)合地基承載力和減少沉降變形是非常有利的。

3.3 復(fù)合地基中由于CFG樁樁體材料可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰、不配筋，其受力和變形類似于素混凝土樁，具有地基承載力高、變形小、穩(wěn)定快、施工簡(jiǎn)單易行、工程質(zhì)量易保證等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。

3.4 CFG樁地基處理方案，質(zhì)量易控制，造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益明顯，在高速鐵路及客運(yùn)專線地基處理方面有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

作者簡(jiǎn)介

尹曉波，石家莊鐵道學(xué)院 道路與橋梁專業(yè) 專科 現(xiàn)就職于中國(guó)鐵建十六局集團(tuán)第三工程有限公司