試論CFG樁在高速鐵路軟土地基處理中的應用

付聚龍

中交一公局集團有限公司 北京 100000

1 CFG概述

近年來，隨著我國列車運行速度的不斷提升，其對軌道的平穩(wěn)度也有了一定的要求。針對隧道的建設而言，基于其較強的剛度，導致該地區(qū)基出現(xiàn)沉降或者變形時容易得到控制。相比較一般地基而言，如土石地基，由于其的剛度較小，當出現(xiàn)沉降現(xiàn)象時往往難以控制。鐵路軌道的修筑需要貫穿好幾個地區(qū)，有平原，有山丘，也有溝壑，不一樣的地形，會為地基的保養(yǎng)帶來一定的挑戰(zhàn)。特別是一些軟土或者凍土區(qū)域，更加增加了鐵路路基的施工難度。復合地基加固CFG樁技術(shù)是一項主要針對軟地基現(xiàn)象進行加固的技術(shù)，主要利用CFG的樁身與周邊圍土之間的摩擦力對地基進行加固，并且在此基礎上其還可以作為端承樁對外部的巖層的荷載壓力進行支撐[1]。除此之外，CFG樁的使用，可以有效改善軟土中的組織結(jié)構(gòu)，將原有地基中多余的水分與空氣進行排出，使剩下的地基結(jié)構(gòu)可以迅速達到固結(jié)的作用。為了更加詳細的研究CFG樁在實際施工過程中的作用，本文從CFG樁的設計參數(shù)為出發(fā)點，并進行有效的綜合研究，最后將其應用到實際施工中，考察其對路基的沉降程度以及加固效果的影響。

2 高鐵工程軟土地基的特征以及CFG樁應用原理

2.1 高鐵工程軟土地基的特征體現(xiàn)

在高鐵中，軟土地基有著其鮮明的特性，并且主要的特點就是其本身的含水性質(zhì)比較明顯。軟土組織主要是依靠靜水或者緩流水作用下，在特定環(huán)境中形成的天然堆積物。通常情況下，其內(nèi)部含水量高于30%以上，特殊時期有可能能上升至300%。軟土環(huán)境一般都是飽和土組成的，由于飽和土的性質(zhì)，就限制了其的壓縮性以及強度，通常呈現(xiàn)出高壓縮性以及低強度的特性。除此之外，在針對軟土地基的低透水性能方面，并沒有明顯的軟土液限可以區(qū)分。一部分軟土液限比較高，而另一部分卻恰恰相反。而且，高速鐵路工程軟土地基固結(jié)速度慢，只有了解軟土地基的特性，才能為解決軟土地基問題提供理論依據(jù)。

2.2 高鐵工程軟土地基CFG樁應用原理

針對高鐵的施工過程中，對軟土的施工是比較常見的一種施工形式。針對軟土的引發(fā)問題，亟待找出有針對性解決措施。為了可以有效解決軟土地基經(jīng)常出現(xiàn)的問題，科學、有效的使用CFG樁就顯得格外重要。CFG是一種多材料混合體，其本身具有一定的特殊強度。CFG的組成主要包括了我們常見的碎石、石屑等一些比較粗糙的物質(zhì)，組成的樁體也會比較粗糙，會和周邊的地基產(chǎn)生較大的摩擦力，以此種方式來產(chǎn)生一定的阻力。當高鐵車輛通過時，鐵路會受到來自車輛的力，導致樁體向下沉，此時會產(chǎn)生反作用力，力相互作用時，就會達到力的平衡。CFG樁的壓縮性能相對是比較弱的，當遇到力的傳導時，其所承受的大部分力都會集中起來，轉(zhuǎn)為樁體承擔，這樣會在一定程度上減輕地基帶所承受的壓力，減少問題的出現(xiàn)。與此同時，CFG樁也可承擔一定的排水作用，當遇到雨水較多的時候，利用CFG樁可以將多余的水分從天然排水孔道排出，被蒸發(fā)。這樣的形式，可以最大化加固地基牢固性[2]。

3 工程概況

我們選取的某鐵路通常路段多為軟土地基，試驗剖面底層（DK724+528至DK725+034）為第四系上更新統(tǒng)沖積層，自上而下的地質(zhì)構(gòu)造為：厚度0-2.8m的粉砂質(zhì)黏土層、硬塑性軟塑性-塑性的棕黃色帶鐵錳結(jié)核的黏土層、厚度0-3.9m的硬塑性黃棕色黏土層、厚度0-1.7m的中砂層、黃褐色致密、潮濕、輕微的粉砂質(zhì)黏土層。地下水埋深2.17-18.62m，地下水不腐蝕水泥混凝土結(jié)構(gòu)。經(jīng)研究決定，鐵路試驗段采用CFG基礎加固技術(shù)進行施工，以提高路基的穩(wěn)定性。

4 CFG樁參數(shù)設計

4.1 樁長

CFG樁的樁長的設計應該充分考慮在選擇范圍內(nèi)不同介質(zhì)的厚度以及其側(cè)向阻力、樁端阻力等情況。并且還要依據(jù)施工現(xiàn)場的實際需求來對實際荷載量進行預估。

4.2 樁徑

CFG樁的施工形式主要借助于螺旋鉆孔泵注法與振動沉管法，但在沉管過程中，相應的土體體積被排除，樁周土體受到較大的擾動。如果樁周土體被黏土飽和，結(jié)構(gòu)將受到破壞，影響土基的強度，形成超靜孔隙水壓力，嚴重影響成樁質(zhì)量，甚至破壞樁身，不能滿足設計承載力要求，影響施工進度。研究表明，CFG樁的直徑由成樁機確定，成樁機通常為35-60cm。

4.3 樁間距

對樁間距的設計應該要滿足地基設計時承載力設定，并且還要綜合其的施工可能性以及施工現(xiàn)場的具體情況，工程造價以及CFG樁進行加固后所呈現(xiàn)出來的發(fā)揮作用等等，針對部分擠密性相對較良好的地區(qū)，樁距可以選擇最小值。但針對地下水源相對豐富的地區(qū)，可以適當?shù)募哟髽毒嗫臻g。針對部分條形地形或者面積相對較小的獨立基礎，樁距設計時可以相應的調(diào)整減小。以下是關于CFG樁的樁距參考值：

滿堂布樁：當面對不同條件下的推薦樁距時，其不可擠密性土體：淤泥質(zhì)土、飽和黏土樁距情況下推薦范圍在（4.5-7.0）d，可擠密性土體：非飽和黏土、粉質(zhì)黏土等推薦范圍在（4.0-6.0）d，擠密性較好的土體：粉土、松散填土、粉土等推薦范圍為（4.0-6.0）d。

小于10根的獨立基礎：當面對不同條件下的推薦樁距時，其不可擠密性土體：淤泥質(zhì)土、飽和黏土樁距情況下推薦范圍在（4.0-6.0）d，可擠密性土體：非飽和黏土、粉質(zhì)黏土等推薦范圍在（3.5-6.0）d，擠密性較好的土體：粉土、松散填土、粉土等推薦范圍為（3.0-6.0）d。

單、雙排布樁的條形基礎：當面對不同條件下的推薦樁距時，其不可擠密性土體：淤泥質(zhì)土、飽和黏土樁距情況下推薦范圍在（4.0-5.0）d，可擠密性土體：非飽和黏土、粉質(zhì)黏土等推薦范圍在3.5-5.0）d，擠密性較好的土體：粉土、松散填土、粉土等推薦范圍為3.5-5.0）d。

4.4 褥墊層設計

CFG樁復合地基，當其褥墊層面厚度過小時，CFG樁就會表現(xiàn)出明顯的應力集中的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象就會導致CFG樁出現(xiàn)斷裂，以及基礎地基出現(xiàn)沖切的現(xiàn)象。所以，對褥墊層設計的前提就是能夠保障當CFG樁作用于水平荷載狀況下時，不易發(fā)生斷裂狀況，并且還能夠最大化發(fā)揮出CFG樁的最佳承載能力。筆者參考了近幾年國內(nèi)的相關研究數(shù)據(jù)以及施工經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)對褥墊層厚度的設置通常在15-30cm之間，如果出現(xiàn)間距過大的狀況，則需要在現(xiàn)場適當?shù)奶岣呷靿|層的厚度。對CFG褥墊層厚度進行墊壓時，可以選用粗砂、碎石、中砂、級配砂石等材料。

5 CFG樁復合地基施工技術(shù)

5.1 施工準備

施工準備工作主要包括對現(xiàn)場雜物的清理、場地平整，并可以適當?shù)难訉拑蓚?cè)的外延，標準為5m左右，能夠保障CFG有足夠的工作場地，隨后還要對螺旋鉆機進行調(diào)試，保證其可用性[3]。并且按照施工計劃對相關設備以及材料進行記錄在冊，校驗場地，最大化保障人員與設備的配備合理，從而提升工作效率。

5.2 定點布孔

用全站儀放置木樁，然后用竹片、木樁等在孔上做標記。樁定位完成后，鉆機就可以就位。定位誤差應小于5cm，垂直偏差應小于1.0%。鉆機就位后，應保持穩(wěn)定和水平，以確保在施工過程中不發(fā)生移位和傾斜。

5.3 螺旋鉆機成孔

使用螺旋鉆機進行鉆孔時，要依據(jù)地質(zhì)層的實際狀況來進行施工，必要時做出調(diào)整。開始鉆孔時應該對速度有所要求，降低鉆頭的轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)降低鉆頭壓力。當鉆頭鉆進一部分土層后，再逐漸加大轉(zhuǎn)速與鉆頭壓力，在鉆孔過程中，要時刻注意鉆孔的垂直度。當鉆頭鉆進軟土質(zhì)層時，應當減少鉆頭壓力，若是出現(xiàn)了鉆進速度降低或者停止的狀況時，應該停止作業(yè)，排查原因，避免繼續(xù)作業(yè)導致鉆桿受力不穩(wěn)定導致的機架搖晃等狀況。當鉆孔過程中出現(xiàn)了縮徑以及偏斜等狀況時，應該及時停止作業(yè)，同樣采用后備方案進行補救。

5.4 混合料拌和與運輸

進行混合料拌和作業(yè)時，應該著重考慮物料的配比值以及拌和時間，將可能出現(xiàn)的誤差降到最低。值得注意的是，水與水泥、粉煤灰的比重應該小于1.0%，粗集料與細集料的比值應該占整體的2.0%。進行混合拌料時，拌料時間不應該小于1分鐘，確保坍落度不超過設計值得±2cm。為了提升混合料和易性，應該使用混凝土攪拌車對CFG混合物料進行輸送。

5.5 泵送混合料

待鉆孔作業(yè)完成后，應該采用軟管將混凝土攪拌車與輸送泵進行連接，設置物料輸送壓力為10-12MPa，將物料輸送至孔底進行填充，設置提起鉆頭的速度為2.0-3.0m/min。為了確保施工過程中的樁頭質(zhì)量，將超灌高度設置在50cm。然后使用濕黏土進行樁頂封頂。文中使用的是硬截樁形式進行施工，施工過程中采用4人按壓樁頭的方式，從四個方向?qū)⒍嘤嗟腃FG樁頭進行鑿除，可以保障樁身均勻受力。

6 結(jié)語

合理的使用CFG樁設計參數(shù)，可以有效控制施工過程一些問題的出現(xiàn)，并且使用CFG樁基加固技術(shù)，可以有效改善土壤的穩(wěn)固性，減少地基在承受外界壓力時所出現(xiàn)的沉降現(xiàn)象的發(fā)生，確保鐵路運行安全性。