鐵路軟土地基加固CFG 樁設(shè)計與施工技術(shù)

徐松謙

（中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 100041）

我國幅員遼闊地形多樣，在鐵路工程建設(shè)過程中，不可避免地會遇到溶洞、軟土等復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，這給鐵路工程施工造成了嚴(yán)重的影響。對此，在處理鐵路工程軟土地基時，通常會使用到的加固技術(shù)為復(fù)合地基加固CFG 樁技術(shù)，其借助圍土與CFG樁之間的摩擦力，極大地提高了路基結(jié)構(gòu)承載力，并使結(jié)構(gòu)上部的荷載得以被有效分散。概言之，CFG 樁技術(shù)可以積極改善軟土地基結(jié)構(gòu)，從而有效地排除土體中的水分和氣體，以進(jìn)一步快速地固結(jié)土體結(jié)構(gòu)。

1 工程簡介

該工程位于滇、黔交界處，地貌的主要特點(diǎn)為云貴高原侵蝕性低山，地形比較寬闊，基巖裸露情況較少，有粉質(zhì)黏土覆蓋在地層表面上，地表存在堰塘水及引水溝渠，線路附近村舍稀疏。地方政府在修建城市快速通道時，將渣土棄放在線路左側(cè)，而線路右側(cè)棄渣很少，致使線路偏載情況非常嚴(yán)重。在清理線路左側(cè)棄渣時，發(fā)生了地表不均勻沉降，給后續(xù)路基施工造成了嚴(yán)重的損害。

2 CFG 樁施工技術(shù)要求

（1）依據(jù)地質(zhì)情況合理設(shè)置樁長，樁徑均為0.5m，樁間距保持在2～6m 之間，CFG 樁布置形狀為正方形。在處理樁頂Ⅰ段至Ⅱ段間時，需要鋪設(shè)土工格柵、中粗砂和碎石，而Ⅲ段則需要鋪設(shè)水泥和碎石混合料[1]。

（2）樁體按照C20 混凝土的配合比，結(jié)合現(xiàn)場用料經(jīng)試驗后確定水泥、粉煤灰、石屑和碎石摻量，長螺旋取土技術(shù)是此次施工的核心施工技術(shù)。

（3）在檢測試塊抗壓強(qiáng)度的時候，嚴(yán)格按照檢測標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，7d抗壓強(qiáng)度需要保持在14MPa 以上。

3 CFG 樁施工技術(shù)管理

3.1 前期準(zhǔn)備

（1）平整場地。清理路基四周的垃圾和雜質(zhì)，同時標(biāo)記好地面結(jié)構(gòu)物和地下管線的位置。將池塘段的淤泥和水清理干凈，再填入素土后夯實處理，每層夯實的厚度需要保持在20cm 以上。

（2）事先將混凝土運(yùn)輸通道平整好，通道的寬度需要保持在7m 以上。

（3）在CFG 樁施工以前，技術(shù)人員需要做好測量放線工作，樁位復(fù)核無誤后，才能開鉆施工。

（4）混合料拌和。依據(jù)工程的實際施工情況，使用自拌型混凝土完成整個工程的施工作業(yè)。

3.2 測量放線

測量員在對樁位測量放線時，需要高效的利用施工平面的控制點(diǎn)和控制網(wǎng)：①測量員應(yīng)全面而細(xì)致的分析設(shè)計圖紙，依據(jù)圖紙中的信息科學(xué)合理的運(yùn)算放樣數(shù)據(jù)；②在控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀，準(zhǔn)確調(diào)試零度線；③放樣完成以后，將護(hù)樁設(shè)置在抗滑樁中心線上，使用白灰標(biāo)記好樁徑的位置，使中定位得以快速實現(xiàn)。

3.3 鉆孔施工

在CFG 樁施工的過程中，橫向施工的順序為從中間到兩邊；縱向施工需要順著線路方向依據(jù)工程的實際情況來調(diào)整施工順序。在鉆孔施工以前，需要將前期準(zhǔn)備工作落實好：①仔細(xì)核查芯管頂部的氣眼，確保混凝土輸送軟管暢通無阻，不可以出現(xiàn)打結(jié)、纏繞的情況；②關(guān)閉鉆頭閥門，精準(zhǔn)定位鉆桿；③慢慢移動鉆桿，當(dāng)鉆頭與地面保持緊密接觸后才能施工；④鉆孔施工需要遵循先慢后快的程序，同時采取積極的措施控制鉆桿的晃動情況，確保鉆孔整齊。

在成孔施工的過程中，當(dāng)鉆桿出現(xiàn)異常情況時，需重新調(diào)整進(jìn)尺速度，否則可能會使樁孔出現(xiàn)偏移。而當(dāng)鉆頭進(jìn)尺達(dá)到樁長度設(shè)計值時，在需在鉆機(jī)與動力頭下面停留位置對應(yīng)的地方標(biāo)記清楚，并以此信息為孔深的參考標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3.4 混合料攪拌

在泵送混合料施工前，需事先準(zhǔn)備好熟料，混合料的配合比必須滿足設(shè)計要求，正常攪拌時間需要保持在1min 以上。在確定混合料的坍落度和用水量時，需事先做好試驗工作，坍落度需要控制在17cm 以上、20cm 以內(nèi)。

3.5 長螺旋鉆孔

準(zhǔn)備好混合料后，將鉆機(jī)運(yùn)送到指定位置，并精準(zhǔn)調(diào)試鉆機(jī)，以確保塔身與導(dǎo)桿保持平衡，技術(shù)交底中的樁位位置需要與鉆桿保持垂直。使用垂球核查垂直度和樁偏差值，CFG 樁的垂直度偏差需要限制在1%之內(nèi)，CFG 樁與樁位的偏差需要控制在5cm以內(nèi)。

在鉆孔施工開始前，需關(guān)閉鉆頭閥，將鉆桿慢慢下移。當(dāng)鉆頭與地面密切接觸后，才能開始鉆孔施工，鉆孔速度需要從慢速逐漸的調(diào)整為快速，邊鉆進(jìn)施工，邊及時調(diào)整鉆孔偏差。

在鉆孔施工的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)問題，需立即調(diào)慢鉆進(jìn)速度，以確保樁孔偏斜的問題得到有效預(yù)防，從而防止鉆具受到損傷。依據(jù)事先標(biāo)記好的進(jìn)尺標(biāo)識來確定鉆孔施工的停止時間，當(dāng)鉆進(jìn)深度達(dá)到標(biāo)記位置，表明鉆孔施工已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)示著鉆孔施工即將完成。

在鉆孔施工完成后，可開始混凝土灌注施工，并使用混凝土將泵送管充滿。施工過程一定要先泵料再提管，且當(dāng)泵送混凝土鉆機(jī)內(nèi)壓力達(dá)到2MPa 以上時，才可以拔管施工。

在鉆機(jī)停運(yùn)的情況下實施提管作業(yè)時，需要科學(xué)地控制泵送混凝土量和拔管速度，提拔作業(yè)必須要確保連續(xù)，不可出現(xiàn)任何違反操作標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，以確保所有施工程序全部滿足設(shè)計要求[3]。

3.6 棄土處理

CFG 樁施工結(jié)束后，當(dāng)CFG 樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值70%以上時，清理干凈樁基之間的雜質(zhì)。棄土主要有兩種類型，分別是表層棄土和成孔施工棄土。在鉆孔施工以前，需將表層棄土全部清理干凈，確保施工現(xiàn)場干凈整潔，清理掉的表層棄土一定要運(yùn)送到指定的位置處理，不可以隨意堆放。灌注施工完成3h 后，需及時清理掉成孔棄土，待樁體四周的混合料凝固后，方可清理樁體四周的棄土。

在清理棄土的過程中，不可對樁身造成任何的影響，以防止樁體混凝土凝結(jié)質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。使用小型機(jī)械設(shè)備清理棄土?xí)r，需在樁四周預(yù)留20cm 的安全距離，而該安全距離內(nèi)的棄土需要采取人工清理的辦法處理干凈。另外，樁頭裸露在外面的部分需要使用機(jī)具將其鑿平，使其滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[4]。

3.7 CFG 樁斷樁處理

在CFG 樁進(jìn)行打樁以及開挖工作中，由于相關(guān)機(jī)械擠壓作用會對土層產(chǎn)生一定的側(cè)向壓力，CFG 樁本身為脆性樁，在上述的側(cè)向壓力的作用下出現(xiàn)斷樁的情況是屬于正?，F(xiàn)象，而斷裂的CFG 樁則會形成淺層斷樁。處理CFG 樁的斷樁時，有以下幾點(diǎn)措施：

（1）逐根處理斷樁，將斷樁進(jìn)行清除，一般斷樁深度為0.4m左右，將樁四周500mm 進(jìn)行擴(kuò)展開挖；斷樁深度為1m 左右時，將樁四周800mm 進(jìn)行擴(kuò)展開挖。

（2）采用人工開挖的方式來開挖斷面，挖至斷面下200m 左右。將斷面鑿平并清理干凈，將接觸面涂以比樁體強(qiáng)度高一等級的水泥漿，使用鐵皮做套筒，鐵皮厚度應(yīng)該不少于3mm，且做直徑為600mm；各個邊安放套筒，使每個邊增加100mm 后，妥善固定套筒，并使用C25 混凝土進(jìn)行澆筑，直至其達(dá)到設(shè)計標(biāo)高。

（3）嚴(yán)密振搗處理。四周的填充材料應(yīng)使用與樁周一致的材料，并在完成混凝土澆筑作業(yè)后，對其進(jìn)行拆模處理；同時，用塑料薄膜覆于拆模處來養(yǎng)護(hù)處理，養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)在一周以上。

3.8 質(zhì)量檢測

完成Ⅰ～Ⅲ段CFG 樁地基加固工程后，將檢測工具埋于地下，以檢測其沉降數(shù)據(jù)，具體埋設(shè)位置為褥墊層上0.1m 位置處，填充材料為中、粗砂。經(jīng)過檢測后（如表1 所示）可以看出，在前期觀測該段沉降過程中，其沉降幅度較大，主要是因為填充路基的材料在本身載荷作用下沉降的結(jié)果；后期地基的沉降幅度相對較小，并且逐步趨于穩(wěn)定，是因為距離完成施工已有一段時間，且填料已經(jīng)完成壓縮固結(jié)。根據(jù)路基加固后觀察，未見明顯沉降變形，6 個月后累計最大沉降值為4.12mm，說明CFG 樁對鐵路的軟土地基具有顯著的加固效果。

表1 路基沉降觀測明細(xì)

4 結(jié)語

綜上所述，本文以具體工程為研究案例，分析CFG 樁施工技術(shù)在鐵路軟土地基處理過程中的應(yīng)用，輔以后期沉降觀測數(shù)據(jù)表明，CFG 樁能夠有效改善軟土地基的承載力，使基礎(chǔ)更加穩(wěn)固，防止線路出現(xiàn)不均勻沉降，保障路基沉降系數(shù)符合鐵路沉降設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，最終確保鐵路運(yùn)營的安全與平穩(wěn)。實際使用CFG 樁加固軟土地基時，要科學(xué)設(shè)定CFG 樁的各項參數(shù)，同時要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，以確保施工質(zhì)量。