鐵路路基工程中的CFG樁軟基加固施工技術(shù)

苗青山

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，西安 710038）

1 工程概況

新建鐵路湖州—杭州西—杭黃鐵路連接線，本分部線路起訖里程DK99+482.125～DK111+275，正線全長11.569 km。施工現(xiàn)場分布有軟基地質(zhì)，其加固施工采用的是CFG 樁，樁徑0.5 m，樁長4～15 m，樁間距1.6～1.8 m，呈正方形布置。樁體施工中，于樁頂鋪設(shè)厚度為0.6 m 的墊層，在該結(jié)構(gòu)層中鋪設(shè)雙向土工格柵。樁頂采用擴(kuò)大樁頭，該部分高度0.6 m，頂寬1.0 m。

2 CFG樁施工的準(zhǔn)備工作

1）現(xiàn)場處理。根據(jù)要求，準(zhǔn)確界定施工范圍，對該區(qū)域做整平處理，提高平整性與密實(shí)性。經(jīng)調(diào)查后，確定臨近的高壓電纜、通信電線等既有管線設(shè)施，加強(qiáng)防護(hù)，以免其在施工期間受損。

2）混凝土是重要的施工材料，包含水泥、粉煤灰、碎石、外加劑等，材料進(jìn)場時(shí)加強(qiáng)檢驗(yàn)，確定各類材料的質(zhì)量，確保投入使用的材料均滿足質(zhì)量要求。

3）各類原材料的質(zhì)量要求。水泥：42.5 級普通硅酸鹽水泥。卵石或碎石粗骨料：嚴(yán)格控制級配，松散堆積密度應(yīng)＞1 500 kg/m3，最大粒徑＜25 mm。砂：中粗砂，要求其具有潔凈的特點(diǎn)，含泥量＜5%，否則易由于含沙量過多而影響施工效果。粉煤灰：細(xì)度不超過45%，等級達(dá)到Ⅲ級及以上水平。石屑：此類材料的關(guān)鍵控制指標(biāo)在于石屑率，將該值穩(wěn)定在0.25～0.33。泵送劑：此類材料的作用在于優(yōu)化混凝土泵送施工條件，具體根據(jù)實(shí)際情況而定，例如，混合料泵送性能達(dá)標(biāo)時(shí)，不摻泵送劑；施工現(xiàn)場的氣溫偏高或是水泥摻量較低時(shí)，根據(jù)具體條件選擇適量的泵送劑。

4）按規(guī)范組織室內(nèi)配合比試驗(yàn)，目的在于確定合適的配合比。水泥∶粉煤灰∶細(xì)骨料∶粗骨料∶外加劑∶水=1∶0.43∶2.69∶3.87∶0.014∶0.57。按照該要求選取適量的原材料，拌和時(shí)間控制在90～120 s，得到均勻性較好的混合料。

5）其他方面。在本工程的CFG 樁施工中，強(qiáng)度以及可泵性均要滿足要求，坍落度穩(wěn)定在160～200 mm，在該條件下可順暢灌注施工，避免堵管問題。根據(jù)工藝性試驗(yàn)結(jié)果可以得知，鉆桿芯管充滿混合料后可拔管，速度全程穩(wěn)定在2.5 m/min。

根據(jù)前述的基本要求，按特定的流程施工。CFG 樁施工流程見圖1。

圖1 CFG樁施工流程

3 CFG樁施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 樁位放樣

由專員用全站儀測放路基縱向控制樁，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖中的布孔圖紙確定樁點(diǎn)位置，作為施工的控制依據(jù)；嚴(yán)格以樁位布置圖為參照，精準(zhǔn)放出樁位，并在各處用石灰做標(biāo)記，控制樁體偏差，確保樁體偏差不超出允許范圍。經(jīng)樁位放樣后，從位置、數(shù)量幾個(gè)方面做詳細(xì)的檢查，確保其能夠滿足要求。最后再根據(jù)確定的樁點(diǎn)位置編制鉆機(jī)工作路線，防止因?yàn)橹貜?fù)移動而對樁點(diǎn)精度產(chǎn)生不利影響，提高施工效率。

3.2 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)就位前，先對樁點(diǎn)做十字定位處理，并在施工現(xiàn)場設(shè)定樁位，以便后續(xù)及時(shí)檢查，明確孔位偏差的具體情況。以設(shè)計(jì)樁長為準(zhǔn)，確定機(jī)架的合適高度；鉆機(jī)就位后，使鉆頭位置準(zhǔn)確對準(zhǔn)樁中心，兩者形成的誤差以100 mm 以內(nèi)為宜。借助設(shè)置在鉆機(jī)塔身周邊的垂直標(biāo)桿，對塔身導(dǎo)桿的位置情況做詳細(xì)的檢查，并根據(jù)實(shí)測結(jié)果予以校正，直至鉆桿垂直對準(zhǔn)樁位中心處為止。

3.3 混合料攪拌

以預(yù)先確定的配合比為準(zhǔn)，選取適量質(zhì)量達(dá)標(biāo)的材料，于3#拌和站生產(chǎn)，得到均勻性較好的混合料。每盤攪拌時(shí)間以120 s 為宜，具體根據(jù)實(shí)際攪拌施工情況而定。遵循隨拌隨用的原則，及時(shí)使用產(chǎn)出的混合料，以免因中途間隔時(shí)間過長而出現(xiàn)材料性能退化的情況[1]。

3.4 鉆進(jìn)成孔

鉆孔時(shí)關(guān)閉閥門，向下移動鉆桿直至其所處位置到達(dá)地面為止，在此前提下啟動馬達(dá)，開始鉆進(jìn)施工。鉆孔施工條件錯(cuò)綜復(fù)雜，初期慢速，鉆進(jìn)一定距離并且無異常狀況后，開始加快速度，按照正常速度鉆進(jìn)施工，此方式可減少鉆桿搖晃量，也有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差并予以糾正。成孔施工階段，若鉆桿搖晃或是難以繼續(xù)向下鉆進(jìn)（在相對較長的時(shí)間內(nèi)無明顯的進(jìn)尺量），則放慢進(jìn)尺，否則成型的孔位易偏斜，甚至有鉆進(jìn)作業(yè)工具受損的情況。在鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)值后，操作人員應(yīng)確保動力底面停留位置與鉆機(jī)塔身一一對應(yīng)，同時(shí)做好標(biāo)記，以便為后期的樁長確定提供參考。

3.5 灌注混凝土及拔管

隨CFG 樁成孔施工進(jìn)程的推進(jìn)，待其達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，暫停鉆進(jìn)施工，進(jìn)入混合料的泵送環(huán)節(jié)，其間加強(qiáng)對鉆桿芯內(nèi)部情況的檢查，若該部分充滿混合料，則反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿。此時(shí)嚴(yán)格控制提升和旋轉(zhuǎn)兩項(xiàng)操作的速度，形成相適配的關(guān)系。通常，成樁的提拔速度為1～2 m/min，成樁作業(yè)進(jìn)程連續(xù)推進(jìn)，以免因材料供應(yīng)不足或是其他因素而停機(jī)等料。若有某些特殊原因而無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)灌注，則綜合考慮勘察報(bào)告以及現(xiàn)場的土質(zhì)條件，合理規(guī)劃停機(jī)位置，不可在飽和沙土以及粉土層中停機(jī)。灌注施工結(jié)束后，用水泥袋蓋好樁頭，起到防護(hù)的作用。施工成型后，樁頂高程超過設(shè)計(jì)樁頂50 cm，用濕挖法挖除樁頭，再向該部分覆蓋薄膜。

3.6 整機(jī)移位

上一根樁施工成型后，按照計(jì)劃將鉆機(jī)移動至下一施工點(diǎn)位，開始后續(xù)的施工。CFG 樁的土較多，施工時(shí)容易由于控制不當(dāng)?shù)仍蚨鴮⑴R近的樁位覆蓋，部分情況下會使原標(biāo)定的樁位發(fā)生改變。針對此類問題，在下一根樁施工前，應(yīng)復(fù)核樁位，切實(shí)提高樁位的準(zhǔn)確性。單根樁灌注至控制標(biāo)高后，進(jìn)入下一根樁的施工環(huán)節(jié)，全過程中均應(yīng)采用連續(xù)法，將樁位偏差控制在10 cm 以內(nèi)。

3.7 混凝土工程性能的現(xiàn)場試驗(yàn)

混合料的工程性能將直接對CFG 樁的施工效果帶來影響，因此，試驗(yàn)人員需安排坍落度測試，明確每車混合料的實(shí)際質(zhì)量，若達(dá)標(biāo)則用于灌注施工。成樁時(shí)，抽樣制作混凝土試塊，每組數(shù)量分別為3 塊，每塊均為邊長150 mm 的立方體，檢測后確定該材料的28 d 抗壓強(qiáng)度。

4 CFG樁施工中的注意事項(xiàng)

4.1 CFG樁成孔

1）向下移動鉆桿，直至鉆頭與地面保持接觸為止，此時(shí)啟動馬達(dá)鉆機(jī)，進(jìn)入正式鉆進(jìn)施工環(huán)節(jié)。

2）鉆機(jī)施工人員與讀尺人員密切溝通，聯(lián)合作業(yè)。每鉆進(jìn)1 m 后，均及時(shí)通知樁機(jī)操作手，若實(shí)測結(jié)果表明電流存在變化，則及時(shí)與現(xiàn)場讀尺人員溝通，準(zhǔn)確掌握實(shí)際的鉆機(jī)進(jìn)尺以及土層特性，并完整記錄數(shù)據(jù)。根據(jù)電流顯示結(jié)果判斷施工情況，若鉆進(jìn)位置已經(jīng)到達(dá)硬土層，則加大對進(jìn)尺的控制力度，提高進(jìn)尺作業(yè)的精細(xì)化水平，使每次進(jìn)尺量均得到有效的控制，以免嵌入深度不達(dá)標(biāo)。鉆孔至持力層后，檢查地質(zhì)條件并記錄信息。

3）鉆孔深度范圍內(nèi)的地質(zhì)類型豐富，在鉆進(jìn)時(shí)注重對實(shí)際地質(zhì)條件的分析，若與設(shè)計(jì)要求不符，則及時(shí)通知設(shè)計(jì)單位，深入現(xiàn)場做詳細(xì)的檢查，予以確認(rèn)，進(jìn)而安排后續(xù)工作。

4）鉆孔時(shí)，若鉆桿有搖晃或是鉆進(jìn)難度偏大的情況，適當(dāng)放慢進(jìn)尺，否則容易產(chǎn)生較明顯的樁孔偏差，甚至出現(xiàn)位移以及鉆具受損等異常狀況。鉆進(jìn)至持力層后，開始靜止提拔。

4.2 樁頭的處理

緩慢地將鉆具提離孔口，施工人員沿地面標(biāo)高清理樁間土，直至露出樁頭為止（此項(xiàng)操作的時(shí)間較為關(guān)鍵，應(yīng)當(dāng)在混凝土初凝前完成）；對樁頭1 m 高度內(nèi)的混凝土做振搗處理，切實(shí)提高樁頭部位的施工質(zhì)量；人工清理樁頭50 cm 高度內(nèi)的混凝土，對該部分做收面抹平處理，用塑料薄膜覆蓋樁頭，使混凝土在得到有效防護(hù)的前提下成型，進(jìn)而構(gòu)成結(jié)構(gòu)完整、受力穩(wěn)定可靠的CFG 樁。當(dāng)CFG 樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)清理多余混凝土，以人工開挖為主，輔助小型機(jī)械運(yùn)輸?shù)姆绞綄额^進(jìn)行清理，在此過程中必須確保樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且要保證樁身的連續(xù)性，避免引發(fā)斷樁問題或?qū)χ車鼗a(chǎn)生干擾。清土處理完畢后，采用人工截樁的方式，配合使用鋼釬楔入CFG 樁，順利完成截樁作業(yè)。在截樁過程中，若CFG樁頂遇到裂縫缺陷，施工人員要對斷面進(jìn)行鑿毛處理，再涂刷素水泥漿，最好再采用高一級混凝土對裂縫進(jìn)行填補(bǔ)處理，保證樁身的完整性與施工質(zhì)量。

4.3 技術(shù)控制要求

l）在運(yùn)用CFG 樁對路基軟基進(jìn)行處理施工過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案中的要求以及相應(yīng)的規(guī)程和規(guī)范進(jìn)行質(zhì)量檢測和管理控制。

2）在施工前期的準(zhǔn)備階段，要加強(qiáng)對混合原材料的質(zhì)量監(jiān)控，做好施工原材料的管理，開展不同種類的原材料質(zhì)量檢測工作。同時(shí)，還要嚴(yán)格按照配合比的規(guī)定進(jìn)行材料的稱量和匹配[2]。

3）嚴(yán)格執(zhí)行混合料配比方案，控制混凝土坍落度，確保其不超出100 mm 的控制范圍。結(jié)合鐵路路基施工實(shí)際，調(diào)整檢測頻率與次數(shù)，同時(shí)還應(yīng)預(yù)留混凝土檢測樣品，以備在30 d 后開展混凝土抗壓性能試驗(yàn)檢測。

4）強(qiáng)化施工現(xiàn)場的監(jiān)督觀測工作。施工前后都要測量場地的標(biāo)高，以便及時(shí)掌握和發(fā)現(xiàn)是否有斷樁情況的出現(xiàn)。

5）對于塑性指數(shù)較高的飽和軟土，需要采用靜壓振拔的成樁技術(shù)進(jìn)行處理。簡單說，完全依靠樁機(jī)自身的重力將套管沉降至預(yù)定的標(biāo)高處，填上混合料后再啟動電動機(jī)，通過振動拔出套管[3]。

6）在施工過程中，要嚴(yán)格檢測和控制鉆桿和鉆孔的垂直度，分別在施工現(xiàn)場的2 個(gè)不同方向架設(shè)監(jiān)測儀器，專門對鉆桿和鉆孔的垂直度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)督和觀測。

7）CFG 樁施工過程中，技術(shù)人員可以針對每臺班制作檢查試件進(jìn)行為期28 d 的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測。成樁28 d 后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行單樁承載力試驗(yàn)或復(fù)合地基承載力試驗(yàn)，檢驗(yàn)其承載力和變形模量是否符合設(shè)計(jì)方案中的基本要求。

8）雨季和冬季施工一定要嚴(yán)格按照雨季和冬季的施工要求開展，并嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范中軟基處理工序進(jìn)行施工，避免因操作不規(guī)范對CFG 樁產(chǎn)生不利影響。

5 結(jié)語

綜上所述，CFG 樁地基加固是改善路基失穩(wěn)狀態(tài)的重要方法，常見于鐵路路基施工中。但CFG 樁施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)較多，工程人員應(yīng)高度重視原材料準(zhǔn)備、樁位放樣、鉆進(jìn)成孔、混凝土灌注施工等內(nèi)容，全面保證CFG 樁的施工質(zhì)量。本文通過對CFG 樁施工技術(shù)的分析，提出一些關(guān)鍵的應(yīng)用要點(diǎn)，希望可以作為類似工程的參考。