淺析中樁板結(jié)構(gòu)+CFG樁在高速鐵路高填方路堤加固中的應(yīng)用

摘 要：通過在大同至西安鐵路客運(yùn)專線平遙東站咽喉區(qū)DK379+475～DK379+650段高填方路堤應(yīng)用中樁板結(jié)構(gòu)+CFG樁加固地基，減少沉降，依據(jù)處理結(jié)果，提出此種加固措施在高速鐵路高填方路堤中的推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：中樁板結(jié)構(gòu)；CFG樁；路基沉降；板底注漿措施

1 工程概況

大同至西安鐵路客運(yùn)專線平遙東站位于晉中市平遙縣境內(nèi)，晉中盆地東南邊緣，屬低中山區(qū)山前緩坡地帶，線路以填方通過，地形略有起伏，大部辟為耕地。DK379+475～DK379+650段位于站內(nèi)咽喉區(qū)，路基線路中心最大填高11.1m，最大邊坡高度10.87m，地層：新黃土，褐黃色，軟塑～堅(jiān)硬，以粉粒為主，可見空隙，針孔狀發(fā)育，含少量鐵錳氧化物及白色網(wǎng)狀條紋，局部有砂感，表層含有植物根系，具有濕陷性，濕陷深度為6.8～8.9m，為Ⅲ級(jí)自重濕陷性場(chǎng)地；細(xì)圓礫土，黃褐色，密實(shí)，飽和，粒徑一般在5.0～20.0mm，最大粒徑70mm，含量約50%，圓棱狀，成分主要為砂巖，充填約15%的粉質(zhì)黏土；粉土，褐黃色，密實(shí)，潮濕，土質(zhì)不均勻，切面粗糙，偶見紅褐色條紋及黑色斑點(diǎn)，31.0～31.3m處見礫石，一般粒徑為70mm，局部夾薄層粉砂。

DK379+475～DK379+650段路基地基處理采用了中樁板結(jié)構(gòu)+CFG樁+柱錘沖擴(kuò)樁的方案，其中柱錘沖擴(kuò)樁消除地基土的濕陷性，樁板結(jié)構(gòu)有效控制正線無砟軌道的路基沉降，CFG樁控制路基兩側(cè)填土帶來的附加荷載沉降，并使路基變形在橫斷面方向協(xié)調(diào)統(tǒng)一，見圖1。

圖1 中樁板結(jié)構(gòu)+CFG樁布置斷面示意圖

2 總體施工方案

CFG樁采用C15混凝土，樁徑為0.5m，樁間距2米正方形布置，樁長(zhǎng)28～30米；中樁板結(jié)構(gòu)板底面標(biāo)高位于基床表層頂以下2.5m，C40鋼筋混凝土板寬20.02～26.5m，板邊緣厚0.8～1.0m，板間為2%的人字坡，板底設(shè)10cm厚C25混凝土找平層；板下設(shè)置5～6排樁，樁采用C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁徑1.0m，樁長(zhǎng)40～44m，樁橫向間距4.15～5.64m，縱向間距7.0～11.0m。CFG樁采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)施工，中樁板樁基采用旋挖鉆機(jī)鉆孔，導(dǎo)管法灌注水下混凝土，混凝土板采用現(xiàn)澆法施工。

施工前先對(duì)原地表進(jìn)行清表整平，先施工柱錘沖擴(kuò)樁，消除黃土濕陷性，然后進(jìn)行路基兩側(cè)CFG樁基施工，CFG樁施工完成后開始填筑基床以下路堤，待填筑至中樁板底部高程后，進(jìn)行中樁板結(jié)構(gòu)施工，繼續(xù)施工路基本體填筑，填筑過程及時(shí)預(yù)埋沉降觀測(cè)元件及做好觀測(cè)元件的成品保護(hù)。由于文章主要是圍繞減少高填方路堤沉降進(jìn)行加固處理，因此對(duì)本段路基工程其他工序在此不予闡述，僅對(duì)中樁板結(jié)構(gòu)和CFG樁的施工進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

3 施工方法及步驟

3.1 CFG樁施工

CFG樁采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)施工，先進(jìn)行成樁工藝性試驗(yàn)（不少于3根），以復(fù)核地質(zhì)資料以及設(shè)備、工藝、施打順序是否適宜，確定配合比、塌落度、攪拌時(shí)間、拔管速度等各項(xiàng)工藝參數(shù)。施工工藝見圖2“。

（1）施工準(zhǔn)備：清理整平原地面（場(chǎng)地清理后高出樁頂50cm），使鉆機(jī)能穩(wěn)定擺放，并做好排水工作。（2）樁位放線：根據(jù)樁位平面布置圖，由專職測(cè)量人員進(jìn)行放線工作。樁位定位方法現(xiàn)場(chǎng)插木質(zhì)短棍表示，并用白石灰作標(biāo)記。（3）樁機(jī)就位：鉆機(jī)就位后，應(yīng)使鉆桿垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心，采用在鉆架上掛垂球的方法，在鉆架上刻上明顯的對(duì)照位置線，確保CFG樁垂直度容許偏差不大于1%，方可開鉆。（4）成孔：鉆孔先慢后快，同時(shí)檢查鉆孔的偏差并即時(shí)糾正。在成孔過程中，發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時(shí)，放慢進(jìn)尺，防止樁孔偏斜、位移。根據(jù)鉆桿上的進(jìn)尺標(biāo)記，成孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，停止鉆進(jìn)。（5）混合料的灌注：混凝土由混凝土攪拌站集中攪拌、罐車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)澆筑，混凝土攪拌按配合比配制混凝土，混凝土的攪拌須均勻，混凝土坍落度應(yīng)為160mm～200mm。鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，開始泵壓混合料，混合料充滿鉆桿芯管后開始均勻提鉆，嚴(yán)禁先提管后泵料，鉆桿采取靜止提管，施工中嚴(yán)格控制鉆桿提拔速度和混和料的泵送量，保證鉆頭矛尖始終埋在混合料中，以防斷樁，確保樁體連續(xù)、均勻、密實(shí)。施工樁頂高程宜高出設(shè)計(jì)高程50cm，灌注成樁完成后，樁頂蓋土封頂予以保護(hù)。

樁機(jī)移位進(jìn)入下一樁施工，當(dāng)樁機(jī)移至下一根樁位施工時(shí)，根據(jù)軸線或周圍樁的位置對(duì)需施工的樁位進(jìn)行復(fù)核，保證樁位準(zhǔn)確。施工中大型機(jī)械不得在施工完成的段落碾壓、通過。

3.2 中樁板結(jié)構(gòu)樁基施工

樁基工藝見圖3“樁基施工工藝流程圖”。

（1）施工準(zhǔn)備：填筑樁基施工平臺(tái)，測(cè)設(shè)樁位，設(shè)置護(hù)樁，以校核樁位的準(zhǔn)確性。埋設(shè)護(hù)筒，護(hù)筒采用10mm厚鋼板卷制，內(nèi)徑比樁徑大20cm，采用人工挖埋，在護(hù)筒外側(cè)50～60cm范圍內(nèi)分層填筑夯實(shí)粘土。泥漿制備：泥漿造漿材料選用優(yōu)質(zhì)粘土或膨潤土，必要時(shí)再摻入適量CMC羧基纖維素或Na2CO3純堿等外加劑，保證泥漿自始至終達(dá)到性能穩(wěn)定、沉淀極少、護(hù)壁效果好和成孔質(zhì)量高的要求。（2）鉆孔：旋挖鉆機(jī)鉆孔施工中，泥漿為單向供應(yīng)，在孔口注漿即可，與常規(guī)鉆機(jī)泥漿循環(huán)系統(tǒng)有較大的區(qū)別，部分泥漿隨筒鉆出渣而排出，損耗較大，需要隨時(shí)觀察孔內(nèi)泥漿標(biāo)高，一般應(yīng)高出護(hù)筒底口1m以上。鉆進(jìn)中應(yīng)根據(jù)不同的地層情況采用合理的施工方法，水泥改良土層采用擠壓法，夯實(shí)護(hù)筒，采取高轉(zhuǎn)速、低扭矩的施工方法快速加壓進(jìn)行干鉆成孔，從而縮短成孔時(shí)間。新黃土及粉土層勻速鉆進(jìn)，泥漿相對(duì)密度1.07～1.15。粉質(zhì)粘土層采取高轉(zhuǎn)速、低扭矩的施工方法快速加壓，從而縮短成孔時(shí)間。泥漿相對(duì)密度1.07～1.10。在鉆孔樁施工過程中，對(duì)沉淀池中沉渣及澆筑混凝土?xí)r溢出的廢棄泥漿隨時(shí)清理，嚴(yán)防泥漿溢流，并用汽車棄運(yùn)至指定地點(diǎn)傾泄，禁止就地棄渣，污染周圍環(huán)境。（3）清孔：終孔檢查合格后，將鉆頭放入孔底掃孔，撈去沉渣。撈渣采用沉渣處理鉆斗來排出沉渣。澆筑水下混凝土前孔底沉渣厚度，不大于20cm，且孔內(nèi)排出或抽出的泥漿手摸無2～3mm顆粒，泥漿比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s。（4）鋼筋籠制安：鋼筋籠采用在鋼筋加工場(chǎng)分節(jié)加工制作，鋼筋籠主筋接頭采用雙面搭接焊，每一截面上接頭數(shù)量不超過50%，內(nèi)箍筋與主筋采用點(diǎn)焊，外箍筋采用扎絲綁扎連接，場(chǎng)內(nèi)分節(jié)制作長(zhǎng)度不大于15m；采用專用鋼筋籠運(yùn)輸車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，吊車分節(jié)吊裝，相鄰節(jié)段采用機(jī)械套筒連接。（5）安裝導(dǎo)管及二次清孔：導(dǎo)管采用內(nèi)徑280mm并裝有密封圈的螺紋連接導(dǎo)管，中間節(jié)長(zhǎng)度2m，底節(jié)長(zhǎng)度4m，頂節(jié)選用長(zhǎng)度0.5m作為調(diào)節(jié)段。導(dǎo)管使用前做水密承壓及接頭抗拉試驗(yàn)，試壓壓力不低于孔底壓力的1.5倍，然后用汽車吊逐段吊裝接長(zhǎng)、下放，導(dǎo)管下端距孔底的距離為50cm。混凝土導(dǎo)管安放完后，若孔底沉碴厚度不滿足設(shè)計(jì)要求，利用真空泵配合泥漿泵采用泵吸反循環(huán)進(jìn)行二次清孔，使沉碴厚度、孔內(nèi)泥漿等指標(biāo)滿足要求，樁底沉碴厚度小于20cm。（6）混凝土澆筑：二次清孔完成并經(jīng)檢查合格后，及時(shí)灌注混凝土，混凝土采用混凝土攪拌站集中攪拌，混凝土運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸，連續(xù)澆注。首批混凝土灌注之前先計(jì)算漏斗體積，灌注水下混凝土?xí)r，按照要求對(duì)水下混凝土面的位置隨時(shí)測(cè)量，保證任何時(shí)候?qū)Ч苈袢牖炷恋纳疃炔恍∮?m，一般控制在2～6m，灌注過程中設(shè)專人經(jīng)常測(cè)量導(dǎo)管埋入深度。

3.3 中樁板施工

（1）施工準(zhǔn)備：人工配合挖掘機(jī)清理樁間土至已經(jīng)填筑的水泥土頂部，采用壓路機(jī)碾壓，然后施工混凝土墊層，待墊層混凝土凝固后進(jìn)行鑿除樁頭和樁基檢測(cè)。（2）綁扎鋼筋：鋼筋在鋼筋場(chǎng)集中下料加工，現(xiàn)場(chǎng)安裝。主筋接長(zhǎng)時(shí)采用閃光對(duì)焊，同一截面主筋接頭不超過主筋總數(shù)的50%，接頭間錯(cuò)開距離不小于100cm。為保障上下層鋼筋焊接成整體，每隔5排左右，豎向設(shè)置加強(qiáng)鋼筋，上下層鋼筋網(wǎng)片綁扎完成后，再綁扎箍筋。采用同標(biāo)號(hào)混凝土保護(hù)層墊塊保證保護(hù)層厚度，每平米不少于5個(gè)。（3）模板拼裝：采用小塊組合鋼模板，每塊模板之間采用螺栓連接，外側(cè)采用鋼管支撐穩(wěn)固，并設(shè)置斜撐。沉降縫瀝青模板用鋼筋固定，1m左右設(shè)置墊塊固定在鋼筋上。（4）混凝土澆筑：混凝土拌合站集中供應(yīng)，混凝土罐車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，泵車泵送入模，插入式搗固器振搗密實(shí)，水平尺配合刮尺收面，人工抹面平整。

3.4 中樁板板底預(yù)留注漿管

為防止板底填土靜置期不足引起的地基沉降和填料沉落，導(dǎo)致板底脫空，影響高樁板結(jié)構(gòu)耐久性，確保無砟軌道路基運(yùn)營安全，采取在樁板結(jié)構(gòu)板底預(yù)留注漿孔措施，便于板底若出現(xiàn)脫空可采取注漿封閉。注漿水灰比為0.8，注漿壓力不大于1.2MPa。

（1）在高樁板結(jié)構(gòu)沿線路方向每間隔3倍樁距設(shè)置一套“T”型注漿管路，每套注漿管路設(shè)置三個(gè)注漿口，分別位于沿線路方向縱向注漿管的兩端和縱橫向注漿管交叉處，每個(gè)注漿口均位于每四根鉆孔灌注樁中心線交叉處。（2）每個(gè)注漿口于板底素混凝土墊層底面位置設(shè)置管式單向注漿管閥，注漿筏應(yīng)能承受1MPa以上靜水壓力，且注漿筏應(yīng)具備逆止功能，注漿筏應(yīng)低于墊層底面5～10cm。（3）注漿管路埋設(shè)在板厚中部，注漿管采用不銹鋼材料，并做防腐蝕處理，內(nèi)徑30mm，壁厚3mm，注漿管和注漿筏應(yīng)采用螺絲套口或焊接可靠連接。橫向注漿管沿路堤邊坡伸出路堤邊坡外15cm，保持水平，管口應(yīng)高于地面15cm以上，管口應(yīng)采用橡膠材料封閉，以防止異物進(jìn)入，見圖4。

4 加強(qiáng)施工過程中沉降觀測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)目的及內(nèi)容

通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為此段路基采用中樁板結(jié)構(gòu)+CFG樁加固高填方路堤效果評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)，并為后期沉降評(píng)估提供數(shù)據(jù)。

4.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

在DK379+480、DK379+570、DK379+645處設(shè)置路基沉降觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面布置沉降觀測(cè)樁2根，沉降觀測(cè)板1個(gè)。沉降監(jiān)測(cè)樁設(shè)置在兩側(cè)路肩各1m處，沉降板設(shè)置在路基中心，底板至于中樁板頂面，觀測(cè)路基面的沉降。見圖5“沉降觀測(cè)樁斷面布置圖”。

圖5 沉降觀測(cè)樁斷面布置圖

4.3 沉降觀測(cè)方法

路基本體沉降及裂縫處的不均勻沉降均采用二等水準(zhǔn)測(cè)量的方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，基準(zhǔn)點(diǎn)采用線路水準(zhǔn)點(diǎn)，儀器采用天寶DiNi03電子水準(zhǔn)儀和配套條碼尺嚴(yán)格按照二等水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)量每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)頂面標(biāo)高，第一次觀測(cè)值作為此監(jiān)測(cè)點(diǎn)的初始標(biāo)高值，后根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算本次沉降量及累計(jì)沉降量。

4.4 觀測(cè)頻次

填筑階段按照1次/天，沉降量有突變時(shí)按照2次/天，兩次填筑間隔時(shí)間較長(zhǎng)1次/3天；在堆載階段第1～3個(gè)月1次/周，第4～6個(gè)月1次/2周。

4.5 觀測(cè)結(jié)果

按照觀測(cè)頻次，在施工填筑期間和預(yù)壓期間對(duì)沉降變形進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)最終數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，滿足路基要求工后沉降量不大于15mm，見表1“沉降觀測(cè)樁沉降變形數(shù)據(jù)匯總表”。

表1 沉降觀測(cè)樁沉降變形數(shù)據(jù)匯總表

5 結(jié)束語

平遙東站DK379+475～DK379+650段路基填方高度較高，且位于

站內(nèi)咽喉區(qū)范圍，施工中采用中樁板+CFG加固措施，在后期沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求，通過施工實(shí)踐證明該加固措施在控制高填方路堤沉降量有很好的效果。該施工方法中各項(xiàng)工序施工工藝及質(zhì)量容易控制，操作簡(jiǎn)便，施工效率高，加固效果好。路基沉降量作為路基施工中的一項(xiàng)通病，尤其在高速鐵路建設(shè)中，更是要求所謂“零沉降”，沉降量控制不好，直接制約后續(xù)無砟軌道的施工，影響鐵路正常建設(shè)進(jìn)度，也給后期運(yùn)營帶來安全隱患，傳統(tǒng)的方法盡量減少路基，采用路改橋或者調(diào)坡的方式，但是現(xiàn)實(shí)中由于地形、地貌、地質(zhì)、線路等客觀因素，很難完全避開高填方路段的存在，所以通過本措施在平遙東站的應(yīng)用，進(jìn)而提出中樁板結(jié)構(gòu)+CFG樁在加固高速鐵路高填方路堤方面的推廣應(yīng)用。

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