论文部分内容阅读
摘要： 本文介绍CFG桩加固铁路地基机理，结合其在武广高速铁路客专松软土地基的应用实例，对CFG桩加固铁路地基施工技术进行探讨，并对CFG桩长螺旋钻机施工中的难点要点以及施工中的经验教训加以总结，为类似工程提供了参考经验。
关键词： 客运专线，软弱地基，CFG桩，施工
Abstract: This paper introduces CFG pile in the reinforcement mechanism of railway foundation, combined with its application in Wuhan-Guangzhou high-speed railway passenger special soft soil foundation, strengthening construction technology of railway foundation of CFG pile, and the difficult points of CFG pile of long spiral drill in construction and the construction experience, summarizing, provide a reference for the similar projects.
Key words: passenger dedicated line, soft foundation, CFG pile, construction
中图分类号：U448.22+5文献标识码：A文章编号：
1．地质概况
地质情况为表层处为冲洪积土（Q4al＋pl）、素填土、种植土：褐黄色，松软，稍湿、含植物根茎；粉质黏土，褐色，可塑；下伏基岩为白垩系下统方岩组岩层(K1f)砂砾岩：强风化~弱风化，钙质胶结。
2．工程设计
本段路基下处理段路堤宽度13.6m，边坡坡率1:1.5，填筑高度2.7~7m，桩长至凝灰岩强风化层以下1.0m，桩长4.0～5.5m，采用长螺旋成孔管内泵压混合料成桩施工，复合地基承载要求267.59KPa。本文CFG桩基软基处理区间段为DK114+568~ DK114+656，桩基根数为1425根。地基处理方式见下图。
桩位采用正方形布置。桩间距1.5mm。桩顶设C25混凝土扩大桩帽，桩帽顶面设碎砾石垫层厚0.5m，内铺设一层双向土工格栅，每侧回折不小于2.0m，抗拉强度不小于110kN/m。
路堤CFG桩加固横断面设计图
3． CFG桩复合地基施工
CFG桩复合地基是通过桩体、桩周地基土与其上的褥垫层形成的复合结构。CFG桩又称水泥粉煤灰碎石桩，在碎石桩中加入水泥改善了碎石桩作为纯粹散体材料的特性，使其既能发挥全桩的侧阻作用，又能发挥端阻作用。
3.1 施工工艺
CFG桩长螺旋钻机管内泵压混合料灌注施工流程图
3.2 工艺要点
3.2.1原地面清理
清障、清表、平整场地:施工前先改移地下管线、架空线等，拆除构筑物，再用推土机清除地表30～40cm种植土、腐质土，清除树根，然后平整场地并用压路机碾压密实。场坪应控制在设计桩顶标高位置（褥垫层底部）。
对局部平整后低于场坪标高的地段按设计填料要求换填至场坪标高并用压路机分层碾压密实。同时做好作业场地排水工作，在征地红线内挖设好临时排水沟，确保施工场地不积水。
3.2.2测量放样
场平工作完成后按照设计的CFG桩平面布图放样并编号，用全站仪精确放出CFG桩处理范围边线和具体桩位，(一般自中线向两侧放样，路基外侧不小于一根桩位)，在桩位处地面钉设不易更改的标记(现场一般采用竹签)，方便在施工中迅速确定桩位。
3.2.3 钻机就位
桩机就位后，应使钻杆垂直对准桩位中心，现场控制采用在钻架上挂纵横双向垂球的方法测量钻杆的垂直度，对位误差控制在：桩位(纵横向)偏差不大于50mm、钻杆垂直度偏差不大于1%。每根桩施工前现场工程技术人员进行桩位对中及垂直度检查，检查合格后方可开钻，记录好桩位偏差和垂直度。钻孔前提前在钻架上用红油漆标出标尺，以便在施工过程中控制钻孔深度。
3.2.4钻进成孔
钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触地时启动马达钻进。先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。长螺旋钻机成孔，钻进速度分别按1.5m/min、1.8m/min、2.1m/min进行控制，以确定合理钻进速度，每钻进1米记录电流值1次，记录钻至设计标高时的成桩瞬间电流值。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。CFG桩桩体垂直度偏差不超过1％。记录好开钻时间、钻进速度、不同地质条件下的电流值、成桩瞬间电流，以进行地质复核。如发现地质与设计不符，及时与监理、设计单位联系。
钻进成孔过程中，派2～3人专门负责钻碴清理，及时把钻碴人工清平至已整平的地面，并装车运弃至指定的弃碴场地，防止污染施工现场和环境，防止影响混合料灌注和成桩质量。
3.2.5 混合料搅拌、运输
桩体原材料采用碎石、粉煤灰、水泥、砂配合而成，混合料按C15混凝土配比。水泥选用P．032．5级及以上的普通硅酸盐水泥，混凝土28d龄期标准试块抗压强度不小于C15混凝土标准。C15混凝土理论配合比为水泥:粉煤灰:细集料:水:外加剂:=1:0.427:3.802:5.041:0.743:0.011。混合料搅拌按配合比进行配料，采用自动计量拌合站集中拌和。
混合料搅拌采用商品砼集中拌和，各种原材料监理按施工单位抽样数量的10%见证检验和10%平行试验。按照配合比进行配料，每盘料搅拌时间控制在60～90秒，出厂坍落度控制在200～220㎜，现场坍落度为160～200mm。运输采用砼罐车运输到施工现场。
3.2.6灌注及提钻
鉆孔至设计标高后，停止钻进，钻杆芯管充满混合料后开始提钻，并保证连续提钻，混合料的泵送量与提钻速度相匹配，混合料灌注过程中应保持混合料面始终高于钻头面100cm，提钻速度分别采用2.1m/min、2.3m/min、2.7m/min进行试验。每根桩的投料量不小于设计灌注量。施工桩顶高程按设计标高控制，灌注成桩后桩顶盖土封顶进行养护。在灌注混合料时，对于混合料的灌入量控制采用记录泵压次数的办法，据泵压次数来计算混合料的投料量。记录好灌注时间、提钻提升速度、砼坍落度、砼实际灌注量。在混凝土灌注过程中要注意钻管的提拔高度，禁止反插。
3.2.7移机
灌注达到控制标高后移机进行下一根桩的施工。
3.2.8桩间土清除及桩头截除、修整
施工完成后及时清除打桩弃土并运至弃土场。清运时不得扰动桩间土，不可破坏未施工的桩位。CFG桩施工完3～7d后用小型挖掘机和人工开挖桩顶以下50cm桩间土，然后，采用切割片对CFG桩基桩顶超灌部分进行切割后截除。
3.2.9 质量检测
在施工生产中质量检测工作一定要及时跟上，满足一个检验批的CFG桩施工完毕时，应及时采用低应变和静载对桩身完整性和复合地基承载力进行检测。
按照《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行標准》的规定，每100m或小于100m的独立段为一个检验批，成桩28d后应及时进行低应变试验检测CFG桩桩身完整性，按成桩总数的10％抽样检验，且每检验批不少于5根；复核地基承载力采用复合地基平板载荷试验，其承载力、变形模量应符合设计要求，按总桩数2‰抽样检验，且每检验批不少于3根。
在委自检过程中，先后共完成145根的低应变试验检测，检测结果均为一类桩基，共完成5根复核地基承载力，检测结果均满足设计要求。
3.2.10桩帽施工
CFG桩帽为园台形扩大桩头，扩大桩头直径1.0m，高0.5m，施工时桩头0.5m范围挖除，然后进行桩间土回填，并采用小型夯机夯实，夯实后，采用模筑C25混凝土浇筑，并确保CFG桩基混凝土进入桩顶帽不小于10cm，桩帽浇筑完成后回填AB组填料并夯实。
3.2.11褥垫层施工
CFG桩检验完毕，且满足设计要求后，进行褥垫层施工。一般CFG桩桩顶面铺设0.5m厚碎石垫层，碎石粒径宜为8mm～20mm，最大粒径不宜大于30mm，垫层中铺设一层强度不小于110kN／m双向土工格栅，土工格栅上下各铺设5cm厚的中粗砂保护层。垫层材料虚铺后用静载压路机压实。土工格栅铺设时应铺平拉紧。搭接宽度：横向搭接50cm，纵向搭接50cm。
3.3 质量控制措施
通过CFG桩的施工，我们总结出桩体质量的控制不仅体现在施工工艺控制上，更体现在前期地质复核、场地平整情况、成品保护措施及施工管理细节上。针对存在的质量问题，为了保证下一 步CFG桩施工质量，特增加如下要求：
1)做好CFG桩基试桩工作，做好试桩总结，为后续大面积施工积累经验，同时，后续的施工过程中可以对试桩总结成果进行进一步验证，并不断优化、完善；
2）做好地质情况复查，确保桩长达到设计要求。设计要求CFG桩必须穿透软弱土层至硬底。确保CFG桩实际桩长进行硬底层的检测应以土样鉴别控制为主，以电流梯度值及突变值为辅，结合操作者的实际经验予以判断。
3) 按照验标要求，桩位允许偏差：0～50mm、桩身倾斜不大于1%、桩体有效直径不小于设计值，桩顶高程偏差±50mm。因此，加强钻机定位、钻进过程钻杆垂直度、钻进速度的过程盯控，以保证成桩质量。
4)对需进行清基换填的CFG桩施工地段应先进行换填施工且碾压满足要求后再施工CFG桩，避免桩问土开挖对CFG桩产生损坏。
4. 结语
CFG桩与桩间土以及桩顶褥垫层共同组成复合地基，具有承载力高、沉降小、变形稳定快、施工方便、易于控制施工质量、工程造价低的特点。我单位根据上述施工技术指导施工的CFG桩通过了相关的质量检测，沉降量满足要求，地基加固效果优良。
关键词： 客运专线，软弱地基，CFG桩，施工
Abstract: This paper introduces CFG pile in the reinforcement mechanism of railway foundation, combined with its application in Wuhan-Guangzhou high-speed railway passenger special soft soil foundation, strengthening construction technology of railway foundation of CFG pile, and the difficult points of CFG pile of long spiral drill in construction and the construction experience, summarizing, provide a reference for the similar projects.
Key words: passenger dedicated line, soft foundation, CFG pile, construction
中图分类号：U448.22+5文献标识码：A文章编号：
1．地质概况
地质情况为表层处为冲洪积土（Q4al＋pl）、素填土、种植土：褐黄色，松软，稍湿、含植物根茎；粉质黏土，褐色，可塑；下伏基岩为白垩系下统方岩组岩层(K1f)砂砾岩：强风化~弱风化，钙质胶结。
2．工程设计
本段路基下处理段路堤宽度13.6m，边坡坡率1:1.5，填筑高度2.7~7m，桩长至凝灰岩强风化层以下1.0m，桩长4.0～5.5m，采用长螺旋成孔管内泵压混合料成桩施工，复合地基承载要求267.59KPa。本文CFG桩基软基处理区间段为DK114+568~ DK114+656，桩基根数为1425根。地基处理方式见下图。
桩位采用正方形布置。桩间距1.5mm。桩顶设C25混凝土扩大桩帽，桩帽顶面设碎砾石垫层厚0.5m，内铺设一层双向土工格栅，每侧回折不小于2.0m，抗拉强度不小于110kN/m。
路堤CFG桩加固横断面设计图
3． CFG桩复合地基施工
CFG桩复合地基是通过桩体、桩周地基土与其上的褥垫层形成的复合结构。CFG桩又称水泥粉煤灰碎石桩，在碎石桩中加入水泥改善了碎石桩作为纯粹散体材料的特性，使其既能发挥全桩的侧阻作用，又能发挥端阻作用。
3.1 施工工艺
CFG桩长螺旋钻机管内泵压混合料灌注施工流程图
3.2 工艺要点
3.2.1原地面清理
清障、清表、平整场地:施工前先改移地下管线、架空线等，拆除构筑物，再用推土机清除地表30～40cm种植土、腐质土，清除树根，然后平整场地并用压路机碾压密实。场坪应控制在设计桩顶标高位置（褥垫层底部）。
对局部平整后低于场坪标高的地段按设计填料要求换填至场坪标高并用压路机分层碾压密实。同时做好作业场地排水工作，在征地红线内挖设好临时排水沟，确保施工场地不积水。
3.2.2测量放样
场平工作完成后按照设计的CFG桩平面布图放样并编号，用全站仪精确放出CFG桩处理范围边线和具体桩位，(一般自中线向两侧放样，路基外侧不小于一根桩位)，在桩位处地面钉设不易更改的标记(现场一般采用竹签)，方便在施工中迅速确定桩位。
3.2.3 钻机就位
桩机就位后，应使钻杆垂直对准桩位中心，现场控制采用在钻架上挂纵横双向垂球的方法测量钻杆的垂直度，对位误差控制在：桩位(纵横向)偏差不大于50mm、钻杆垂直度偏差不大于1%。每根桩施工前现场工程技术人员进行桩位对中及垂直度检查，检查合格后方可开钻，记录好桩位偏差和垂直度。钻孔前提前在钻架上用红油漆标出标尺，以便在施工过程中控制钻孔深度。
3.2.4钻进成孔
钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触地时启动马达钻进。先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。长螺旋钻机成孔，钻进速度分别按1.5m/min、1.8m/min、2.1m/min进行控制，以确定合理钻进速度，每钻进1米记录电流值1次，记录钻至设计标高时的成桩瞬间电流值。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。CFG桩桩体垂直度偏差不超过1％。记录好开钻时间、钻进速度、不同地质条件下的电流值、成桩瞬间电流，以进行地质复核。如发现地质与设计不符，及时与监理、设计单位联系。
钻进成孔过程中，派2～3人专门负责钻碴清理，及时把钻碴人工清平至已整平的地面，并装车运弃至指定的弃碴场地，防止污染施工现场和环境，防止影响混合料灌注和成桩质量。
3.2.5 混合料搅拌、运输
桩体原材料采用碎石、粉煤灰、水泥、砂配合而成，混合料按C15混凝土配比。水泥选用P．032．5级及以上的普通硅酸盐水泥，混凝土28d龄期标准试块抗压强度不小于C15混凝土标准。C15混凝土理论配合比为水泥:粉煤灰:细集料:水:外加剂:=1:0.427:3.802:5.041:0.743:0.011。混合料搅拌按配合比进行配料，采用自动计量拌合站集中拌和。
混合料搅拌采用商品砼集中拌和，各种原材料监理按施工单位抽样数量的10%见证检验和10%平行试验。按照配合比进行配料，每盘料搅拌时间控制在60～90秒，出厂坍落度控制在200～220㎜，现场坍落度为160～200mm。运输采用砼罐车运输到施工现场。
3.2.6灌注及提钻
鉆孔至设计标高后，停止钻进，钻杆芯管充满混合料后开始提钻，并保证连续提钻，混合料的泵送量与提钻速度相匹配，混合料灌注过程中应保持混合料面始终高于钻头面100cm，提钻速度分别采用2.1m/min、2.3m/min、2.7m/min进行试验。每根桩的投料量不小于设计灌注量。施工桩顶高程按设计标高控制，灌注成桩后桩顶盖土封顶进行养护。在灌注混合料时，对于混合料的灌入量控制采用记录泵压次数的办法，据泵压次数来计算混合料的投料量。记录好灌注时间、提钻提升速度、砼坍落度、砼实际灌注量。在混凝土灌注过程中要注意钻管的提拔高度，禁止反插。
3.2.7移机
灌注达到控制标高后移机进行下一根桩的施工。
3.2.8桩间土清除及桩头截除、修整
施工完成后及时清除打桩弃土并运至弃土场。清运时不得扰动桩间土，不可破坏未施工的桩位。CFG桩施工完3～7d后用小型挖掘机和人工开挖桩顶以下50cm桩间土，然后，采用切割片对CFG桩基桩顶超灌部分进行切割后截除。
3.2.9 质量检测
在施工生产中质量检测工作一定要及时跟上，满足一个检验批的CFG桩施工完毕时，应及时采用低应变和静载对桩身完整性和复合地基承载力进行检测。
按照《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行標准》的规定，每100m或小于100m的独立段为一个检验批，成桩28d后应及时进行低应变试验检测CFG桩桩身完整性，按成桩总数的10％抽样检验，且每检验批不少于5根；复核地基承载力采用复合地基平板载荷试验，其承载力、变形模量应符合设计要求，按总桩数2‰抽样检验，且每检验批不少于3根。
在委自检过程中，先后共完成145根的低应变试验检测，检测结果均为一类桩基，共完成5根复核地基承载力，检测结果均满足设计要求。
3.2.10桩帽施工
CFG桩帽为园台形扩大桩头，扩大桩头直径1.0m，高0.5m，施工时桩头0.5m范围挖除，然后进行桩间土回填，并采用小型夯机夯实，夯实后，采用模筑C25混凝土浇筑，并确保CFG桩基混凝土进入桩顶帽不小于10cm，桩帽浇筑完成后回填AB组填料并夯实。
3.2.11褥垫层施工
CFG桩检验完毕，且满足设计要求后，进行褥垫层施工。一般CFG桩桩顶面铺设0.5m厚碎石垫层，碎石粒径宜为8mm～20mm，最大粒径不宜大于30mm，垫层中铺设一层强度不小于110kN／m双向土工格栅，土工格栅上下各铺设5cm厚的中粗砂保护层。垫层材料虚铺后用静载压路机压实。土工格栅铺设时应铺平拉紧。搭接宽度：横向搭接50cm，纵向搭接50cm。
3.3 质量控制措施
通过CFG桩的施工，我们总结出桩体质量的控制不仅体现在施工工艺控制上，更体现在前期地质复核、场地平整情况、成品保护措施及施工管理细节上。针对存在的质量问题，为了保证下一 步CFG桩施工质量，特增加如下要求：
1)做好CFG桩基试桩工作，做好试桩总结，为后续大面积施工积累经验，同时，后续的施工过程中可以对试桩总结成果进行进一步验证，并不断优化、完善；
2）做好地质情况复查，确保桩长达到设计要求。设计要求CFG桩必须穿透软弱土层至硬底。确保CFG桩实际桩长进行硬底层的检测应以土样鉴别控制为主，以电流梯度值及突变值为辅，结合操作者的实际经验予以判断。
3) 按照验标要求，桩位允许偏差：0～50mm、桩身倾斜不大于1%、桩体有效直径不小于设计值，桩顶高程偏差±50mm。因此，加强钻机定位、钻进过程钻杆垂直度、钻进速度的过程盯控，以保证成桩质量。
4)对需进行清基换填的CFG桩施工地段应先进行换填施工且碾压满足要求后再施工CFG桩，避免桩问土开挖对CFG桩产生损坏。
4. 结语
CFG桩与桩间土以及桩顶褥垫层共同组成复合地基，具有承载力高、沉降小、变形稳定快、施工方便、易于控制施工质量、工程造价低的特点。我单位根据上述施工技术指导施工的CFG桩通过了相关的质量检测，沉降量满足要求，地基加固效果优良。