CFG桩处理铁路软弱地基施工技术分析

张铁

（中铁十五局集团，河南 洛阳 471013）

1 概述

大同至西安铁路客运专线站前工程Ⅴ标段位于晋中市平遥县、介休市、灵石县境内，线路北起平遥东站，向南跨越在建汾平高速，设介休东站，出站后线路跨越大运高速公路，设灵石东站，进入清阡洼隧道群，标段全长49.582km。路基16.203Km，占线路总长度的32.87%，其中区间路基11.915km、站场路基4.384km，最大路基填高11.5m，区间路基土石方718m3，其中挖方630万m3填方88万m3，填方为改良土、AB组填料和级配碎石。本段设计为软土路基，长度405m，采用CFG桩进行加固，桩径西50m，桩长8.5～17.5m，桩身为C15混凝土，桩尖为C35钢筋混凝土。

2 CFG 桩的作用机理和特点

CFG桩是水泥、粉煤灰、碎石桩的的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏结强度桩，桩和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础相连，无论桩端落在一般土层，还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩问土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形小。CFG桩既不配筋，又利用工业废料——粉煤灰，与其他种类的桩比，可降低造价1/4～1/2，经济效益和社会效益显著。

3 CFG桩施工

3.1 工作垫层

工作垫层的材料采用C组以上填料，其粒径不大于30mm，以免在沉桩过程中发生挤压造成偏桩或引起管桩断裂。

3.2 分区与编号

为使软基加固施工均衡有序进行，首先应对软基加固区进行分区。并对每一根桩进行编号，以便于施工过程的统一管理。

3.3 桥涵构筑物结合部软基施工

为避免桥涵基础施工扰动造成桥涵两侧已施打桩体的倾斜与破坏，在施工顺序上应先安排桥涵基础的施工，待其承台竣工后方可进行桥涵两侧加固桩的施打。同样为避免地面隆起引起桥涵基础的破坏，桥涵侧的加固桩应从桥涵由里向外推进施工。

3.4 桩顶标高的确定

桩顶标高由一个区段的CFG桩全部施工完毕后根据现有工作垫层的平均标高、桥涵等构筑物重新分批确定，同一批CFG桩的桩顶标高应一致，不宜形成横坡或纵坡。

3.5 振动沉管桩机施工CFG桩

3.5.1 测量定位

由测量人员用测量仪器在铺好的工作垫层上放出CFG桩边线、两侧路肩边线及线路中线，用石灰打出网格并由专业技术人员进行复核。

3.5.2 桩机安装就位

采用YZ160型静压振动沉管桩机，在组装完毕就位后，应使桩机保持水平、稳固，调整沉管与地面垂直，确保垂直偏差不大于1%。

3.5.3 桩尖的预制与埋设

由于桩尖外形特殊，采用钢模结合地模进行预制。桩尖的锥体部分埋人地模，柱体部分外露采用钢模，避免桩尖脱膜时地模受到破坏。为提高桩尖预制进度，一般要在桩尖混凝土内掺人早强剂。当桩尖达到设计强度后，方可用小型挖掘机配合人工按放样位置进行埋设。桩尖应埋人地表下300mm左右，平面位置偏差控制在50mm之内。

3.5.4 成孔

①启动马达静力沉管，沉管速度先快后慢，到第一持力层当出现静力“抬架”时，开启振动锤振动沉管。持力层不到2m，很快穿透，然后关闭振动锤。②再次静力沉管，当出现“第二次”静力“抬架”，进人持力层后，启动振动锤振动沉管，直至“抬架”静止没有下沉。③当沉管至设计标高并确保沉管进人持力层不小于2m时，方可终孔，经现场测量，比设计深度深6.8m左右(设计深度11.5～12m，实际深度为18.35m)。

3.5.5 混凝土的材料、配比要求

①水泥采用32.5级的普通硅酸盐水泥，水泥进场时应有出厂合格证并有现场见证抽验报告。②采用细度不大于25%的Ⅱ级或Ⅱ级以上的粉煤灰，必须有合格证并有现场见证试验报告。粉煤灰应具有一定的抗腐蚀能力。③碎石粒径采用20～40mm级配，含泥量不大于3%且符合国家现行标准JGJ53(普通混凝土用碎石或卵石质量标准检验方法》的规定。④石屑粒径2.5～20mm，含泥量不大于5% ，细度模数符合中砂要求。当石屑缺少时，可采用中砂或粗砂代替。⑤为控制成桩后桩顶浮浆厚度不超过200mm，混凝土的坍落度应控制在30～50m之内。⑥混凝土配合比(质量比，kg/m)为水泥：石屑：碎石：粉煤灰：水：260：540：1200：120：190。

3.5.6 投料

在沉管到持力层“抬架”静止后，为防止回弹，尽快用料斗进行空中投料，混凝土必须连续灌注，直到管内混合料面与钢管口平齐。如上料量不够，须在拔管过程中补充投料，以保证成桩桩顶标高满足设计要求。

根据设计长度计算出每根桩的灌注数量，保证其充盈系数为1.2。

3.5.7 拔管

桩机留振10s后边振动边拔管，在拔管过程中匀速提升，提升速度控制在0.8～1.0 m/min。在拔管过程中不允许反插，补充混凝土通过沉管进行灌注，以保证成桩质量和桩长，投料后留振8s。

3.5.8 成桩

沉管拔离地面50cm后(防止移动桩机时碰断桩)，浮浆顶面应高出地面60mm，测量上浮浆厚度，清除上浮浆，测量桩径。成桩后为防止断桩，在桩顶插入10钢筋，全部没人桩内，间距、数量和长度按照设计要求设置。

3.5.9 保护桩长

保护桩长是指成桩时预先设定加长的一段桩(一般取50～70mm)，扩大桩头施工时将其剔掉，以确保顶部桩体质量。

3.6 施工中常见问题、原因及预防措施

3.6.1 工作垫层与软土的软硬交接处发生浅层断桩

①原因：1)工作垫层挤土效应；2)地面隆起；3)拔管速度过快。②预防措施：1)采取连打跳排的施打顺序，施打新桩与已打且已硬结的邻桩的间隔时间不小于7d，必要时可加人早强剂；2)避免施工扰动和挤压造成的断桩；3)采取从中间向四周推进的施打顺序；4)拔管速度控制在0.8～1.0m/min。

3.6.2 混凝土离析

①原因：1)混合料搅拌时间不够；2)投料不连续，间隔时间长。②预防措施：1)每盘混合料的搅拌时间应不小于1min；2)在沉管至设计标高后应尽快连续投料，直至满足桩顶预定标高。

3.6.3 桩顶下3.5m范围产生桩体缩径原因：1)混凝土自身压力不足；2)混凝土下坐引起；3)连续施打造成的挤压缩颈。

3.6.4 桩头松散

①原因：投料不足。②预防措施：根据充盈系数进行投料控制，如上料量不够，须在拔管过程中进行空中补充投料。

4 结束语

①通过以上的施工工艺和过程控制，经过自检和第三方的检测结果显示，CFG桩小应变和单桩承载力均满足设计图纸和验收标准的要求。

②由于CFG桩桩体材料掺人工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力，其受力和变形类似于素混凝土桩，具有地基承载力高、变形小、稳定快、施工简单易行、工程质量易保证等优点，经济效益和社会效益非常显著，可广泛应用于软基的处理。

[1]中国交通建设监理协会.交通建设监理法律法规文件汇编[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]公路工程质量检验评定标准.JTG F80／l-2004.