CFG桩在高速铁路软基处理中的应用

孙颖

中图分类号：U238

【摘要】：随着我国高速铁路和铁路客运专线建设的迅速发展，软土问题成为影响铁路工程质量和建设工期的关键因素之一。如果对铁路工程建设中出现的软土地基不进行有效地处治，就会导致路基不均匀沉陷，造成无碴道床沉降开裂等病害的发生，对轨道的稳定性、铁路机车运营的安全性影响较大，同时还会增加铁路的养护成本。本文结合大西客运专线晋中站软基处理的施工方法，论述了CFG桩施工工艺及在软基处理中的质量控制措施。

【关键词】：大西铁路；CFG桩；施工工艺；常见问题；解决措施；质量保证措施；安全保证措施；环境保护措施

1、 工程概况及地质特征

大西铁路客运专线晋中站场及区间路基里程为DK18+210-DK20+570，路线总长2.36km，铁路正线设计时速350km/h。

本施工区段地基处理CFG桩设计总量为682066m，施工地质为松软土地基路堤地段，基底无湿陷性黄土地层，CFG桩呈正方形布置，桩间距为1.8m，桩径为0.5m，桩长25～28m；CFG桩设计桩身强度为C15，即要求桩身28天龄期立方体抗压强度不小15MPa。结合实际情况，本标段CFG桩选用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩的施工方法。

为符合地质资料与设计是否相符，验证机械设备性能，复核施工工艺、旋打顺序是否适宜，并调整确定混凝土的配合比、塌落度、搅拌时间、拔管的速度、泵送速率等各项工艺参数，施工前需进行CFG试桩。

2、试桩位置及数量

（1）施工位置：试桩位于DK18+760处,桩位为2区（DK17+760～DK18+805）1号、2号桩、50号、51号。

（2）试桩数量：试桩数量为4根，单根桩长28m；

3、试桩参数拟定

试桩混凝土等级采用C15普通混凝土，塌落度根据要求控制在160～200mm的泵送混凝土，混凝土采用自建混凝土拌和

4、施工机械

长臂螺旋钻机2台，LZ30；转载机1台，晋工50；推土机1台，ST160；平地机1台，天工160B；压力机1台，徐工18;自卸车3台，东风153;吊车1台，YO型-12t；发电机1套，潍柴250w。

5、施工工艺

5.1工艺流程

长螺旋钻孔芯管内泵压混合料灌注成桩工艺流程见下图

5.2长螺旋钻孔施工操作

（1）施工现场：施工现场在试桩施工前做到三通一平：并确保施工场地上空无高压线路、地埋无各种管线设施。

（2）布置桩点：场地清理整平，按桩点设计布置图放样布点，并对桩进行编号；桩位中心点用钎子插入地下，并用白灰明示。对将要施工的桩的原地面进行抄平，根据桩的设计底标高计算出钻机的钻进深度，在钻机机身上做好标记控制钻孔深度。

（3）钻机就位：钻机进场前，平整场地，钻机进场后，在钻机架设位置上铺设20cm土垫层找平，确保钻机就位后的平稳性。移动钻机就位，采用1台经纬仪和1台全站仪从两个不同角度观测钻机的垂直度，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，垂直度偏差＜1%。

（4）混合料搅拌：采用晋中曙光商品砼，每盘拌和时间不小于2分钟。

（5）钻进成孔：关闭钻头阀门，移动钻杆至钻头触及地面，启动马达先慢后快钻进，减少钻杆摇晃，检查钻孔的偏差并做好记录。在成孔过程中，密切注意观察钻机的状态，发现钻杆摇晃或难钻时，放慢进尺，避免导致桩孔偏斜、移位，甚至使钻杆、钻具损坏,根据钻机塔身上的进尺标记，成孔到达设计标高，停止钻进。

（6）灌注及拔管：首先严格按照设计操作要点及通常工法工艺有关要求，并在试验过程中根据实际情况进行调整，以获取符合实际的最优的施工参数。在施工钻至设计深度后，准确掌握提拔钻杆时间，混凝土泵送量与拔管速度相配合，边灌注边提钻，保持连续灌注，均匀提升，同时保证钻头始终埋入混和料中。当遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料，避免造成混合料离析、桩身缩径、断桩和夹泥等；混和料按施工配合比经搅拌机拌和，塌落度、拌和时间按设计操作要点给定的参数进行控制，且拌和时间不得小于60S；搅拌的混和料必须保证混合料圆柱体能顺利通过刚性管、高强柔性管、弯管和变径管而达到钻杆芯管内；钻杆静止提拔，施工中按通用工艺要求控制提拔速度和泵送量，提拔速度一般2～3m/min，并保证连续提拔，施工中严禁出现超速提拔。成桩过程须连续进行，施工桩顶标高必须高于设计标高50-70cm（由专人进行控制）。灌注成桩后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。

（7）施工中保证排气阀正常工作，施工中要求每工班经常检查排气阀，防止排气阀被水泥浆堵塞。

（8）移机：一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩施工，钻机打桩顺序采用跳打方式进行。

（9）每根桩均做一组试件（3个），并与桩同条件养护28d后，测定其抗压强度，与其对应的桩身强度作对比。同条件养护采用就地挖坑埋入试件进行养护。

（10）清土及CFG桩桩头处理，清土工作包括CFG桩钻孔弃土清运和保护土层清运两部分。由于采用人工清运效率较低，可采用小型机械和人工联合清运，但必须遵循以下原则：

①不可对设计桩顶标高以下的桩体造成伤害；

②不可扰动桩间土；

③不可破坏工作面的未施工的桩位。

遵循以上原则，清土工作在CFG桩施工完毕其混合料初凝后，用人工将桩头以下50cm截除，截除时间宜在混凝土灌注24小时后进行。截桩时不得造成桩顶设计标高以下的桩体断裂和扰动桩顶以下桩间土。

6、检验控制项目与方法

桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度检验：

桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度应满足设计要求。

检测数量：2根。

7、长螺旋CFG桩施工中常见问题及解决措施

7.1常见问题：

长螺旋CFG桩施工时出现桩体断桩、缩颈、不成桩或桩体上部存气等情况,主要由堵管造成。

7.2常见问题原因分析及解决措施：

①堵管主要因混合料配合比不合理、搅拌质量有缺陷、设备缺陷、施工操作不当等因素造成。混合料配合比不合理的情况,严格控制细骨料和粉煤灰的掺量。

②当混合料中的细骨料和粉煤灰的用量较少时,混合料和易性不好,易造成经常堵管。此时应将粉煤灰的掺量宜控制在60~80kg/m3。

③搅拌质量有缺陷的情况,严格控制混合料坍落度。当坍落度太大时,易产生泌水、离析现象,在泵管内的水浮到上面,在泵压作用下,水先流动,骨料与砂浆分离,摩擦力剧增,从而导致堵管。当坍落度太小时,混合料在泵管内的流塑性差,也容易造成堵管。施工时坍落度宜控制在16~20cm,若混合料流塑性较差,可适量掺入泵送剂。

④混合料中骨料粒径不均匀和级配不合理也会造成堵管，出现这种情况要严格控制混合料中的粗骨料粒径,避免大块粗料通过格栅混入泵管内。

⑤设备缺陷主要有弯管半径不合理、弯头与钻管垂直连接、施工结束后未及时清洗泵管。

⑥此外由于管接头不牢固、垫圈破损,也会造成水泥砂浆流失,导致堵管。

⑦钻头设计不合理,密封不严,水泥浆流失,形成砂塞堵住阀门,混合料无法下落,造成堵管。

出现⑤~⑦种问题时，设备管理人员要及时通知厂家对配件进行维修或者更换，并在钻机停钻时及时清洗。

⑧施工操作不当也会造成堵管,主要是在注满混合料后未及时提钻,在泵压作用下会使钻头处的水泥浆液挤出,在钻头阀门处产生干硬性混合料塞体,使泵管堵塞,混合料不能下落等。对这类问题，建议在CFG桩施工前要加强技术交底和岗前培训工作，提高工人对设备使用的熟练程度。

8、质量保证措施

（1）为了保证试桩方案，在施工现场建立质量管理机构、制度和措施，制定完善的质量保证体系，规范质量检验流程。

（2）严把材料进场关，保证使用符合规范要求的水泥、砂、石、外加剂等材料，并做好材料试验，并认真填写有关记录。

（3）混凝土现场浇灌过程中一定要确保桩体混凝土的密实性，保证桩截面尺寸，钻头提升保持匀速，提升速度不得大于混凝土浇筑速度，防止发生缩径，断桩。

（4）预防断桩

①砼塌落度严格按设计规范要求控制。

②灌注砼前检查砼搅拌机，保证砼搅拌时能正常运转。

（5）做好并收集、整理好各种施工原始记录，质量检查记录、现场签证记录等原始资料，并做好施工日志。AU=

（6）保证桩孔的垂直度，可采用以下措施：桩架要安装稳固，底座保持水平，钻杆中心和桩中心要保持同一轴线。

（7）严格控制混凝土质量，实行拌合站、施工现场混合料试验制，要求灌注混合料流动性、和易性好，对于离析严重的混合料坚决退回，坚持拌和站混合料生产，保证混合料间隔时间不超过30分钟。

（8）严格控制混凝土的计量，拌合时采用微机控制电子计量原材料进行配料拌合。拌合完成后通过两次（浇筑混凝土前后）过磅，根据重量、密度计算混凝土方量

（9）注重过程控制，严格交接检制度；加强操作人员的岗前培训和操作规程、规范的学习；施工现场的技术负责人跟班作业，加强技术指导，对关键工序要进行详细的技术交底工作；强化工序、工艺的质量控制。做好现场资料的采集，暂按《检验批质量验收记录表》要求执行。详细表格见附件。

9、安全保证措施

（1）钻机放置平稳，安装后钻杆中心线的偏斜小于全长的1%。

（2）钻孔中如遇卡钻，立即切断电源、停止下钻，在未查明问题前不得强行启动。

（3）钻孔过程中遇有机架晃动、移动、偏斜立即停钻，并调整好机架后再钻孔。

（4）清洗泵管时，出口方前方10m内不得有人。

（5）钻机作业中，施工人员必须佩戴安全帽等防护用品。

（6）钻机作业中，有专人负责电缆的收放。

（7）钻孔时，严禁用手清除螺旋片上的泥土。

（8）开钻前探明地下管线，管线未改移前一律不得开钻。

10、环境保护措施

（1）加强施工管理，对可能造成环境污染的物质，经过有关部门同意后送到指定地点处理。所有机械废油回收利用或妥善处理，严禁随意泼倒。

（2）取有效措施防止施工中的燃料、油料、废料等有害物质对周围环境的污染，指定专用存放区，专人保管和处理。

（3）砼在运输过程中运输车不能装的太满，以免溢洒在运输途中。

（4）施工作业严禁损坏用地范围外的耕地、树木、灌木林及地表植被，施工道路经常洒水，避免粉尘污染。

（5）施工现场安排做到布局合理，材料定位堆置，机具进出场有序，路沟畅通，管线齐全,生活设施清洁文明，施工安全有序。

【结束语】：

综上所述，在铁路工程建设中，对于大面积软土地基的处理，应根据实际的地质情况，结合水文气象资料等因素，采用不同的技术措施进行试验，经技术经济论证，选择最佳的施工方案。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。