高速铁路载体桩复合地基施工技术研究

郑卫东

(北京铁研建设监理有限责任公司，北京 102600)

0 引言

近年来，在建筑、公路等工程领域，载体桩技术的应用越来越广泛。载体桩通过扩大头设置，可有效加强浅层承载层，单桩承载力较高，减小加固深度，降低成本。因此，在软弱地基处理中，复合载体夯扩桩具有显著优势。高速铁路路基对工后沉降具有极为严格的要求，且标准在建筑地基之上。为此，必须重视高速铁路软基处理方法的合理选择。本文提出了采用载体桩复合地基处理高速铁路路基，以期全面提升工程质量，解决路基不均匀沉降问题。

1 载体桩优缺点分析

基于夯扩桩的基础上，复合载体夯扩桩应运而生。一般来讲，混凝土材料是夯扩桩扩大头的主要材料，而建筑垃圾是复合载体夯扩桩扩大头的主要材料。相比混凝土材料，其桩端持力层无论是挤密效果、亦或是压实效果均远远高于混凝土材料；同时，具有更高承载力，并能大幅降低成本。其优缺点如表1所示。

表1 载体桩优缺点

2 载体桩复合地基的加固机理

载体桩是复合载体夯扩桩的简称，干硬性混凝土、填充料、挤密土体等为复合载体的主要构成成分，施工过程中，主要采用细长锤夯击，护筒跟进成孔，待满足设计要求后，将细长锤拔出护筒底相应深度，并将填充料、混凝土等材料依次放入孔内，通过细长锤进行多次夯实，最终满足设计规定，构成一个复合载体，之后再进行混凝土桩身施工。

载体桩不仅属于混凝土桩身，还属于复合载体，可利用侧摩阻力将桩身部分荷载向桩侧土体传递，同时，向桩端以下深层土体传递上部荷载。若桩间土体具有较低承载力，可通过桩基础受力，利用承台或承台梁把上部荷载向混凝土桩身传递，并由此向桩周土体和复合载体传递，最终向载体下土体传递大部分荷载。图1为载体桩示意图。

图1 载体桩示意图

3 工程概况

某高速铁路工程经地质勘查结果显示，自上而下土层情况如下。

1)填土，灰褐色，潮湿，中密，主要为砖灰渣，0～2 m深，110 MPa为本土层承载力标准值。

2)黏土，浅灰色，呈硬塑状，2～6 m深，110 MPa为本土层承载力标准值。

3)细砂，褐黄色，呈饱和状，密实，主要为石英、长石材料，6～9 m厚，210 MPa为本土层承载力标准值。

4)粉质黏土，黄褐色，呈硬塑状，9～15 m厚，140 MPa为本土层承载力标准值。

5)黏土，褐黄色，呈硬塑状，15～20 m厚，180 MPa为本土层承载力标准值。

6)粉质黏土，黄褐色，呈软塑桩，厚20 m以上，200 MPa为本土层承载力标准值。

根据载体桩特点可知，在粉土、砂土、硬塑状态的黏性土等土层中载体桩具有良好的适应性，由土层情况表明，粉质黏土和黏土层等松软土多位于“桩顶—桩顶以下6 m”位置，其中还存有一层细砂层。经分析，决定在6～9 m深密实砂层布设载体桩扩大头端，桩的具体情况如表2所示。

表2 载体桩的具体情况 单位：m

4 载体桩复合地基施工技术要点

在高速铁路工程中，载体桩复合地基施工法应用时间较短，为保证施工质量，必须规范施工工序(见图2)，掌握施工技术要点，提高施工水平。

图2 载体桩施工流程

4.1 “跳打”施工

载体桩施工时很大可能会影响相近桩的质量，因此，可选择“跳打”施工法。作为一种性能良好的挤密灌注桩，载体桩在打桩过程中，应严格按照“中间—两侧、深—浅”的顺序进行施工。一般情况下，混凝土为流态状时，当天打桩将被影响次数为2次左右(最多)；当混凝土为初凝状态时，隔天打桩将被影响次数为1次左右(最多)。或在特殊条件下，填料压实后，若未及时提出套管，在相邻桩填料施工结束后，再将混凝土灌入处理。

4.2 锤击跟管施工

保持一定距离通过细长锤夯击地面，次数为3～5次，保证护筒与桩位对应，随后增加锤距进行夯击成孔。按照“锤前、筒后”原则，护筒紧跟细长锤后进行施工，一般来讲，可在0.3～0.8 m控制锤出护筒的长度，若软土含水率较大，那么两者之间应取0.3 m。施工过程中，可同时进行锤击、反压护筒施工，在即将到达桩底标高时，应合理确定锤距，保证护筒和设计标高相符。

成孔时，若遇到障碍物，如硬夹层、大块石等，须及时清理，若无法清理，须及时上报相关单位，变更桩位。

4.3 重锤填料

成孔达到设计要求后，需提升重锤，高度在投料口以上，将适量填充料投入投料口内即可。须根据施工土体的含水量情况，合理确定填充料的使用量及具体材料类型。一般情况下，多采用较强吸水性的材料，如碎砖等用于高含水量土体，其目的是为了快速将土体水分吸收掉，达到土体固结的效果。填充过程中，应按照“前多后少”原则控制填充量。在此阶段，落距要尽可能小一些，避免影响或破坏土体结构。

根据本工程实际情况，锤的落距可控制在6 m左右，采用碎石填充料(粒径为2～5 cm)，填充量为0.15～0.20 m3/次，锤出护筒底的深度可控制在0.3 m左右。在施工过程中，发现有地下水从桩底渗出，针对这种情况，须向桩底处投掷水泥等材料用于防护，待渗水问题处理后，再继续填充碎石，并夯实。

4.4 三击贯入度测定

待完成上述工序，可采用柱锤进行三击贯入度测定，锤击次数为3次。在载体桩质量检测中三击贯入度是最重要的测定方法，检测时，可按照递减的原则进行锤击，若复合载体不符合要求，须继续夯击，直至满足设计规定。检测结果为8～9 cm，可满足小于等于10 cm的设计规定。

4.5 填干硬性混凝土

在施工过程中往往会出现断桩或缩颈等问题，为进一步增强桩身承载力，提高成桩质量，须将适量干硬性混凝土填筑其内，此类干硬性混凝土坍落度较低，两者体积比为干硬性混凝土：填充料=3:10，保证与桩身混凝土配合比相同。夯击到护筒底部，锤出护筒长度应大于5 m，保证所有干硬性混凝土从护筒内击出。施工中，单桩干硬性混凝土填筑量为0.2 m3/次，随后锤击，填入次数为3次，0.6 m3为单桩干硬性混凝土总体填入量。

4.6 桩身灌注

在桩身灌注中，若混凝土具有较差和易性，在拔管过程中势必会增大摩擦力，即便是拔出混凝土后，仍无法及时扩散，一旦出现这种问题，很容易产生断桩、缩颈现象，基于此，应加大混凝土质量控制。

经试桩试验，可确定载体桩混凝土坍落度等参数，如表3所示，保证各项参数满足设计要求。

表3 载体桩主要参数

在整个施工过程中，很可能会出现拔管速度太快、管内混凝土不足等现象，这种情况下，很难保证混凝土完全落至底部，为避免因填充不足而发生缩颈等问题，须合理控制拔管速度。根据现行标准规范要求，桩身灌注充盈系数须控制在1.0以上，当桩顶超灌超过0.5 m时，需在每分钟0.8～1.0 m控制拔管速度。若已发生缩颈问题，则应及时采取措施补救，如复打法等，保证灌注施工质量。

5 结语

高速铁路基础被破坏或产生变形现象，维修难度较大，且需投入大量财力、人力，针对高速铁路沿线松软土区域，必须根据规范要求合理选择地基处理方式。常见软基处理方式包括：预应力管桩、CFG桩复合地基等。基于载体桩复合地基的应用优势，本文结合工程现状，提出了采用载体复合地基处理高速铁路路基的施工方案，希望能够有效控制路基沉降，延长工程使用寿命。