铁路路基CFG桩施工工艺质量控制

赵鹏社，王亚国

(1.中国铁道科学研究院 铁科院(北京)工程咨询有限公司，北京100081;2.中铁一局 四公司，陕西 咸阳712000)

地基处理是路基满足设计要求并达到列车正常通行的重要组成部分。客运专线铁路地基处理中大量采用CFG桩复合地基(由CFG桩与桩间土以及褥垫层构成)，它的质量状况直接影响上部结构的工后沉降。

哈大铁路 DK109+600～DK109+800段，共设CFG桩桩孔3 161个，桩径为0.5 m，桩间距1.5 m，布置形式为正方形布置，桩长 2.54～4.99 m，其总长17 004 m。该段地表为深灰色粉土，稍湿，厚度1.2～4.0 m，大部分地段夹杂泥炭，黑色，软塑 ～流塑状，有异味，厚度0～2.6 m，埋深距地表0.9～2.0 m，地下水埋深0.5～0.8 m。DK109+680～DK109+800段地表为粉土(深灰色)，稍湿，厚度2.0～4.0 m，大部分地段夹杂泥炭，黑色，软塑 ～流塑状，有异味，厚度0～2.6 m，埋深距地表1.0～2.6 m，地下水埋深0.5～0.8 m。

1 CFG桩工艺流程及相关技术要求

1.1 CFG桩施工工艺流程(见图1)

1.2 施工步骤及相关技术参数

1)平整场地:表面护桩土层碾压和修筑道路。

2)精确放样 CFG桩的桩位，并在孔位插入标记物，以方便钻孔过程中查找桩位。所有长螺旋钻机在开钻前应由施工技术人员对标尺进行复核，消除标识误差。尤其是钻机初始标识要指定专人进行复查，确保桩长满足设计要求。

3)机械设备的调试检验:① 检验钻机运转是否正常，移动是否灵活，钻杆长度能否达到最大孔深和钻杆垂直度;② 混凝土输送泵的运转情况;③ 检查输电线路或发电机组功率和供电连续性。

图1 CFG桩施工工艺流程

4)试钻:复核实际地质与施工图中的资料是否一致，必须试钻，一般每100m地段试钻2～3根。

5)开钻:关闭钻头阀门，移动钻头至桩位处，驱动马达钻进，钻进速度一般要先慢后快。钻进过程中要随时检查钻杆的垂直度，不能晃动，钻位不能偏移，如果有异常情况，必须马上调整。根据设计桩长和地面高程、桩顶高程推算出钻孔深度，在钻杆上作出标记。钻到标记处停钻，准备灌注混凝土。判断钻头是否到了持力层一般有两种方法:①在桩机驾驶室观测电流的变化。根据试桩结果，钻机开始钻孔到达软弱地层时，电流表指针在120～130 A，当钻头遇到持力层时，瞬间的电流将增大到160 A以上，同时电压下降。此时，应判定钻头已达到持力层。②在钻机旁直观观察。根据勘察资料，结合试桩结果，当钻头到达持力层时，钻杆上部的动力头发生颤动和轻微的摆动，钻机的动力明显减弱，此时，应判定钻头已达到持力层。

6)灌注混凝土:钻到设计位置时，停钻准备灌注，当混凝土充满钻管内后开始拔管，严禁先拔管后泵送混凝土。拔管时钻杆停止转动，严禁边拔管边转动。严格控制拔管速率，其拔管速度应控制在2.0～2.5 m/min，连续灌注。拔管速率太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不匀，桩顶浮浆过多，桩身强度不足和形成混和料离析现象，导致桩身强度不足。

7)灌注完成后钻机后退移至下一桩位钻孔。

8)CFG桩施打顺序:横向从线路中心向两侧推进，纵向从有结构物或分界点处顺线路方向推进。

9)清除钻泥:钻泥在钻孔过程中必须随时清除，钻机移位后把剩余的钻泥立即清除。用一台小型挖掘机和小型自动翻斗运输车，挖掘机把土清除出来，装载在运输车上运走。注意混凝土初凝后，保护好成桩位置。

10)养护和保护CFG桩:CFG桩头都在地面以下，无需专门养护，最后一根桩灌注完成后14 d方可进行下一步工序，养护期间任何机械和材料不得进入施工区。

11)挖除桩顶土:挖除桩顶土首先测定地面高程，并作出标记，计算出挖深，用小型挖机将土一次性挖至设计桩顶高程以上20 cm处，剩余20 cm人工清底挖除。挖掘时严格控制高程，严禁超挖，并注意保护桩头，挖掘机不得挖动CFG桩头。如超挖，必须用褥垫层同样的碎石进行回填。

12)切割桩头:人工凿除，先用切割机延设计桩顶高程切割，再用4根短钢钎，在切割线处从四个不同的方向同时对凿。

13)CFG桩检测:CFG桩施工完成后28 d进行检测。每工作班制做一组(3块)试件，28 d检测立方体抗压强度。用小应变仪检测，静载试验抽样复核，小应变仪随机抽检30%，主要检测桩长、桩身是否完整，有无缩颈等现象。采用平板荷载试验检验地基承载力，CFG桩单根桩承载力应不小于500 kN，试验桩数为总桩数的3%，且每工点不小于3点。

2 施工易出现的问题及处理方法

2.1 混凝土超灌

混凝土超用量是指灌注CFG桩使用的混凝土量超出设计CFG桩的体积。在软弱土层上，钻孔过程中钻杆的离心力作用、灌注时混凝土自重作用以及输送泵泵压作用下都会造成扩孔，使得混凝土用量增加。

减少超灌办法:①使用缩小钻头和端部钻杆直径的方法，用氧气和乙炔把钻头直径切割小;②把电动机的钻速调慢;③调节输送泵的阀门板，使试管内泵压减小。

2.2 缩颈

缩颈是指施工完成后桩身直径小于设计直径。出现缩颈的原因有两种:①在灌注混凝土过程中钻杆提升速度过快，造成混凝土灌注不连续，导致缩颈;②由于钻头长时间磨耗严重造成桩颈缩小。

处理方法:严格控制拔管速度，尤其是饱和黏土、地下水丰富的孔位，应严格将拔管速度控制在2.0～2.5 m/min，且送料、拔管应连续均匀，随钻随灌，防止停工待料。当钻头磨损严重时及时更换钻头，或在磨损的钻头周围加焊一圈φ20 mm的螺纹钢，以保证桩身直径。

2.3 窜孔

窜孔是指在灌注完前一根CFG桩后，钻下一根桩时，前一根桩的混凝土面突然大幅度下降，甚至将钻出前一根桩的混凝土，更有可能使下一根CFG桩灌注困难。形象地说窜孔就是相邻的两个佛肚状桩的腹部连接在一起。窜孔处理方法:当出现窜孔时，可采用隔桩跳打的方法施工。

2.4 堵管

堵管是指在CFG桩灌注过程中，混凝土凝固在输送泵管中，使混凝土不能正常输送。堵管后需要大量人工拆除并疏通管道，然后重新安装，少则2 h。堵管不仅影响施工进度，还影响CFG桩的灌注质量，甚至损坏钻机。造成堵管的主要原因有:①混凝土不合格;②混凝土供应不及时;③混凝土粗骨料的粒径太大;④弯头管的弧形钢管的曲率半径不合适，半径过小或过大都会造成堵管，应加强施工组织和原材料的质量控制，选择合理的弧形钢管。

3 结语

该段堆载预压已经结束，沉降观测数据稳定，最大沉降量仅3.42 mm，取得了良好的地基加固效果。CFG桩施工过程中要严格控制桩位、桩长以及混凝土灌注这些要点，探索出一些常见问题的预防措施和处理方法，为以后类似工程提供有益借鉴。

［1］中华人民共和国铁道部.铁建设［2005］160号 客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［2］中华人民共和国铁道部.TZ212—2005客运专线铁路路基工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2005.