客运专线软基处理CFG桩施工技术

任世杰

(中铁九局集团有限公司，辽宁 沈阳 110013)

1 国内软基处理概况及本工程概况

1.1 我国软基处理概况

我国软土分布相当广泛，在建的几条高速铁路中，有很大部分位于具有压缩性的软土地区。在软土地基上修建高速铁路，存在稳定与变形问题，需要对地基进行适当的加固和处理。目前，国内铁路路基工程中常用的软基处理办法主要有:换填法、强夯法、排水固结法、复合地基法。

1.2 本工程地形地貌及不良地质构造

杭长铁路客专工程浙江段HCZJ－6标段DK220+450～DK220+600软基处理路段为高阶地，地势稍有起伏，地面高程为54 m～60 m，相对高差约6 m，本段跨越一处鱼塘，两处水田。地表水发育，补给来源为大气降水。全段为松软土地基，地震峰值加速度为0.05g，本段淤泥深度过厚，最厚处可达5.6 m，再用通常的清淤换填，处理效果不尽如人意。加之新建杭长铁路客专设计时速为350 km/h，对路基稳定性要求较高，为保证列车在高速运行中的行车平稳、安全，故采用CFG桩进行软土地基处理。

2 工艺流程

进行CFG桩施工之前需要通过成桩工艺试验复核地质资料以及设备、工艺，施工顺序是否适宜，确定混合料配合比、坍落度、搅拌时间、拔管速度、每延米混合料用量、充盈系数等各项工艺参数。其中通过对试桩试件28 d抗压强度平均值、复合地基承载力、单桩竖向承载力的检测，如达到设计要求，将试桩总结报监理单位确认。工艺流程见图1。

图1 CFG桩工艺流程

3 具体施工方法

CFG桩施打方法:一般应进行跳桩法施工，避免造成相邻桩断桩，同时避免串孔现象出现。

1)布置桩点:场地清理整平，并按照桩点的设计布置图布置桩点。

2)钻机就位:首先移动钻机进行粗调整，然后利用塔机塔身的前后、左右的垂直标杆检查塔身导杆，进行钻机位置的细调整，使钻杆垂直并对准桩位中心。

3)搅拌混合料:混合料的配制依据试验配合比，配合及搅拌方法为:先装填碎石或卵石，再添加水泥、粉煤灰及外加剂，最后加砂并放入搅拌桶搅匀。每盘搅拌时间60 s～120 s，成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200 mm，混合料的坍落度应控制在160 mm～200 mm范围内。泵送前在搅拌机搅拌桶、混凝土泵料斗内备好熟料。

4)钻进成孔:首先关闭钻头阀门，再将钻头移至触及地面;确保机械安全稳定后，启动马达，以先慢后快的方式钻进;钻进过程中控制钻杆的摇晃并检查钻孔偏差，如发现钻杆摇晃或钻进困难时，可放慢钻进速度，避免桩孔偏斜、移位，甚至钻杆、钻具损坏。

5)灌注与拔管:对拌和料进行检查是灌注前的必要环节。检查内容包括坍落度检测以及制作150 mm×150 mm×150 mm规格28 d抗压强度试块进行抗压强度测试等。成孔到达设计桩底(穿透无压缩层以下0.5 m)停止钻进，当钻头进入硬层时，钻头摇晃相对较大，同时钻机设备的电流值达到145 A左右。该种情况下持续钻进50 cm以上并达到设计底标高，可以认为达到设计要求。如不能满足上述要求，可以持续钻进直到满足设计要求，并报监理工程师和设计部门确认。取土样确认地质情况，首批和有代表性的桩设计应到现场确认。泵送混合料，确保混合料充满钻杆芯后开始拔管，注意不可先拔管再泵料。工艺关键是混合料的泵送量与拔管速度要相匹配，拔管速度一般控制在每分钟2 m～3 m。为保证CFG桩成桩质量，成桩过程必须是连续的，如果在施工中遇到不可抗拒的因素导致不能连续灌注，须避免在饱和砂土和粉土层停止。灌注后成桩桩顶标高宜高于设计标高50 cm～70 cm。确保桩长能实现有效桩体达到施工图标示高程，另外保护桩体。灌注成桩后，为保护桩头，用水泥袋盖好桩头。

6)移机:一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩施工。

7)弃土处理:CFG桩施工时，必须进行清表，表土直接运往弃土场。桩体施工完成2 h～3 h后，挖除打桩弃土，运往弃土场弃置。

4 施工质量要求

1)混合料灌注过程中应保持混合料面始终高于钻头面，钻头低于混合料面15 cm～25 cm。2)凿桩头施工方法:首先用水准仪将设计桩头标高打在桩身上，然后在标高水平面将4个钢钎按照同一角度对称放置，并用大锤同时击打钢钎将桩头截断。

5 施工注意事项

1)混合料搅拌要均匀，搅拌时间不得低于60 s。2)施工过程中须保证排气阀正常工作，为防止排气阀被水泥浆堵塞，要求每工班在施工中经常检查排气阀。3)移动桩机至下一桩位时，应根据轴线或周围桩的位置对将要施工的桩位进行复核，保证桩位准确。4)每根桩的投料量不得少于设计灌注量。5)应静止提拔钻杆，严格遵照工艺性试验确定，并由监理工程师批准的参数控制拔管速度以及混凝土泵的泵送量，且保证连续提拔，施工中严禁出现超速提拔。6)成桩施工至设计埋深后，应准确控制拔管时间，混合料泵送量应确保与拔管速度匹配，以保证管内有一定高度的混合料，且不得在饱和粉土或饱和砂土层停泵待料。7)桩顶标高应高出设计标高50 cm～70 cm，高出长度根据桩距、布桩形式、成桩顺序、现场地质条件等因素综合确定。

6 质量缺陷控制

6.1 导管堵塞

导管堵塞的成因有:1)由于混凝土配合比或坍落度不符合要求;2)导管过于弯折或者前后台配合不够紧密。

控制措施:

1)保证粗骨料的粒径、混合料的配合比以及混合料坍落度符合要求;2)每次拆卸导管都必须将导管清洗干净，并须避免灌注管路过大变径和弯折;3)保证前后台配合紧密，加强施工管理，及时发现和解决问题。

6.2 偏桩

偏桩一般有桩体平移偏差和垂直度超标偏差两种形式。多由于场地条件、桩机对位不仔细等原因使钻孔跑偏。

控制措施:

1)防钻机偏斜:施工前检查地下条件并清理场地，平整压实;2)仔细调整桩位，严控误差;3)钻前与钻进过程中检核桩机的垂直度和水平度。

6.3 断桩、夹层

断桩、夹层主要是提钻太快致使混合料泵送跟不上提钻速度或是相邻桩太近串孔引起的。

控制措施:

1)采用量大的混合料泵、预备储料罐等确保混合料灌注的连续性;

2)严控提钻速度，保证钻杆中心有0.1 m3以上的混合料，在灌注过程中，如果因意外原因导致灌注停滞时间超过混合料初凝时间，需重新成孔灌桩。

6.4 桩身混合料强度不足

压灌桩受混合料泵送技术限制，要求其和易性好，坍落度一般不得小于16 cm～20 cm。由于添加了粉煤灰，以及骨料本身粒径较小，控制不好用水量容易导致强度较低。

控制措施:

1)优化骨料级配:宜采用0.5 cm～1.5 cm粒径的石子。另外，考虑桩径以及地下水的实际情况，可酌情加入一定量的2 cm～4 cm石子，但尽可能不要提高砂率;2)合理选择添加剂:尽可能采用早强型减水剂而替代普通泵送剂;3)粉煤灰选用Ⅰ级灰，其掺量由配比试验确定。

6.5 桩身回缩

桩身回缩的现象较为普遍，解决方法为超灌或添加外加剂，保证施工中充盈系数达到试桩确定值(充盈系数＞1)。

控制措施:

1)桩顶超过标高不得少于0.5 m，并防止桩口出土混入;2)选择性能较优的减水剂。

6.6 桩头质量问题

桩头质量问题多为气泡、夹泥、浮浆过厚、混凝土不足等，都由操作不当引起。

控制措施:

1)及时清理或外运桩口出土;2)钻杆顶端气阀保持开启以避免混凝土中积气引起的桩顶混凝土含气泡;3)超灌排除浮浆以防止桩顶浮浆过多。

7 桩基检测

根据验收标准要求，CFG桩采用低应变检测桩身质量和完整性，检测数量为桩总数的10%。成桩28 d后及时进行低应变对桩身质量检测，检测前，应做好各项准备工作，从而保证检测工作有序、及时的进行。

1)受检桩头处理。凿去桩头浮浆至新鲜混凝土面，桩头大致平整，桩头混凝土无破碎，桩头干燥。2)处理每个桩头平面上，应在距桩心2/3桩半径处磨平两个传感器安装点，同时磨平桩心位置的激振点。3)排除基坑内积水。4)保证检测仪器用电(交流电220 V)。5)其他配合工作。

8 结语

CFG桩有许多不可替代的优点，如施工方法简单、施工无污染、成桩速度快、桩身质量好、单桩承载力高，以及复合地基承载力提高幅度大、沉降量小、变形稳定快、加固效果明显等。因此CFG桩在杭长客专施工中取得了广泛的应用。

[1] 客运专线铁路路基工程施工技术指南[M].北京:中国铁道出版社，2007.