客运专线水泥土挤密桩与CFG桩复合地基施工工艺

钱海亮

摘 要：对于客运专线铁路路基来说，路基沉降控制是工程建设成功与否最为重要的因素，因此地基处理施工过程和施工质量是施工控制的重点。本文结合西宝客专铁路路基工程地基处理施工实践，对水泥土挤密桩与CFG桩复合地基施工工艺进行了总结，提出施工工程中存在的问题和具体解决方法，为同类工程施工提供参考。

关键词：客运专线 水泥土挤密桩 CFG桩 复合地基 工艺总结

1.前言

在客运专线路基工程地基处理方案选择中，水泥土挤密桩与CFG桩复合地基因其在处理湿陷性、加固地基方面优势明显以及相对低廉的造价而得到了广泛应用。在西宝客专铁路路基工程地基处理施工过程中，通过分析研究地质条件，开展工艺试验，总结优化施工工艺，提高了施工质量，加快了工程进度。

2.工程概况

西安至宝鸡铁路客运专线是徐州至兰州客运专线重要组成部分。铁路从咸阳西引出，途经4市10县（区），最终入宝鸡南站，正线全长138公里，沿途共设置三个中间站，分别为兴平车站、杨凌南站和岐山车站。岐山车站位于陕西省宝鸡市五丈原镇，里程为DK599+100～DK600+500，站场全长1.4km，线路以填方形式通过，最大填高6.5m，地基处理措施为水泥土挤密桩与CFG桩复合地基，其上设厚1m改良土垫层。为渭河一阶地，黏质黄土，为Ⅰ、Ⅱ级非自重湿陷性。

3.复合地基基本原理

在水泥土挤密桩与CFG桩组合形成的复合地基中，水泥土挤密桩通过成孔过程中挤密桩间土使桩间土强度提高以及夯实桩水泥和土混合后产生离子交换产生物理化学反应的胶结作用提高桩体强度这两方面来提高地基强度和抗变形能力，同时消除地层的湿陷性。CFG桩通过桩与土体的侧膜阻力和端摩阻力的桩体作用加固地基，由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载的作用下，CFG桩可将承受的荷载向较深的土层传递并相应减少桩间土的承载。垫层技术是复合地基的核心技术，设置垫层后，可有效改善路堤下部的受力状态，在荷载的作用下，复合地基处理桩通过垫层共同承担荷载，桩土荷载的分担比与垫层设置厚度有关。

4.施工工艺

4. 1水泥土挤密桩施工工艺

本工程水泥土挤密桩施工采用锤击沉管法。锤击沉管桩机就位后，使管尖对准点位，调平机架，保持沉管垂直，用线锤检查桩管垂直度，确保垂直度偏差不大于1.5%。锤击将直径385mm的钢管打入土中拔管成孔，施工前在钢管上标出控制深度标线，以便控制孔深。拔管前注意停顿15秒左右。成孔后清底夯实、夯平，然后检查孔中心位移、垂直度、孔径、孔深，合格后进入下道工序施工或用盖板进行防护。

水泥土混合料在集料拌合站集中拌合，配备碎土设备消除土壤的颗粒超标的土块。混合料需拌和均匀，混合料中不应含有大于20mm的土块，拌和后的水泥土含水量应接近最优含水量，允许偏差不得大于±2%。混合料拌和后现场可根据“手捏成团、落地散花”判断其含水量是否合适。成孔后及时进行分层回填夯实，逐层定量向桩孔内投料，夯填至桩顶设计标高500mm处，夯填按照一定速率进行。

4.2CFG桩施工工艺

CFG桩施工采用长螺旋钻施工，钻机就位后，用钻机垂直标杆检查导杆，校正位置，使钻杆垂直对准点位，确保CFG桩垂直度控制在1%以内。关闭钻头阀门，钻进速度先慢后快，减少钻杆晃动，控制钻孔的偏差。在成孔过程中，发现钻杆晃动或钻进速度较慢时放慢进尺，避免造成钻孔偏斜、移位，甚至损坏钻杆钻具。成孔后开始泵送混凝土，当钻杆芯充满混凝土后开始拔管，注意泵送量与拔管速度相匹配，泵送速度先慢后快，成桩过程须连续进行。桩顶标高以高于设计高程50～70cm为准，确保有效桩长，成桩后用土工布盖好桩头进行保护。

5.工艺总结及控制要点

5. 1水泥土挤密桩

施工工艺选定及质量控制主要围绕成孔和夯填两个方面进行。

（1）成孔采用隔排跳打的方式，先外圈后里圈，有利于增强挤密效果。沉管桩机桩管下端作成60°角度锥形活动桩尖，以便拔管时回压，使桩管顺利拔出，同时防止因负压造成的孔底回缩。成孔后清底夯实、夯平，本工程水泥土挤密桩夯实设备采用夹杆锤，根据工艺试验，成孔至设计标高后夯底8次可将孔底松土夯实至设计桩底标高，保证桩长。

（2）填料粒径控制。填料粒径是影响桩身质量的重要因素，标准要求水泥改良土中土颗粒粒径不得大于20mm，本工程在实施过程中共试验了三种方式将超粒径土块破碎利用，使得土的利用率大大提高，也较为经济合理，大大提高了施工效率。

（3）填料含水率控制。填料的含水量是影响桩体压实度和强度的重要因素。当填料含水量接近最优含水量时，土体呈塑性，击实效果最佳。水泥土拌制随拌随用，已拌成水泥土使用时间根据水泥缓凝时间确定，一般不超过4小时。

（4）夯填工艺选定。①夯填设备。目前国内使用的挤密桩夯填设备主要有夹杆锤和吊锤两种。本工程夯填设备采用夹杆锤；②夯填工艺。对水泥土进行室内击实试验，获取最优含水率和最大干密度，夯击功要求不小于600kJ/m3。孔内回填工具采用铁锹，一锹约0.0035m3，夯击次数为3次，夯击功W=130×9.8×0.6×3÷0.0035=655.22kJ/ m3，大于室内击实试验夯击功600kJ/ m3。考虑现场其他因素，桩顶以下2m范围内夯击次数为5次，确保整桩桩体压实度。

5.2CFG桩

本工程CFG桩质量要求：桩身28d立方体抗压强度fcu≥15MPa；单桩（不含桩间土）竖向承载力特征值≥628kN；小应变桩身完整性检测、复合地基承载力检测满足要求。成孔和泵压混凝土是施工重要控制环节。

（1）采用长螺旋钻钻机成孔，钻机整平对中后匀速钻进，避免形成螺旋孔，先慢后快，穿透地层较硬地段采用低档慢速钻进，软弱地层快速钻进，以降低扩孔系数。钻进速度控制在1.5～2.5m范围内。

（2）是否达到持力层是CFG桩施工控制的关键，可采用电流梯度值法进行判定，电流60mA～80mA为软塑黏土层，80mA～120mA为硬塑黏土层，120mA～160mA为泥岩层，150mA～180mA突变达到卵石层。

（3）钻机钻进到位后，先泵送混合料至钻杆充满后方可提升钻杆，严禁先提钻后泵料。成桩的提拔速度应与混合料泵送能力相协调，且要均速拔管，实际拔管速度取0.8倍计算的理论拔管速度，本工程使用的混凝土输送泵泵送混合料能力为0.5m3/min，则每分钟拔管速度控制在2.3m范围内。

（4）CFG桩施工完毕后，混合料强度达到75%后，开始清运成孔时产生的弃土和保护土，先用小挖机挖除桩间土，底部10cm人工配合清除，以免扰动基底土，以防形成橡皮土。桩头采用环切切除，施工前测量标高环桩画切除线后沿线切一道约5cm深切缝，桩头移除后用小打磨机将桩中心部分磨平，确保桩顶平整。

6.结语

对于客运专线铁路路基来说，路基沉降控制是工程建设成功与否最为重要的因素，因此地基处理施工过程和施工质量是施工控制的重点。通过对水泥土挤密桩和CFG桩复合地基施工工艺优化总结，克服了施工中的一些难题，加强了施工质量控制，规范了施工流程，取得了较好的施工效果。

参考文献：

[1]徐伟，苏宏阳，金福安.土木工程施工手册[M].中国计划出版社2012.

[2]李达，赵详允.CFG桩与水泥土挤密桩复合地基在高铁工程中的应用[J].科技创新导报，2009（01）：60-60.