应用CFG桩软基加固技术的铁路路基施工研究

摘要：在软土地区进行铁路路基施工时，常常会遇到地基强度不足、沉降变形等问题，对此常应用CFG桩软基加固技术进行加固。完成CFG桩软基加固施工设计后，以水泥、粗骨料、粉煤灰为主要原材料配制CFG桩体材料。采用振动沉管法，将配制材料灌注到软土路基地下土层中，待桩体成型后即可起到铁路软土路基加固作用。应用CFG桩软基加固技术后，检测实例路基最大沉降量仅26.55mm，满足施工要求。

关键词：CFG桩；软基加固技术；铁路路基施工；软基加固施工

0 引言

铁路作为国家重要的交通运输方式，对于促进经济发展、提高人民生活水平具有重要作用。然而，在铁路运营过程中，路基可能会出现沉降、变形等问题，威胁铁路运输安全。因此，加强铁路路基加固施工是当前铁路建设的重要任务之一。

铁路路基加固施工的技术原理主要包括土体加固技术、桩基加固技术、注浆加固技术等。其中，土体加固技术通过改变土体的物理和力学性质来提高承载能力。桩基加固技术通过设置桩基，将荷载传递到深层土壤提高承载能力。注浆加固技术通过将水泥浆液注入土体，提高密实度和强度。

近年来，我国专家学者在长期的理论研究和工程实践的基础上，针对深厚软土地基的传统单一加固方法进行了大量的探索和研究。然而，这些方法并不能完全解决路基的长期变形问题，往往需要几年后重新修缮。基于此本文设计一种CFG桩软基加固技术，旨在为推动我国铁路的健康发展作出贡献。

1 CFG桩软基加固施工设计

在进行铁路软土路基加固施工时，首先需要对CFG桩软基加固施工方案进行设计，其中涉及桩长、桩径、桩间距、桩体强度等施工参数[1]。

1.1 CFG桩的长度

CFG桩的长度主要根据铁路路基施工区域的工程地质情况来确定。为确保CFG桩的桩端可以落在铁路路基下卧持力层上，CFG桩的设计桩长需要达到淤泥软土的最大埋深之下约2m左右。CFG桩体进入铁路路基工程性质较差的下卧持力层，可以充分发挥出桩体摩阻力和端承力，进而有效控制铁路路基的变形现象。

1.2 桩径和桩间距

关于桩径和桩间距，需要结合铁路施工段复合地基承载力来确定，根据下式即可计算出复合地基承载力：

（1）

式中：ƒ表示CFG桩复合地基的承载力，η表示CFG桩的面积置换率，F表示单桩的竖向承载力，S表示单桩的截面积，μ表示CFG桩间的路基土体的承载力折减系数，ƒ1表示CFG桩间的路基土体的承载力。

结合式（1）与CFG桩的扩孔效应，即可确定铁路路基桩体加固施工中的桩径，再取桩径的5倍作为桩间距[2]，这样即可确保加固处理后的软土路基刚度满足火车行车需求。

1.3 CFG桩的桩体强度

为确保铁路路基工程施工质量，设计的CFG桩状体强度需要满足下式所示要求[3]：

（2）

式中：P表示铁路软土路基加固施工中CFG桩的桩体强度。

确定CFG桩软基加固施工方案中的CFG桩长度、桩径、桩间距以及桩体强度等参数，可为后续CFG桩施工提供数据支撑。

2 配制CFG桩体材料

与传统桩基加固施工技术不同的是，CFG桩可在保障软土路基加固效果的同时，采用工业废料作为桩体材料，采用工业废料作为桩体材料不仅有利于环境治理，而且有利于提升工程效益[4]。

2.1 原材料选取

配制CFG桩体材料时，需要综合考虑各水泥的物理性能和实际工程的施工工期，宜采用良好保水性能的水泥。本文选择早期强度增长较快的P.O32.5号硅酸盐水泥，作为CFG桩体原材料之一。粗骨料可选用由卵石和碎石混合而成的骨料，其粒径不能超过1/4的输送管直径。

粗骨料碎石之间为点接触，也就是材料的接触比表面积较小，所以还需掺入粉煤灰填充粗骨料缝隙，从而提升CFG桩体的抗剪与抗压强度[5]。粉煤灰主要来源于燃煤电厂，属于工业废料，具有火山灰的活性作用，可以提升CFG桩体混合材料的和易性。其化学成分及变化范围如表1所示。

2.2 确定水灰比和粉灰比

在选择水泥、粗骨料、粉煤灰为CFG桩体的主要原材料后，即可按照最佳配合比进行桩体材料的配制。在配制CFG桩体的混合料时，本文按照坍落度3cm来确定水灰比和粉灰比，其表达式如下所示：

（3）

式中：W/N表示水用量W和水泥用量N的比值，C/N表示粉煤灰用量C和水泥用量N的比值。

2.3 确定粉煤灰与粗骨料之间配比

然后再根据下式确定粉煤灰与粗骨料之间配比：

（4）

式中：ε表示石屑率，H表示粗骨料用量。

一般来说，铁路路基工程中CFG桩体的石屑率控制在0.3左右时，桩体性能最佳，以此可以确定粉煤灰与粗骨料之间的配合比。结合铁路软土路基工程的实际情况，根据式（3）与式（4）即可确定CFG桩体材料的最佳配合比，再按照相应配比配制出性能最佳的桩体材料。

3 振动沉管法成桩施工

3.1 CFG桩布桩

综合考虑铁路软土路基工程的实际情况，本文选择振动沉管法进行CFG桩体下沉施工[6]。首先，需要对铁路软基施工现场地质资料进行核查，并结合设计方案将施工场地平整，清除障碍物后进行测量放样，本文主要采用正三角形满堂布桩形式，也就是按照图1所示方案在铁路路基施工现场进行桩位放样。

3.2 沉管作业

确定铁路软土路基加固处理的CFG桩的位置后，即可控制桩机进场就位。按照设计桩长确定沉管长度与入土深度，并调整沉管的位置，确保沉管和铁路软土路基地面之间的垂直度偏差在1%以下。然后启动桩机进行沉管作业，当沉管下放到软土路基地面下设计深度后停止作业。

为确保CFG成桩过程顺利进行，在沉管过程中需要及时记录桩机电流参数，保障沉管安全。在沉管完毕并检查无误后，即可向管内投放CFG桩体材料，直到桩体材料和桩机沉管进料口齐平后停止投放[7]。振动一段时间让桩体材料完全灌入到软土路基地下土层，再进行桩体材料二次填充，以避免成桩后CFG桩端发生凹陷现象。

3.3 拔管作业

等到管内投放的桩体材料达到稳定状态，即可再次启动桩机进行拔管作业。一般以1.4m/min左右的速率匀速拔管，拔管过程中禁止将沉管反插，避免影响成桩质量。

3.4 检查合格后移位

当沉管完全从铁路路基地层中拔出后，对CFG桩体进行检查，确保完全符合设计要求，即可采用湿黏土将桩顶封闭起来，再将桩机移动到下一个桩位。以同样的步骤进行下一根CFG桩的施工。待CFG桩的桩体成型后，即可起到铁路软土路基加固作用。

4 实例分析

4.1 工程概况

某高速铁路途经17个城市，路基全长约1285.0km，软土地基处理总长为40km。该铁路铺轨基地地形平坦、地势开阔。据现场地质勘测资料显示，由于线路途径沿海地区，所以地基上部土层以黏土、亚黏土为主，地下水位之下则以流塑状黏土为主，经归类与汇总得到各土层的主要物理性质参数如表2所示。

实例铁路工程中，路基含水量较高且孔隙比较大，属于软土路基，如果直接进行铺轨施工难以保障施工安全，所以需要采用本文研究施工技术进行软基加固施工。

4.2 结果分析

为验证本文研究的CFG桩软基加固技术的有效性和正确性，本章需要在实例铁路工程的路基施工中，进行路基沉降监测。在软土路基施工段每隔10km设置一个监测断面，并在每个监测断面处埋设1根沉降监测管，共得到4个沉降监测点。铁路软土路基监测如图2所示。

自实例铁路软土路基开始进行加固施工起，共耗时100d的时间完成了试验段的CFG桩软基加固，在整个工期内各监测点所得沉降观测结果如表3所示。从表3数据可以看出，随CFG桩软基加固施工工期的不断推进，实例铁路工程中软土路基的沉降量越来越大，但增长速率逐渐减小。

分析认为，一开始软土路基土体在CFG桩施工时受到了大幅压缩，所以沉降量较大。但当施工工期达到70d时，CFG桩逐渐成型，其加固软基的效果慢慢显现，所以铁路软土路基的沉降值趋于稳定状态。应用CFG桩软基加固技术的铁路软土路基，最终沉降量的最大值为26.55mm，小于我国铁路路基工程中50mm的限值。由此证明，本文设计的CFG桩软基加固技术是可行且可靠的，能够有效加固铁路路基，显著改善软土路基的形变现象。

5 结束语

在软土地区进行铁路路基施工时，常常会遇到地基强度不足、沉降变形等问题。基于此，本文结合工程实例，阐述了该技术在铁路路基施工中的具体应用效果。研究结果表明，CFG桩软基加固技术能够有效提高铁路路基的承载力和稳定性，降低沉降变形，提高工程质量。因此在软土地区进行铁路路基施工时，可以优先考虑采用CFG桩软基加固技术。我国幅员辽阔，不同铁路工程的软土路基特性各不相同，所以今后需要结合更多复杂的工程问题展开深入研究。

参考文献

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