CFG桩在铁路软土地基处理中的应用

摘　要：CFG桩一般由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合而成。CFG桩作为软土地基处理的措施之一，近几年在铁路工程中应用越来越广泛。本文结合 CFG桩在铁路软土地基处理中的应用，从机械设备、施工方法、应用效果等方面介绍了 CFG桩施工技术，并探讨了该软土地基处理技术的优缺点。

关键词：CFG桩；软土地基处理；铁路
　　1 引言
　　我国高速铁路的建设标志着铁路发展已进入新的阶段。高速列车要求为其提供一个高度平顺和稳定的轨下基础, 控制变形就成为路基设计的关键。路基沉降变形主要包括: 列车行驶引起路基面的弹性变形、长期行车引起的基床累积下沉 (塑性变形)、路基本体填土及地基的压缩下沉。实践表明列车行驶中引起路基面的弹性变形、长期行车引起的基床累积下沉 (塑性变形)只要满足基床及路基本体填筑材质、压实标准, 其值都是有限的, 而且可以得到控制。因此如何控制路基沉降变形特别是工后沉降值关键在于控制支撑路基的地基的沉降。
　　软土在我国滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围及山涧谷地均有广泛分布。软土天然含水率大、压缩性高、强度低，在软土地基上修筑铁路时,若处治不当,往往会导致路基失稳或沉降达不到预期目的,造成铁路不能正常运营以及后期维护费用高等问题。因此, 根据软土地基的实际性能指标和所处的工程部位,合理地选用软土地基加固处理形式, 将直接决定工程项目交付使用后的内在质量和外观效果。
　　2  CFG桩原理
　　CFG 桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称(即 cement flying- ash gravel pile)，是由房建基础工程的沉管灌注桩演变而来, 属于复合地基处理形式。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成混合料再通过机械手段置换土体而形成具有一定粘结强度和一定压缩性的半刚性桩体, 和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。
　　CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接, 无论桩端落在一般土层还是坚硬土层,其承载稳定性能是否优劣，均可保证桩间土与桩体共同承载，提高基础均匀性及减小路基沉降变形。由于桩体的强度和模量比桩间土大, 在荷载作用下, 桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样,由于桩的作用使复合地基承载力大大提高,使沉降变形减小,再加上CFG桩不配筋,桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料,大大降低了工程造价。
　　CFG 桩复合地基处理技术应用广泛，适用于处理淤泥质黏土、软土，湿陷性黄土及承载力在200kPa 左右的较密实性土。CFG 桩复合地基同碎石桩复合地基相比，具有变形模量高，承载力提高幅度大等特点。试验证明，CFG桩自身本构关系呈线弹性模型，弹性模量受混合料塌落度、石屑率、水泥粉煤灰比影响。CFG桩复合地基具有置换作用、挤密作用、边载作用和对土的约束作用等复合地基效应。CFG 桩和桩间土的相互作用是影响其复合地基竖向承载力的主要因素，褥垫层起着极其重要的作用。
　　在基础与桩及桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大，若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基基础下设置褥垫层，桩间土承载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，无论桩端处土层承载性能强或弱，都能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。
　　3  CFG 桩施工要点
　　3.1 施工准备
　　3.1.1清理表层种植土，平整场地，做好地表排水系统。
　　3.1.2技术人员根据设计图放出每根CFG 桩的具体位置，并用竹桩标记，或撒石灰画圈。
　　3.1.3技术人员按照设计要求进行路基位移和沉降观测的准备工作，布置位移和沉降观测网，埋设相应桩橛，并进行初次测量。施工期间按设计要求进行位移和沉降观测。
　　3.1.4施工前应进行工艺性试验，数量为3根，以复核地质资料以及设备、工艺、施工顺序，确定材料选择、混合料配合比、坍落度、成孔时间、搅拌时间、拔管速度等各项工艺参数。
　　3.2 钻机就位
　　CFG 桩施工应从路基中心往两侧施工，并跳行跳桩施工。移动钻机至设计桩位，利用桩机塔身前后和左右垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩中心。钻杆的垂直度偏差不应大于1%，桩位偏差不大于 5 cm。设计要求保护桩长大于50 cm，桩径不小于设计值。
　　3.3 钻进
　　钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头接触至地面时，启动电机钻入，钻进时应先慢后快,直至设计深度。
　　3.4 混合料拌和、灌注
　　施工时应严格按照试验室批准的配合比进行施工。CFG 桩要求使用强制式搅拌机搅拌，混合料的上料顺序为先装碎石，再加水泥、粉煤灰、泵送剂，最后加砂，使水泥、粉煤灰在砂石之间，不易飞扬粘附在筒壁上，也易于搅拌均匀。每盘料搅拌时间不小于60 s，混合料塌落度控制在16～20 cm，每台班制作检查试件一组（3块），进行28天标准立方体抗压强度检测，强度值须满足设计要求。混合料采用罐车运输，泵送。混合料的泵送量按试桩确定的数量进行，泵送时不得停泵待料。当钻杆芯管充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵料。
　　3.5 成桩、质量检测
　　当钻杆拔出地面，确认成桩符合设计要求后，用湿粘土封顶，然后移机继续下一根桩施工。施工过程中，应密切关注地面隆起及桩顶浮浆情况，防止挤压造成断桩。单桩完成后，钻渣及时用铲车运离现场，根据现场实际情况，可以临时集中堆放到场外适当地方，也可直接运往弃土场。全段施工完成，静置28天后，按照设计要求对桩身完整性、桩体强度、复合地基承载力、变形模量和压缩模量进行试验。
　　4 CFG 桩施工质量控制
　　4.1  CFG 桩混合料采用水泥、 粉煤灰、 碎石等材料, 施工前应按《建筑地基处理技术规范(JGJ79- 2002)》进行室内配合比试验, 混合料塌落度控制在 30～50mm。室内块体试样 28 d 龄期无侧限抗压强度不低于桩身强度 C15。施工中应严格控制混凝土的配合比(重量比)。混凝土搅拌应均匀, 搅拌时间应大于60s。
　　4.2  CFG桩施工前先疏干地表水、清除杂物、整坪场地, 并进行成桩试验, 以掌握该场地的成桩经验及施工技术参数。
　　4.3  桩体垂直度偏差不大于1%。
　　4.4  成桩的拨管速度宜控制在 1.20～1.50 m/min, 成桩过程宜连续进行, 严格控制 拨管的速度, 并应进行反插施工, 灌注成桩完成后用水泥袋盖好桩头进行保护。
　　4.5  每根桩的投料量不得少于设计灌注量。
　　4.6  CFG 桩施工完毕 28 d 后对 CFG 桩和 CFG 桩复合地基进行检测, 复合地基承载力不应小于 200 kPa。同时采用低应变测试方法对桩身质量进行检测。
　　4.7  静载荷试验数量取 CFG 桩总数的 0.5%～1%, 但不少于3点, 低应变检测数量一般取 CFG 桩总数的10%。根据设计要求及场地的地质条件, 经现场成桩试验本工程 CFG 桩具体的施工参数如下: 根据设计要求及场地的勘察资料, 场地地下水对混凝土无腐蚀性, 施工使用水泥为32.5R普通硅酸盐水泥。CFG桩长约为8.00～15.00m,直径为500mm,桩身材料配合比(水泥∶水∶石∶砂∶粉煤灰的重量比)为1∶0.72∶4.46∶1.26∶0.66, 桩机拔管的速度为 1.20～1.50m/min, 桩身混凝土强度为C15, 充盈系数大于1, 混凝土坍落度为60～80mm, 振动电流控制在 90～100A, 抵达基岩(砾岩)振动电流应大于 90 A。
　　5结论
　　实践证明，CFG桩复合地基处理技术设计理念先进， 能充分发掘地基土体本身固有的强度潜能，大幅度提高复合地基承载力，是一种行之有效的地基处理方法。在施工中，要继续对 CFG 桩的施工工艺进行完善，对出现的问题进行更深入的探讨，以提高CFG 桩的施工质量和效率，节省投资，提高经济效益。
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