京滬高速鐵路CFG樁地基加固施工技術

張書河 孟祥民

1 工程概況

京滬高速鐵路正線長度1 318 km。正線路基長度241.3 km,占線路長度的18.3%。路基預壓6個月～15個月;設計時速350 km/h,對路基工后沉降要求高。該線CFG樁是控制路基工后沉降、保證滿足無碴軌道技術和質量要求所采取最主要的基底加固處理工程措施之一,我項目部施工的南京江寧段,地質情況為素填土、灰黑色淤泥質黏土 σ0=60 kPa、褐黃色粉質黏土 σ0=180 kPa及灰黃色全風化砂巖σ0=250 kPa等。CFG樁設計按正方形布置,樁長6 m～12 m,樁間距有1.6 m,1.7 m,1.8 m三種,樁徑0.5 m。土工格柵采用聚丙烯雙向土工格柵,極限抗拉強度不小于100 kN/m,延伸率小于 10%。

2 施工技術

2.1 工藝原理

CFG樁復合地基是通過樁體、樁周地基土與其上的褥墊層形成的復合結構。CFG樁又稱水泥粉煤灰碎石樁,在碎石樁中加入水泥改善了碎石樁作為純粹散體材料的特性,使其既能發揮全樁的側阻作用,又能發揮端阻作用。樁間土應夯實參與承載;由粒狀材料組成的散體墊層作用是：1)保證樁土共同承擔荷載;2)調整樁土垂直和水平荷載分量;3)減小基礎地面的應力集中;墊層中設置土工格柵提高受力的均勻性,減小不均勻沉降。由于設置了柔性墊層,從而使地基的強度和變形模量較為均勻,對承受上荷載和結構抗震非常有利[4]。

2.2 CFG樁施工

2.2.1 材料準備及混合料配合比試驗

CFG樁所需原材料包括水泥、粉煤灰、石屑(砂)、碎石(或卵石)和外加劑。水泥可采用P.O32.5級以上的普通硅酸鹽水泥,碎石(或卵石)粒徑宜為5 mm～25 mm,砂可采用粗砂(石屑),粉煤灰可采用Ⅱ級或Ⅲ級粉煤灰。混合料配合比試驗時,材料按C15混凝土配比,28 d齡期標準試塊抗壓強度標準值不小于10 MPa。除強度需滿足設計要求外,坍落度在長螺旋鉆管內泵壓時宜控制在16 cm～20 cm。我部現場選用水泥、砂子、碎石、粉煤灰、水、外加劑的理論配合比為 1∶4.59∶6.08∶0.67∶0.007 5∶0.98。該配合比7 d強度達11 MPa,滿足施工需要。

2.2.2 工藝試驗

在CFG樁正式施工前,應選擇不同的地質條件、不同鉆機類型等進行CFG樁施工工藝性試驗,試驗項目主要有：1)長螺旋鉆機的終孔電流及振動沉管樁機的配重。2)地層合適的拔管速度。3)混合料的坍落度。4)樁位施工順序。5)不同鉆機(樁機)工藝。6)長螺旋組鉆機的有效鉆桿長度以及振動沉管樁機的機架高度與沉管有效長度。

2.2.3 機具準備

根據地質條件和工藝試驗結果等情況,選定合適的機械設備。松軟地質條件宜優先用長螺旋鉆機。我施工路段設計要求采用長螺旋鉆機施工,施工對地基干擾小、噪聲小、成樁率高,故作為介紹重點。

2.2.4 施工工藝

1)施工流程見圖1。

2)操作要點。a.鉆孔。開始時先慢后快,同時檢查鉆孔的偏差。成孔過程中,發現鉆桿搖晃或鉆進困難時,放慢進尺,防止樁孔偏斜、位移。在軟硬突變地層中鉆孔,當主機電流達到一定值、鉆頭進入持力層一定深度后,方可終孔;在軟硬平緩地層中,鉆孔到設計標高之后,即可停鉆。b.灌注混凝土。鉆至設計標高復核地質情況后,開始混合料灌注,鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管,施工樁頂高程宜高出設計高程50 cm,灌注成樁完成后,樁頂蓋土封頂予以保護。在灌注混合料時,每根樁的投料量應不少于設計灌注量。灌注時采用靜止提拔鉆桿,在特殊情況下采用邊轉邊提后靜止進行灌注,圓礫層等情況下,拔管速度控制在2 m/min～3 m/min。c.樁頭處理、場地余土清理。CFG樁擴大樁頭為直徑1.0 m,高0.6 m的圓臺形,施工時樁頭0.6 m高度范圍的土挖除,破樁后現場澆筑C15混凝土。現澆樁帽工作流程：成樁→清理灰漿和渣土→一定強度后挖出預制樁帽形狀→鋸樁頭→現澆混凝土→養護。

2.3 褥墊層施工

CFG樁檢驗合格后,進行褥墊層施工。樁頂面鋪設碎石墊層,碎石粒徑宜為 8 mm～20 mm,最大粒徑不宜大于 30 mm,墊層中鋪設1(或2)層強度不小于100 kN/m雙向土工格柵,土工格柵上下各鋪設5 cm厚中粗砂保護層。墊層材料虛鋪后用靜力壓實。京滬鐵路褥墊層根據路堤填筑高度分為兩種：填高小于6 m時,采用1層土工格柵+0.6 m厚墊層(碎石+中粗砂);超過6 m時采用2層土工格柵。首層碎石采用石碾壓實,中層碎石采用12 t壓路機靜壓,墊層表面采用18 t壓路機靜壓壓實。土工格柵鋪設方向應與線路橫斷面方向一致,幅與幅間沿線路密貼排放[3]。

2.4 路基填筑

基床以下路堤及基床底層采用A,B組填料;層厚控制在30 cm,碾壓遍數由試驗確定,一般6遍左右。基床表層填筑采用級配碎石,分層的最大壓實厚度不應大于35 cm。已填筑好的表層應控制車輛通行。壓實質量采用地基系數K30,動態變形模量Evd,壓實系數 K(或空隙率 n)與變形模量 Ev2等項指標。

2.5 填土預壓

當路堤填筑至基床底層完成后,在填筑面上鋪一層土工織物,進行預壓荷載填筑。每層土填筑厚度不大于0.4 m,首層采用輕型機具攤鋪后壓實;以后采用中型碾壓機具。土柱高度一般不大于2 m,過渡段3 m～4 m。對個別不能滿足工期要求的地段,可通過采取調整預壓高度等措施滿足施工需要[3]。

3 沉降觀測

1)基底沉降監測：每監測斷面預埋1～3沉降板。沉降板由底座、測桿及保護測桿的塑料管組成。隨著土的增高,測桿與套管亦相應加高。每天的觀測數據都要及時整理,并繪制“填土高—時間—沉降量”關系曲線圖。2)路基面沉降監測：每斷面3個監測點。分別于路基中心、兩側路肩各設一個監測樁,路基成型后設置[3]。

4 經驗和教訓

通過CFG樁的施工,我們總結出樁體質量的控制不僅體現在施工工藝控制上,更體現在前期地質復核、場地平整情況、成品保護措施及施工管理細節上。針對存在的質量問題,為了保證下一步CFG樁施工質量,特增加如下要求：1)做好地質情況復查,確保樁長達到設計要求。設計要求CFG樁必須穿透軟弱土層至硬底。2)在鉆進過程中加強地質的復核工作,在混凝土灌注過程中必須減緩提鉆速度,以保證成樁質量。3)對需進行清基換填的CFG樁施工地段應先進行換填施工且碾壓滿足要求后再施工CFG樁,避免樁間土開挖對CFG樁產生損壞。4)CFG樁樁帽施工完后,嚴禁各種運輸車輛、大型土方施工機械設備直接在上行走。若要在其上開放施工交通便道,必須填筑厚度不小于0.6 m的覆土。

5 結語

CFG樁與樁間土以及與基礎地面間的褥墊層共同組成復合地基,具有承載力高、沉降小、變形穩定快、施工方便、易于控制施工質量、工程造價低的特點。我項目部根據上述施工技術指導施工的CFG樁通過了相關的質量檢測,沉降量滿足要求,地基加固效果優良。

[1] 京滬鐵路股份有限公司.京滬鐵路路基CFG樁施工實施細則[Z].2008.

[2] 中華人民共和國鐵道部.客運專線路基工程施工質量驗收暫行標準[Z].2005.

[3] 中鐵第四勘測設計院.京滬鐵路路基工程設計與施工參考圖集[Z].2007.

[4] 中鐵十九局集團公司.鐵路客運專線施工與組織[Z].2006.