淺析CFG樁板復合結構在高速鐵路軟基中的應用

張勇 ZHANG Yong

（中鐵九局集團有限公司，沈陽 110000）

（China Railway 9th Bureau Group Co.，Ltd.，Shenyang 110000，China）

1 工程概況及設計要求

哈大客專部分路基車站地處濱海平原及沖洪積平原，地形平坦、開闊，主要為軟土地基。地表覆蓋粉黏土、黏土、淤泥土和砂類土，厚度7-50m。下伏片麻巖、千枚巖、花崗巖或角閃巖，風化程度較高。部分地段有鹽漬土及軟土分布。軟土地基含水量高、透水性差、壓縮性高和流變性強。

設計采用CFG樁復合地基處理，CFG樁與攪拌樁交叉呈三角形布置，CFG樁樁長30m，攪拌樁樁長12m，并于樁頂設0.6m厚碎石墊層，于墊層內鋪設兩層土工格柵。通過進行工藝試驗、試樁和補充地質鉆探發現該區域松軟土層厚度大于50m，并與流塑狀飽和粉質粘土互層，在試樁過程中出現相鄰樁基竄孔、縮頸、擴徑以及樁基灌注完成后，混合料初凝前，混凝土面顯著下沉現象，混凝土超灌嚴重。在多次邀請專家現場分析指導后，認為原設計方案不能滿足路基工后沉降及不均勻沉降要求，提出了變更設計。在正線軌道板下1:1范圍內樁長30m，樁頂加C30鋼筋混凝土板，厚0.5m，軌道板以外兩側樁長變為25m，站臺下樁長變為20m，樁頂設砂夾碎石墊層，厚0.6m，墊層內夾鋪兩層高強度土工格柵。站臺下樁間距為1.6m，其余均為1.5m。攪拌樁維持原設計不變，正線樁長為12m，布置形式、間距與CFG樁相同，并與之呈三角形交叉布置。

2 工程實驗分析

圖1 樁頂剖面管沉降-位置-時間曲線

現場試驗針對所選試驗斷面，通過在試驗斷面工區內埋設測試元件，測試路基各組成部分的受力、變形情況。主要包括CFG樁受力情況，鋼筋混凝土板受力情況，土工格柵變形情況以及路基沉降情況等，其中路基沉降分析是重點內容?，F場試驗測試數據量龐大，分析過程復雜，本文對路基沉降做簡單分析說明。

①沉降值關于路基中線對稱，測量過程中樁頂最大沉降為41.7mm。

②左右路肩線間曲線波動幅度較小，CFG樁頂上部為鋼筋混凝土板結構，屬剛性結構，剛度較大，將上部路基填土荷載盡量的均勻分配給CFG樁和樁間土，CFG樁和樁間土的沉降差異相對較小。

③路基基底隨著時間的增加沉降數值不斷加大，預壓土堆載1個月后，路基基底最大沉降為42mm，路基基底沉降隨時間變化緩慢，路基基底沉降趨于收斂。根據實測基底沉降曲線的變化規律，結合計算結果，本工點復合地基的工后沉降完全控制在15mm以內，符合變更設計初衷。

④樁板基礎CFG復合地基起到了類似實體深基礎的作用，將上部荷載有效地傳遞給了深層土體。上部荷載主要由CFG樁承擔，其次為水泥土攪拌樁，樁間土承載很小。樁板結構明顯減小地基不均勻沉降，鋼筋混凝土板范圍內加固區表面沉降比較均勻，整個地基表面沉降曲線呈盆狀。

⑤與常規結構相比較，樁板結構復合地基的作用除減小沉降外，主要是調節樁土應力分布，削減路基底平面處的不均勻沉降。

3 工藝控制流程

3.1 水泥攪拌樁施工工藝

①清表放樣。采用大型機械對原地面進行整平，清除表層約30cm種植土、建筑垃圾等，清表后頂面高程按樁頂標高增加50cm控制。根據攪拌樁布樁圖，用全站儀放出布樁控制點，再用放出每個樁位，在樁位中心做好標記，并做好記錄。

②鉆機就位。鉆機就位時，應用鉆機的垂球檢查塔身導桿，校正位置，由技術人員進行樁位對中及垂直度檢查，并做好觀測記錄。

③預攪下沉。將攪拌樁機吊起，連通砂漿泵開動電機，逐漸攪拌切土下沉至設計加固深度，下沉的速度控制在0.38-0.75m/min。

④提升噴漿攪拌。攪拌機達到設計深度開啟灰漿泵，以0.3-0.5m/min的速度提起攪拌機，邊噴漿邊攪拌，完成一次攪拌過程。

⑤重復預攪下沉、提升噴漿攪拌。再次將攪拌機攪拌下沉，樁端原位攪拌時間時間約2min，至設計加固深度后提升噴漿攪拌完成。

⑥檢測。攪拌樁達到28d齡期后，進行抗壓強度試驗，保證2‰抽檢率每批次不少于3根，抗壓強度不小于1.2MPa。并采用平板荷載試驗做復合地基承載力試驗，地基承載力不小于0.15MPa。

3.2 CFG樁施工工藝

①測量放樣。作業區域內水泥攪拌樁施工完成檢測合格后重新進行場地平整，測量放樣并做好標記，結合本工點地質特點，采用隔三跳打法。

②鉆機就位。鉆機就位時，采用垂球法調整垂直度，確保容許偏差不大于1%。

③鉆進成孔。鉆頭泵送閥關閉后，放下鉆桿開始鉆進，先慢后快，同時檢查鉆孔的偏差并及時糾正。進入持力層時降低速度，避免鉆機搖晃，防止樁孔偏斜并減小對土層的擾動。

④灌注成樁。鉆孔至設計高程后，將鉆桿緩慢提升約30cm開始泵料灌注。待鉆桿芯管充滿混合料后提升拔管，保證拔管的連續性并嚴格控制拔管速率，約2-3m/min。預留50cm樁頭，灌注完成后封頂養護。

⑤樁頭處理。清除樁間土后，用小型機械截除樁頭，樁頭修整至設計高程以上3-5cm時，再用人工修鑿直至露出新鮮混凝土面。清除后樁的有效長度應滿足設計要求，樁頂允許偏差0-20mm。

⑥CFG樁檢測。齡期達到28天后進行檢測，包括低應變樁身質量檢測和單樁承載力的檢測，靜載試驗數量取樁總根數的2‰，且不小于3根，樁身質量檢測率不低于10%。

3.3 褥墊層

褥墊層施工順序：20cm碎石→5cm砂墊層→土工格柵→10cm砂墊層→土工格柵→5cm砂墊層→20cm碎石，碾壓密實。樁板底鋪設厚度為10cm，樁板兩側鋪設厚度為60cm。

3.4 樁板施工

①鋼筋施工。碎石墊層鋪設完畢后，在需施工鋼筋混凝土板的范圍內鋪設一層2cm厚的C20混凝土找平層，進行精確放樣及準確定位，綁扎鋼筋并注意設置好混凝土保護層墊塊。

②模板施工?，F場采用1.5m*0.6m鋼模，結合鋼管及扣件進行加固。模板表面平整，拼縫平整嚴密，不漏漿，并以雙面海綿膠填縫，保證結構外露面美觀，線條流暢。模板安裝穩固牢靠，表面清理干凈并均勻涂刷隔離劑。

③混凝土澆注。采用C30混凝土進行澆注，板厚為50cm，沉降縫2cm，泡沫板相隔。澆筑前，對模板、鋼筋等進行自檢，并做好記錄。澆筑混凝土時，分層、均勻、對稱進行，每層厚度不超過30cm。灌注時做到不欠搗、不漏搗，振搗時避免撞擊模板及鋼筋。

④養護?；炷翝仓旰螅采w灑水養護，冬季施工時采取了保溫措施。

4 質量控制要點及常見問題

CFG樁板復合地基主要施工控制要點為：樁身的完整性、強度、標高控制、混凝土板的施工連續性及伸縮縫的設置等，控制環節基本覆蓋了整個施工過程。掌握控制要點并做好現場監控記錄尤為重要。

4.1 水泥攪拌樁的質量控制

①攪拌樁施工時控制其輸漿速度及供漿的連續性，根據試樁工藝使注漿泵出口壓力保持在合適的值，并應使攪拌提升速度與輸漿速度同步。

②在漿液達到鉆頭出漿口后，應噴漿座底超過30s，保證樁端施工質量。施工過程中隨時檢查施工記錄，對每根樁進行質量評定。攪拌機噴漿提升的速度和次數必須符合施工工藝要求。

③成樁過程中若因故停漿，繼續施工時應將攪拌機下沉至停漿點以下0.5m，待恢復供漿時再噴漿提升。若停機超過3h，應拆卸輸漿管路，清洗干凈，在原樁位旁進行補樁。

4.2 CFG樁的質量控制

①樁位偏移。軟土地基的壓縮性及流變性變化復雜，要準確進行測量放樣，確保在機械行走中不會造成樁位的偏移。要合理分布工每臺鉆機的工作面，每臺鉆機的工作面分兩次放樣施工，使前一次工作面土體表面水分經過蒸發晾曬，加大了土體表面強度，減少樁位的偏移。

②樁孔傾斜。鉆機就位前反復檢查鉆桿的垂直度，同時，在鉆進過程中，保持速度均勻，遇到硬土層時放慢鉆進速度，必要時一提一鉆。

③堵管、爆管。堵管是長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁工藝常遇到的主要問題之一，它直接影響CFG樁的施工效率，增加勞動強度，造成材料浪費等，嚴重時造成CFG樁混合料失水或結硬，給施工帶來很多困難。處理解決方法如下：

1）對混合料配合比進行合理控制，保證混合料的和易性。2）嚴格控制混凝土的坍落度，使其在160mm-200mm以內。3）按照規范要求進行施工，開始泵送混合料前，排出管內空氣，泵送量要與鉆桿提拔速度協調匹配，泵送量過大或鉆桿提拔速度過慢，會使混凝土料擠壓密實，傳輸受阻，造成堵管。4）冬期施工時混合料輸送管及彎頭均需做防凍保護。5）合理選用設備的彎頭曲率半徑，避免彎頭過多，保證彎頭與鉆桿垂直連接，混合料輸送管定期清洗，確保管內無結塊。

④縮徑與擴徑。在軟土地層、松散砂土層及地下水豐富的地層中經常出現縮徑與擴徑現象。輕則使樁體出現夾泥、空心及串孔，嚴重時可發生斷樁。處理方法：采取隔樁、隔排跳打方法，既能減少縮徑與擴徑現象的發生，又便于樁位識別，缺點是施工進度較慢。結合本工點地質特點，采取隔3打1，保證成樁質量。成孔時，避免鉆桿提升過快，防止孔壁發生坍塌，成樁時，注意拔管速度及泵料的及時連續性，避免形成夾層，造成斷樁。

5 結論

①本工點CFG樁板復合地基處理工程完全滿足變更設計初衷，保證了使用功能。路基工后沉降小于15mm、差異沉降小于5mm，滿足設計要求。

②實驗證明：樁板結構復合地基的作用除減小沉降外，主要是調節樁土應力分布，削減路基底平面處的不均勻沉降。上部荷載主要由CFG樁承擔，其次為水泥土攪拌樁，樁間土承載很小。在路基填筑和堆載施工階段地基沉降較快，約完成沉降總量的69%；而堆載預壓階段沉降較慢，預壓180天后，固結度可達到85%。按高速鐵路無碴軌道的設計要求，工后沉降不超過15mm，保持3m的堆載高度約90天即可達到目標。

③實踐證明，CFG樁板結構復合地基起到了一個類似實體深基礎的作用，將上部荷載有效地傳遞給了深層土體，鋼筋混凝土板起到了減小地基不均勻沉降的作用?！案羧蛞弧钡氖┕ご胧┛山档拖噜彉妒┕び绊懀瑢ΡＷC施工質量和加固效果起到了重要作用。

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