鐵路軟土地基加固CFG 樁設(shè)計與施工技術(shù)研究

賈鈺仁

（中國土木工程集團有限公司，北京100038）

1 引言

隨著列車運行速度的不斷提升，對軌道的平順性提出了更高的要求。對于橋與隧道而言，其結(jié)構(gòu)剛度大，沉降變形易于控制，而對土石質(zhì)路基工程而言，其剛度較小，沉降難以控制[1]。由于鐵路修建過程中往往需要穿越平原、山嶺、峽谷等地形，難以避免遇到軟土、凍土等復(fù)雜地質(zhì)條件，增加鐵路路基施工難度。復(fù)合地基加固CFG 樁技術(shù)作為一種軟弱地基加固技術(shù)，可有效利用CFG 樁身和圍土的摩擦力以加固路基結(jié)構(gòu)，并可作為端承樁將結(jié)構(gòu)上部荷載傳遞至穩(wěn)定巖層上；此外，CFG 樁可改善軟土地基的既有結(jié)構(gòu)，將土體內(nèi)的氣體與水分排出，達到快速固結(jié)土體的效果。為研究鐵路軟土地基加固CFG 樁施工技術(shù)，本文對CFG 樁設(shè)計參數(shù)與施工技術(shù)進行總結(jié)，將其應(yīng)用于鐵路軟土路基施工中，并對其沉降控制與路基加固效果進行檢驗。

2 工程概況

某鐵路沿線多為軟土地質(zhì)，試驗路段（DK724+528～DK725+034）底層為第四系上更新統(tǒng)沖積層，地質(zhì)結(jié)構(gòu)由上往下依次為：厚度為0～2.8m 的粉質(zhì)黏土層，硬塑～軟塑，褐黃色～黃褐色，含鐵錳結(jié)核；厚度為0～3.9m 的黏土層，硬塑，黃褐色；厚度為0～1.7m 的中砂層，黃褐色，潮濕，稍密；余下部分為黃褐色粉質(zhì)黏土。地下水埋深為2.17～18.62m，且地下水對水泥混凝土結(jié)構(gòu)不存在侵蝕性。經(jīng)研究決定，對該鐵路試驗路段采用CFG 地基加固技術(shù)進行施工，以提高路基穩(wěn)定性。

3 CFG 樁參數(shù)設(shè)計

3.1 樁長

CFG 樁的樁長應(yīng)充分考慮樁長范圍內(nèi)不同土層的厚度與側(cè)向阻力，以及樁端阻力特征值，并根據(jù)施工現(xiàn)場載荷試驗確定的地基承載力特征值以及單樁豎向承載力特征值Ra計算得到。

3.2 樁徑

CFG 樁的施工方式主要為螺旋轉(zhuǎn)管泵注法與振動沉管法，而振動沉管法在沉管施工時將排除相應(yīng)體積土體，極大地擾動了樁周土，若樁周土為飽和黏土則將對其結(jié)構(gòu)造成破壞，影響其土基強度，并形成較大的超靜孔隙水壓力，嚴重影響成樁質(zhì)量，甚至造成樁體破碎，無法滿足設(shè)計承載力需求，影響施工進度[2]。研究決定，采用螺旋轉(zhuǎn)管泵注法進行CFG 施工，其樁徑取決于所用的成樁機械，通常為35～60cm。

3.3 樁間距

樁距的設(shè)計應(yīng)滿足地基承載力設(shè)計需求，同時充分考慮施工性、施工現(xiàn)場條件、造價以及CFG 樁加固作用的發(fā)揮等因素，對于擠密性較好的土體，樁距可取小值；對于地下水豐富且水位較高的地區(qū)，可適當(dāng)放大樁距；對于條形基礎(chǔ)與面積較小的獨立基礎(chǔ)，樁距可適當(dāng)減小。CFG 樁距參考值如表1 所示。

3.4 褥墊層設(shè)計

對CFG 樁復(fù)合地基而言，若褥墊層厚度過小，則CFG 樁將對基礎(chǔ)產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而造成對基礎(chǔ)的沖切以及CFG 樁的斷裂，因此，褥墊層厚度應(yīng)確保CFG 樁在水平荷載作用下不發(fā)生斷裂[3]，同時能發(fā)揮CFG 樁的承載效果。參考國內(nèi)相關(guān)施工經(jīng)驗，褥墊層厚度通常為15～30cm，若樁距較大，可適當(dāng)提高褥墊層厚度。CFG 樁褥墊層可采用級配砂石、粗砂、碎石、中砂等材料。

表1 CFG 樁距參考值

4 CFG 樁復(fù)合地基施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備

施工前應(yīng)對施工現(xiàn)場進行清理、平整，兩側(cè)寬度應(yīng)向外延伸5m，確保CFG 具有足夠的工作面，并對螺旋鉆機進行調(diào)試。按照施工計劃對設(shè)備、材料與場地進行相應(yīng)的檢驗，確保人員與設(shè)備配置合理，施工效率可滿足工期要求。

4.2 定點布孔

使用全站儀進行放樁，然后用竹片、木樁等對孔位進行標(biāo)記。樁位定位完成后，即可將鉆機就位，就位誤差應(yīng)小于5cm，且對中調(diào)平確保垂直偏差小于1%。鉆機就位后應(yīng)穩(wěn)固平整，保證其施工過程中不發(fā)生移動、傾斜。

4.3 螺旋鉆機成孔

鉆孔施工應(yīng)根據(jù)地質(zhì)層成分與密實狀態(tài)，對應(yīng)調(diào)整與選擇鉆孔施工參數(shù)，并通過電流表對孔內(nèi)鉆進負荷進行監(jiān)控。開始鉆孔時應(yīng)降低動力頭轉(zhuǎn)速與鉆頭壓力，鉆進一定深度后再逐漸提高鉆頭壓力與鉆速，保證樁孔垂直度。當(dāng)鉆頭穿過軟硬土層界限時，應(yīng)減小鉆頭壓力，若鉆進較慢或不進尺，則應(yīng)停機排查原因，避免鉆桿跳動、機架搖晃等情況；若出現(xiàn)孔內(nèi)縮徑、垮孔、偏斜等情況，應(yīng)及時起鉆，采取相應(yīng)的后備方案進行處治[4]。鉆頭鉆進至設(shè)計深度后，應(yīng)將鉆頭在孔內(nèi)空轉(zhuǎn)清除虛土后方可停鉆。

4.4 混合料拌和與運輸

混合料應(yīng)按照生產(chǎn)配合比由拌和站集中進行拌和，嚴格控制投料誤差：水、水泥與粉煤灰小于1%，粗、細集料小于2%。混合料拌和時間應(yīng)不小于1min，且坍落度應(yīng)不超過設(shè)計值±2cm。為維持混合料的和易性，宜使用混凝土攪拌車進行CFG 混合料的運輸。

4.5 泵送混合料

鉆孔施工完成后，將混凝土攪拌車的輸送軟管與鉆桿頂部的混凝土輸送泵相連接，將混合料以10～12MPa 的泵送壓力輸送至孔底壓灌，同時以2.0～3.0m/min 的速度提起鉆頭。為保證樁頭質(zhì)量，控制超灌高度在50cm，樁頂采用濕黏土進行封頂。本文采用硬截樁的方式進行截樁，4 人同時在樁頭4 個方向鑿除多余CFG 樁，應(yīng)避免樁身受力不均勻而發(fā)生斷樁。

5 質(zhì)量檢測

在試驗路段CFG 樁地基加固施工完成后，埋設(shè)沉降觀測元件，沉降板應(yīng)嵌入褥墊層頂部大于0.1m，并使用中、粗砂回填密實。路基沉降觀測結(jié)果如表2 所示。

表2 路基沉降觀測結(jié)果

由表2 可知，鐵路CFG 樁基加固復(fù)合路基沉降較小。試驗路段地基前期沉降量較為顯著，這是由于路基填料的重力荷載與壓實機械的振動荷載導(dǎo)致地基土體被壓縮密實；地基后期沉降量較小，且趨于穩(wěn)定，這是由于地基所受荷載遠低于施工階段的振動荷載，同時填料的壓縮固結(jié)已基本完成。從路基填筑施工至后期運營過程中，地基未發(fā)生較大的沉降變形，累計最大沉降量僅為4.42mm，CFG 樁基有效加固了軟土地基。

6 結(jié)語

本文總結(jié)了鐵路軟土地基加固CFG 樁參數(shù)設(shè)計原則與施工質(zhì)量控制技術(shù)，依托實體工程，應(yīng)用在鐵路軟土地基加固施工過程中，并對軟土地基加固后的沉降進行跟蹤監(jiān)測。結(jié)果表明：通過合理選取CFG 樁設(shè)計參數(shù)，并對其施工質(zhì)量進行嚴格的控制，CFG 樁基加固技術(shù)有效改善了軟土地基的強度與穩(wěn)定性，減少軟土地基在后續(xù)施工與運營過程中的沉降，確保鐵路路基沉降滿足設(shè)計要求，從而提高鐵路的運行舒適性與安全性。