浅析CFG桩板复合结构在高速铁路软基中的应用

张勇

ApplicationofCFGPilePlateCompositeStructureinHighSpeedRailwaySoftFoundation

张勇ZHANGYong（中铁九局集团有限公司，沈阳110000）（ChinaRailway9thBureauGroupCo.，Ltd.，Shenyang110000，China）

摘要院CFG桩板复合结构是一种新型的软弱地基加固结构形式，逐渐在高速铁路建设中得到推广。本文结合哈大客专部分工点地基特点，通过现场大量实验数据，证明了桩板结构复合地基能有效减小地基不均匀沉降，调节桩土应力分布；重点阐述了施工工艺控制流程及质量控制要点，为客运专线软基处理提供借鉴和参考。

Abstract:CFGpileplatecompositestructureisanewkindofsoftfoundationreinforcementstructure,andisgraduallypromotedinthehighspeedrailwayconstruction.Inthispaper,combinedwiththefoundationcharacteristicsofHarbin-Dalianpassengerdedicatedrailwayworksite,throughalargenumberofexperimentaldata,itisprovedthatthepilecompositefoundationplatestructurecaneffectivelydecreasetheunevensettlementoffoundation,andadjustpilesoilstressdistribution.Thisarticlemainlyexpoundstheconstructionprocesscontrolprocessandqualitycontrolpoints,andprovidesreferenceandreferenceforsoftfoundationtreatmentofpassengerdedicatedline.

关键词院软基；桩板复合结构；沉降；工艺流程；质量控制Keywords:softsoilfoundation；pileplatecompositestructure；settlement；process；qualitycontrol

中图分类号院U213.1文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）16-0150-031

工程概况及设计要求哈大客专部分路基车站地处滨海平原及冲洪积平原，地形平坦、开阔，主要为软土地基。地表覆盖粉黏土、黏土、淤泥土和砂类土，厚度7-50m。下伏片麻岩、千枚岩、花岗岩或角闪岩，风化程度较高。部分地段有盐渍土及软土分布。软土地基含水量高、透水性差、压缩性高和流变性强。

设计采用CFG桩复合地基处理，CFG桩与搅拌桩交叉呈三角形布置，CFG桩桩长30m，搅拌桩桩长12m，并于桩顶设0.6m厚碎石垫层，于垫层内铺设两层土工格栅。通过进行工艺试验、试桩和补充地质钻探发现该区域松软土层厚度大于50m，并与流塑状饱和粉质粘土互层，在试桩过程中出现相邻桩基窜孔、缩颈、扩径以及桩基灌注完成后，混合料初凝前，混凝土面显著下沉现象，混凝土超灌严重。在多次邀请专家现场分析指导后，认为原设计方案不能满足路基工后沉降及不均匀沉降要求，提出了变更设计。在正线轨道板下1:1范围内桩长30m，桩顶加C30钢筋混凝土板，厚0.5m，轨道板以外两侧桩长变为25m，站台下桩长变为20m，桩顶设砂夹碎石垫层，厚0.6m，垫层内夹铺两层高强度土工格栅。站台下桩间距为1.6m，其余均为1.5m。搅拌桩维持原设计不变，正线桩长为12m，布置形式、间距与CFG桩相同，并与之呈三角形交叉布置。

2工程实验分析现场试验针对所选试验断面，通过在试验断面工区内埋设测试元件，测试路基各组成部分的受力、变形情况。主要包括CFG桩受力情况，钢筋混凝土板受力情况，土工格栅变形情况以及路基沉降情况等，其中路基沉降分析是重点内容。现场试验测试数据量庞大，分析过程复杂，本文对路基沉降做简单分析说明。

淤沉降值关于路基中线对称，测量过程中桩顶最大沉降为41.7mm。

于左右路肩线间曲线波动幅度较小，CFG桩顶上部为钢筋混凝土板结构，属刚性结构，刚度较大，将上部路基填土荷载尽量的均匀分配给CFG桩和桩间土，CFG桩和桩间土的沉降差异相对较小。

盂路基基底随着时间的增加沉降数值不断加大，预压土堆载1个月后，路基基底最大沉降为42mm，路基基底沉降随时间变化缓慢，路基基底沉降趋于收敛。根据实测基底沉降曲线的变化规律，结合计算结果，本工点复合地基的工后沉降完全控制在15mm以内，符合变更设计初衷。

榆桩板基础CFG复合地基起到了类似实体深基础的作用，将上部荷载有效地传递给了深层土体。上部荷载主要由CFG桩承担，其次为水泥土搅拌桩，桩间土承载很小。桩板结构明显减小地基不均匀沉降，钢筋混凝土板范围内加固区表面沉降比较均匀，整个地基表面沉降曲线呈盆状。

虞与常规结构相比较，桩板结构复合地基的作用除减小沉降外，主要是调节桩土应力分布，削减路基底平面处的不均匀沉降。

3工艺控制流程3.1水泥搅拌桩施工工艺淤清表放样。采用大型机械对原地面进行整平，清除表层约30cm种植土、建筑垃圾等，清表后顶面高程按桩顶标高增加50cm控制。根据搅拌桩布桩图，用全站仪放出布桩控制点，再用放出每个桩位，在桩位中心做好标记，并做好记录。

于钻机就位。钻机就位时，应用钻机的垂球检查塔身导杆，校正位置，由技术人员进行桩位对中及垂直度检查，并做好观测记录。

盂预搅下沉。将搅拌桩机吊起，连通砂浆泵开动电机，逐渐搅拌切土下沉至设计加固深度，下沉的速度控制在0.38-0.75m/min。

榆提升喷浆搅拌。搅拌机达到设计深度开启灰浆泵，以0.3-0.5m/min的速度提起搅拌机，边喷浆边搅拌，完成一次搅拌过程。

虞重复预搅下沉、提升喷浆搅拌。再次将搅拌机搅拌下沉，桩端原位搅拌时间时间约圆min，至设计加固深度后提升喷浆搅拌完成。

愚检测。搅拌桩达到28d龄期后，进行抗压强度试验，保证2译抽检率每批次不少于3根，抗压强度不小于1.2MPa。并采用平板荷载试验做复合地基承载力试验，地基承载力不小于0.15MPa。

3.2CFG桩施工工艺淤测量放样。作业区域内水泥搅拌桩施工完成检测合格后重新进行场地平整，测量放样并做好标记，结合本工点地质特点，采用隔三跳打法。

于钻机就位。钻机就位时，采用垂球法调整垂直度，确保容许偏差不大于1豫。

盂钻进成孔。钻头泵送阀关闭后，放下钻杆开始钻进，先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。进入持力层时降低速度，避免钻机摇晃，防止桩孔偏斜并减小对土层的扰动。

榆灌注成桩。钻孔至设计高程后，将钻杆缓慢提升约30cm开始泵料灌注。待钻杆芯管充满混合料后提升拔管，保证拔管的连续性并严格控制拔管速率，约2-3m/min。预留50cm桩头，灌注完成后封顶养护。

虞桩头处理。清除桩间土后，用小型机械截除桩头，桩头修整至设计高程以上3-5cm时，再用人工修凿直至露出新鲜混凝土面。清除后桩的有效长度应满足设计要求，桩顶允许偏差0-20mm。

愚CFG桩检测。龄期达到28天后进行检测，包括低应变桩身质量检测和单桩承载力的检测，静载试验数量取桩总根数的2译，且不小于3根，桩身质量检测率不低于10%。

3.3褥垫层褥垫层施工顺序：20cm碎石寅5cm砂垫层寅土工格栅寅10cm砂垫层寅土工格栅寅5cm砂垫层寅20cm碎石，碾压密实。桩板底铺设厚度为10cm，桩板两侧铺设厚度为60cm。

3.4桩板施工淤钢筋施工。碎石垫层铺设完毕后，在需施工钢筋混凝土板的范围内铺设一层2cm厚的C20混凝土找平层，进行精确放样及准确定位，绑扎钢筋并注意设置好混凝土保护层垫块。

于模板施工。现场采用1.5m*0.6m钢模，结合钢管及扣件进行加固。模板表面平整，拼缝平整严密，不漏浆，并以双面海绵胶填缝，保证结构外露面美观，线条流畅。模板安装稳固牢靠，表面清理干净并均匀涂刷隔离剂。

盂混凝土浇注。采用C30混凝土进行浇注，板厚为50cm，沉降缝2cm，泡沫板相隔。浇筑前，对模板、钢筋等进行自检，并做好记录。浇筑混凝土时，分层、均匀、对称进行，每层厚度不超过30cm。灌注时做到不欠捣、不漏捣，振捣时避免撞击模板及钢筋。

榆养护。混凝土浇筑完后，覆盖洒水养护，冬季施工时采取了保温措施。

4质量控制要点及常见问题CFG桩板复合地基主要施工控制要点为：桩身的完整性、强度、标高控制、混凝土板的施工连续性及伸缩缝的设置等，控制环节基本覆盖了整个施工过程。掌握控制要点并做好现场监控记录尤为重要。

4.1水泥搅拌桩的质量控制淤搅拌桩施工时控制其输浆速度及供浆的连续性，根据试桩工艺使注浆泵出口压力保持在合适的值，并应使搅拌提升速度与输浆速度同步。

于在浆液达到钻头出浆口后，应喷浆座底超过30s，保证桩端施工质量。施工过程中随时检查施工记录，对每根桩进行质量评定。搅拌机喷浆提升的速度和次数必须符合施工工艺要求。

盂成桩过程中若因故停浆，继续施工时应将搅拌机下沉至停浆点以下0.5m，待恢复供浆时再喷浆提升。若停机超过3h，应拆卸输浆管路，清洗干净，在原桩位旁进行补桩。

4.2CFG桩的质量控制淤桩位偏移。软土地基的压缩性及流变性变化复杂，要准确进行测量放样，确保在机械行走中不会造成桩位的偏移。要合理分布工每台钻机的工作面，每台钻机的工作面分两次放样施工，使前一次工作面土体表面水分经过蒸发晾晒，加大了土体表面强度，减少桩位的偏移。

于桩孔倾斜。钻机就位前反复检查钻杆的垂直度，同时，在钻进过程中，保持速度均匀，遇到硬土层时放慢钻进速度，必要时一提一钻。

盂堵管、爆管。堵管是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺常遇到的主要问题之一，它直接影响CFG桩的施工效率，增加劳动强度，造成材料浪费等，严重时造成CFG桩混合料失水或结硬，给施工带来很多困难。处理解决方法如下：1）对混合料配合比进行合理控制，保证混合料的和易性。2）严格控制混凝土的坍落度，使其在160mm-200mm以内。3）按照规范要求进行施工，开始泵送混合料前，排出管内空气，泵送量要与钻杆提拔速度协调匹配，泵送量过大或钻杆提拔速度过慢，会使混凝土料挤压密实，传输受阻，造成堵管。4）冬期施工时混合料输送管及弯头均需做防冻保护。5）合理选用设备的弯头曲率半径，避免弯头过多，保证弯头与钻杆垂直连接，混合料输送管定期清洗，确保管内无结块。

榆缩径与扩径。在软土地层、松散砂土层及地下水丰富的地层中经常出现缩径与扩径现象。轻则使桩体出现夹泥、空心及串孔，严重时可发生断桩。处理方法：采取隔桩、隔排跳打方法，既能减少缩径与扩径现象的发生，又便于桩位识别，缺点是施工进度较慢。结合本工点地质特点，采取隔3打1，保证成桩质量。成孔时，避免钻杆提升过快，防止孔壁发生坍塌，成桩时，注意拔管速度及泵料的及时连续性，避免形成夹层，造成断桩。

5结论淤本工点CFG桩板复合地基处理工程完全满足变更设计初衷，保证了使用功能。路基工后沉降小于15mm、差异沉降小于5mm，满足设计要求。

于实验证明：桩板结构复合地基的作用除减小沉降外，主要是调节桩土应力分布，削减路基底平面处的不均匀沉降。上部荷载主要由CFG桩承担，其次为水泥土搅拌桩，桩间土承载很小。在路基填筑和堆载施工阶段地基沉降较快，约完成沉降总量的69%；而堆载预压阶段沉降较慢，预压180天后，固结度可达到85%。按高速铁路无碴轨道的设计要求，工后沉降不超过15mm，保持3m的堆载高度约90天即可达到目标。

盂实践证明，CFG桩板结构复合地基起到了一个类似实体深基础的作用，将上部荷载有效地传递给了深层土体，钢筋混凝土板起到了减小地基不均匀沉降的作用。

“隔三打一”的施工措施可降低相邻桩施工影响，对保证施工质量和加固效果起到了重要作用。

参考文献院[1]朱国松，郎建平援武广铁路客运专线采用长螺旋钻机施工CFG桩技术[J]援铁道建筑，2010（1）援[2]肖宏，郭丽娜，刘玮玮援桩土性质对桩板结构无缝道岔的影响分析[J]援铁道工程学报，2011（9）援[3]薛新华，魏永幸，杨兴国，李洪涛，喻成援CFG桩复合地基室内模型实验研究[J]援中国铁道科学，2012，33（2）援[4]龚晓南援复合地基理论及工程应用[M]援中国建筑工业出版社，2007.[5]闫明礼，张东刚援CFG桩复合地基技术及工程实践[M]援中国水利水电出版社，2006.作者简介院张勇（1980-），男，河南商丘人，毕业于中南大学，研究方向为铁道工程。