1、振動沉管CFG樁“樁網”結構加固處理深層軟土地基施工工法工法編號：RJGF(閩)172008完成單位：中鐵二十四局集團福建鐵路建設有限公司主要完成人：鄭軍鋒 錢寅星 蔡履沐 黃玉仁 陶秉環1 前言1.0.1 在全國首批建設的高速鐵路東南沿海新建速度為200km/h的客貨共線鐵路中，由于新建客貨共線鐵路荷載大、運行速度高，故對路基的平順性、工后沉降提出了很高要求，在溫福鐵路1025m深層軟土地基處理中，依據現行的處理方法已無法滿足地基承載力和工后沉降的要求，鐵道部和鐵道第四勘察設計院決定在溫福鐵路首次采用CFG樁“樁網”結構加固處理1025m深層軟土地基。1.0.2 中鐵二十四局集團福建鐵路建設

2、有限公司根據設計要求在施工中借鑒和總結現有的軟土地基處理方法，總結出一套CFG樁“樁網”結構加固處理1025m深層軟土地基工法。 本工法在2005年溫福鐵路試驗段加固深層軟土地基中首次應用，隨后2006年分別在溫福標霞浦車站和甬臺溫鐵路工程建設中得到進一步推廣和完善。處理后地基的承載力及最大沉降量均滿足設計要求。2 工法特點2.0.1 本工法對200km/h客貨共線鐵路路基下臥深層軟土地基提供了一種有效的處理方法。 本工法通過實施形成“樁網”結構，使路基荷載通過“樁網”結構傳至下臥土層，其中褥墊層為柔性墊層，有利于調整樁間相對變形，滿足地基承載力和工后沉降控制要求。 工藝流程清楚，設備簡單，操

3、作方便，工期能夠得到保證。2.0.4施工造價低，施工安全、質量易于控制。3 適用范圍本工法適用于公路、鐵路路基持力層深度為1025m的深層軟土地基深的處理。4 工藝原理 CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱(即cement flying-ash gravel pile)。用CFG樁處理深層軟土地的原理是：由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結強度樁，并與樁頂上鋪設一定厚度的褥墊層（碎石、砂和雙向土工格柵）形成“樁網”結構，使上部荷載均勻地傳遞到下臥層形成復合地基，以滿足地基承載力要求，有效控制工后沉降。“樁網”結構如圖4所示。圖4CFG樁“樁網”結構原理示意圖1 CFG樁 2 褥墊層

4、3 土工格柵4碎石墊層5中粗砂墊層6土工格柵7中粗砂墊層8碎石墊層5 施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程CFG樁“樁網”結構加固軟土地基施工工藝流程見圖5.1。施工準備CFG樁施工褥墊層施工CFG樁工后處理圖5.1 CFG樁“樁網”結構加固軟土地基施工工藝流程圖5.2 操作要點 施工準備1 作業條件1）施工場地達到“三通一平”，在路基打樁區域及兩側3米范圍內鋪設0.61.0m厚粒徑不大于30cm的碎石工作墊層。2）打樁作業場地周圍應設置排水溝。施工范圍內的地上、地下障礙物、管線等應清理或改移完畢。2 技術準備1）根據設計樁長，確定樁機的機架高度和沉管的有效長度，樁機的機架高度和沉管的有

5、效長度在配置時應比設計樁長高出68米。2）在試樁前應對已配重樁機沉管處的抬架支撐反力進行計算和標定，要求不小于單樁設計承載力的2倍。3）在樁機機架上畫出以米為單位的長度標記，用于沉管時觀察、記錄入土深度。4）編制CFG樁施工方案（包括區域劃分、對每一根樁進行編號、確定樁頂標高和打樁順序），經審批后對操作人員進行技術交底。5）通過試樁確定樁機配重、提管速度、保護樁長、混合料坍落度等施工參數和終孔條件。試樁不少于3根。6）測放樁位并做好標識。7）對CFG樁的材料進行復試、試配。5.2.2 CFG樁施工1 樁機組裝：根據設計樁長、沉管入土深度確定機架高度、沉管長度，根據試樁確定的配重進行設備組裝。2

6、樁尖的預制與埋設：由于樁尖外形特殊，一般采用鋼模結合地模進行預制。樁尖的錐體部分采用地模，柱體部分外露采用鋼模，以便樁尖脫膜時地模免受破壞。為提高樁尖預制進度，一般要在樁尖混凝土內摻入早強劑。當樁尖達到設計強度后，方可采取小型挖掘機配合人工按技術放樣位置進行埋設。樁尖應埋入地表下300mm左右，平面位置偏差控制在50mm之內。3 樁機就位：樁機就位必須平整、穩固。待樁機就位后，調整沉管與地面垂直，確保垂直度偏差不大于1。4 沉管：樁機就位后，扣準埋設好的預制樁尖開始沉管，沉管過程中注意調整樁機的穩定，嚴禁傾斜和錯位。待沉管至設計標高并抬架時應開動馬達，原地留振不小于10s，以確保樁尖進入持力層

7、不小于樁徑的1.5倍。沉管過程中做好記錄。5 混合料攪拌：為控制成樁后樁頂浮漿厚度不超過200mm，混合料的坍落度應控制在3050mm之內。混合料應嚴格計量，強制攪拌，每盤混合料的攪拌時間不得小于1分鐘。在混合料中摻入早強劑使混合料達到設計強度的時間小于7天。6 投料：終孔后須盡快用料斗進行連續投料，直到管內混合料面與鋼管料口平齊，如上料量不夠，須在拔管過程中盡早補充投料，以保證成樁樁頂標高滿足設計要求。7 拔管：第一次投料完后即可進行拔管，拔管時速度一般控制在0.81.0 m/min，邊振動邊拔管，拔管速度保持均勻一致，在拔管過程中不允許反插。8 封頂：當樁管拔出地面，確認該CFG樁符合設計

8、要求后，其上部可用粒狀材料或粘土進行封頂并做好標記。此時應注意，封頂的頂面標高應加上3050cm保護樁長的高度。5.2.3 CFG樁工后處理1 砍樁頭：樁身達到齡期后，在確定樁頂標高施工擴大樁頭前，應先鑿除樁體保護樁長至擴大樁頭底部標高。砍樁頭前樁周工作墊層碎石土為避免機械擾動造成斷樁宜采用人工進行開挖。砍樁頭可采用風鎬自上而下鑿除混凝土至指定標高，也可用鏨子對稱截樁至指定標高。2 接樁：當CFG樁在鑿除浮漿后或由于1.5m以內的淺部斷樁造成樁體頂面標高低于設計樁頭底面標高時，應采用強度高出樁身一級的混合料進行接樁。接樁部分的樁徑應比設計樁徑大20cm，與既有樁體的咬結長度不小于20cm，如圖

9、5.2.3。3樁頂標高即CFG樁擴大樁頭頂面標高應在一個區段或若干個區段的CFG樁全部施工完畢后，根據現有工作墊層的平均標高、橋涵等構筑物重新分批確定，同一批CFG樁的樁頂標高應一致，不宜形成橫坡或縱坡。圖5.2.3 CFG樁接長示意圖1 接樁混凝土 2 CFG樁身 3 設計樁頂標高 褥墊層施工1 褥墊層施工工藝流程：鋪設碎石鋪設中粗砂鋪設雙向土工格柵鋪設中粗砂鋪設碎石夯實。2 鋪設褥墊層應在樁帽混凝土強度達到設計強度，經檢驗符合設計要求后進行，褥墊層厚度應符合設計要求，采用的級配碎石，粒徑不得大于規范要求，填土前碾壓采用小型打夯機進行壓實，褥墊層的攤鋪厚度應確保壓實厚度不小于設計厚度。3土工

10、格柵采用16#小鐵絲綁扎搭接，橫幅之間搭接寬度0.2m，縱向搭接寬度2.0m。4 鋪土工格柵前先人工整平，鋪設時理順、拉直、繃緊，不得有褶皺和破損。6 材料與設備6.1 材料要求本工法所需材料如表6.1所示：表6.1 材料表序號名稱規格技術指標1普通硅酸鹽水泥2粉煤灰級或級以上3碎石2040mm級配含泥量不大于3%4石屑粒徑2.520mm含泥量不大于5%5褥墊層碎石粒徑不大于3cm6土工格柵抗擊拉大于80KN/m；延伸率不大于15%6.2 設備要求表6.2-1 機具設備表序號設備名稱設備型號單位數量用途1靜壓夯擴樁機DZK-50Y臺1CFG樁施工2攪拌機J350臺1混合料攪拌3電焊機BK140

11、0F-2臺1接樁4挖掘機WY60臺1CFG樁施工5沖擊夯機CV800R臺3褥墊層施工 ZJK系列靜壓夯擴樁機配備D40型和BDH-15型樁錘，錘頭重量分別為9.25t和10t。施工時應按設計要求選擇適用的樁錘。DZK動錘和穿心錘的主要技術參數見表6.2-2。表6.2-2 DZK動錘和穿心錘的主要技術參數表 型號DZK-40YDZK-50YDZK-60Y技術參數振動錘落錘振動錘落錘振動錘落錘靜偏心力距 NM206.6239.6343偏心塊軸轉速 rpm960960960靜振力 KN212.8246.9343空載振幅 mm5.56.06.0重量 kg500020005300250053003000

12、落錘高壓 m444沖擊能量 KN.m78.4117.6117.6允許拔柱力 KN(tf)490(50)800(80)800(80)電機功率 KW18.5×222×230×2電源100m內KVA125150200200m內KVA1502002507 質量控制7.0.1施工時應認真執行以下規范、標準：1客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準（鐵建設2005160號）2鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準（鐵建設2005160號）3客運專線鐵路路基工程施工技術指南（TZ212）4鐵路混凝土工程施工技術指南（TZ210）5普通混凝土用碎石或卵石質量標準檢驗方法（JGJ53

13、）7.0.2 嚴格按確定的樁機配重、混凝土、塌落度、保護樁長、終孔條件、拔管速度等工藝參數組織施工。 褥墊層中的碎石和砂墊層中不得含有尖石、樹根等雜物。7.0.4 做好檢測和測試工作：1振動沉管施工過程中每臺班或每100m3混合料要每至少一組試件。2樁身強度達到設計要求砍完樁頭后進行小應變和靜載檢測，小應變的抽樣率為10%，靜載試驗的頻率為1。3由于CFG樁中可能存在類樁和斷樁，在砍樁后可適當選取一定比例的樁進行取芯檢測，以進一步檢查樁身完整性。7.0.5 由于采用滿堂布樁且間距較小，一般采取隔排連打的施打工序，隔排跳打的時間不小于7天，從路基中間向路兩側推進施工。7.0.6 終孔的判定根據設

14、計要求，可采用抬架留振和設計標高兩種方法：1抬架留振法：即不管樁是否沉到設計標高只要樁機抬架并留振10s不再下沉就可終孔，當沉至設計標高還未抬架時須繼續往下沉管直至抬架。2當設計明確樁的孔樁標準為沉至設計標高不管持力層情況時可采用此法，此時要準備測定地面標高以便控制。7.0.7 在施工中應按以下要求控制有效樁徑：1嚴格控制拔管速度；2嚴格控制混合料坍落度；3合理安排施工順序。7.0.8對于出現的斷樁可按部位不同，采用以下處理方法：1對于1.5m以內的淺層斷樁可采用砍除后接樁的辦法，大于1.5m深度開挖會造成鄰樁剪斷；2對于大于1.5m深的斷樁可采用“跑樁”的辦法進行處理。跑樁即為將樁機配至2倍

15、設計單樁承載力后依次對深層斷樁進行一遍壓樁。8 安全措施 在施工過程中要嚴格遵循鐵路工程施工安全技術規程（TB10401.1、TB10401.2）。8.0.2施工過程應特別注意以下安全事項：1 高空作業必須佩帶安全帶。2 施工現場的所有電源、電路、電器的設置、安裝必須遵守施工現場臨時用電安全技術規范（JGJ46）的規定。3 打樁機操作人員、專業電工、電焊工必須持證上崗，并嚴格遵守安全技術操作規程。4移機過程中要保持樁機垂直，預防倒塌。5遇到臺風天氣時要對樁機進行加固。9 環保措施 噪聲控制1 嚴格執行建筑施工場界噪聲限值（GB12523），控制和降低施工機械和運輸車輛造成的噪聲污染。2 合理安

16、排作業時間，盡可能將打樁作業安排在白天施工，避免夜間施工，使施工噪聲對周圍環境影響減少到最低程度。 振動控制采用振動較小的靜壓力樁機進行打樁施工，可以有效的減少施工中的振動，避免振動對周圍建筑物的影響和破壞。 粉塵控制 在施工過程中，對易產生粉塵、揚塵的作業面制定操作規程并適當進行灑水降塵，保持濕度，控制揚塵；對容易引起粉塵的細料或松散料用帆布、蓋套等覆蓋。9.0.4 廢水排放控制廢水排放嚴格按照各項排放標準執行，保證工地排水和廢水處理設施在整個施工過程的有效性，做到現場無積水、排水不外溢、不堵塞，施工廢水不直接排放。10 效益分析10.0.1 經濟效益1 CFG樁對1025m深層軟土地基進行

17、處理相對橋梁方案，施工安全可靠，操作簡便易行，施工造價低廉，能夠滿足地基沉降的設計要求，具有很好的經濟效益和推廣價值。2 由于速度為200km/h的客貨共線鐵路對地基提出了高要求，而東南沿海軟土地基的特點，對1025m深層軟土地基只能采用CFG樁“樁網”結構加固或橋梁方案，下面就這兩種方案以軟基深20m、路基寬30m、線路長100m為例進行經濟比較，如表所示：表-1CFG“樁網”結構加固造價分析表序號項目數量單價造價1CFG樁（含樁帽）20120米23.1元/米464772元2砂墊層300立方米41元/立方米12300元3碎石墊層900立方米66.3元/立方米59670元4土工格柵3400平方

18、米26.33元/平方米89522元5夯填土5570立方米4.08元/立方米22726元6級配碎石3370立方米66.41元/立方米223802元7合計872792元平均每線路延長米8728元表-2橋梁方案造價分析表序號項目數量單價造價11250mm鉆孔樁1280米1104.37元/米1413594元2承臺850立方米338.51元/立方米287734元3墩（臺）身1205立方米547.31元/立方米659509元4梁片3孔750000元/孔2250000元5橋面系200延長米1246.42元/延長米249284元6合計4860121元平均每線路延長米48601元由上兩表可見采用CFG樁“樁網”

19、結構加固處理深層軟土地基每延長米路基可節約投資39873元。10.0.2 環保、節能效益 CFG樁采用振動沉管樁機進行打樁施工，施工設備投入少，進出場運輸方便，淤泥等建筑垃圾產生量少。 社會效益應用CFG樁對深層軟土地基進行處理，在高速鐵路路基施工中尚屬首次，它的成功實施為在我國沿海海積灘涂溺谷相沉積的軟土地段修筑200km/h客貨共線鐵路提供了可行經驗，為溫福鐵路全線對1025m深層軟土地基中進行CFG樁的施工提供借鑒。11 應用實例本工法綜合總結了東南沿海200km/h客貨共線鐵路軟基處理經驗，已成功應用于溫福鐵路福建段軟土地基試驗段工程（連江段）、溫福標霞浦車站、甬臺溫標等工程中，工程質

20、量滿足預定要求。現以溫福鐵路福建段軟土地基試驗段工程（連江段）為實例。 工程概況溫福鐵路福建段軟土地基試驗段工程（連江段）位于福建省福州市連江縣境內，施工里程為DK275+000DK275+400。該試驗段中DK275+000DK275+090地基厚度為1025米的軟土地基，設計采用CFG樁“樁網”結構加固，設計樁徑為500mm，路肩范圍內樁間距為1.6m，路肩外為1.8m，樁頂設0.4m厚的褥墊層，CFG樁共1013根，計 24132延長米，CFG樁“樁網”結構加固軟土地基施工時間為2005年3月20日至2005年8月10日。 施工過程 按設計要求采用兩臺振動沉管樁機。施工勞力按一班組織，兩