1、CFG 樁在高速鐵路建設中的應用要：隨著國家基礎建設的不斷深入，高速鐵路已漸漸步入人們的日常生活。摘本文以 CFG 樁在高鐵建設中的應用為例，簡介了 CFG 樁的組成、施工工藝及樁網結構等，具體論述了其施工步驟及施工中的質量檢測與控制，并就現階段CFG 樁在高鐵建設中應用存在的問題進行了闡述，并提出了改進的方法，最后以實例說明了改進后的 CFG 樁在高鐵建設中具體應用。關鍵字：CFG 樁 高速鐵路 施工工藝 樁網結構 質量控制 改進1、引言高速鐵路是指通過改造原有線路(直線化、軌距標準化），使營運速率達到每小時 200 公里以上，或者專門修建新的“高速新線”，使營運速率達到每小時 250公里以

2、上的鐵路系統。高速鐵路除了在列車在營運達到速度一定標準外，車輛、路軌、操作都需要配合。根據中國鐵路中長期發展規劃，到 2020 年，為滿足快速增長的旅客需求，建立省會城市及大中城市間的快速客運通道，規劃“四縱四橫”鐵路快速客運通道以及四個城際快速客運系統。建設客運專線 1.2以上，客車速度目標值達到每小時 200 公里及以上。圖 1 中國高速鐵路網規劃2、CFG 樁的簡介2.1 CFG 樁的定義CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，是近年發展起來的軟土路基處理的一種新方法。它是在碎石樁的基礎上摻入適量、粉煤灰及少量水泥，加水拌和后制成具有一定強度的樁體。它是一種低強度混凝土樁，可充分利用樁間土及褥

3、墊層的共同作用，通過改變樁長、樁距、褥墊厚度和樁體配比，將荷載傳遞到地基中去，能使復合地基承載力幅度的提高有很大的可調性，使CFG樁復合地基得到均勻沉降和較高的承載。2.2 施工工藝流程圖圖 2 CFG 樁的施工工藝流程圖3、CFG 樁的施工過程試樁在CFG樁全面展開施工前,應根據地質情況、樁型及施工機械類型進行試樁。其目的是通過試樁確定樁機配重、拔管速度、施打順序、保護樁長、混合料坍落度等施工參數，并結合設計地質資料確定可行的終孔標準以指導全面施工。施工放線按施工圖放出路基橫斷面，然后根據“CFG樁樁位平面布置圖”用經緯儀、鋼尺放出每個樁孔位，并撒白灰插釬子標記，誤差控制在3.3 鉆機就位準

4、要求以內。施工機具進行試拼、組裝，穩定好鉆機，立鉆架并調整安設好起吊系統。調平鉆機，應使鉆桿垂直對準樁位中心，確保CFG樁垂直度容許偏差不大于1%。現場采用在鉆架上掛垂球的方法測量該孔的垂直度，也可采用鉆機自帶垂直度調整器控制鉆桿垂直度。每根樁施工前現場工程技術進行樁位對中及垂直度檢查，滿足要求后，方可開鉆。3.4 鉆進成孔鉆孔開始時，關閉鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸地，啟動馬達鉆進，先慢后快，同時檢查鉆孔的偏差并及時糾正。在成孔過程中發現鉆桿搖晃或難鉆時，應放慢進尺，防止樁孔偏斜、位移和鉆具損壞。根據鉆機塔身上的進尺標記，成孔到達設計高程時，停止鉆進。3.5 混合料攪拌混合料攪拌必須進行集

5、中拌和，按照配合比進行配料，每盤料攪拌時間按照普通混凝土的攪拌時間進行控制。一般控制在90-120s，具體攪拌時間根據實驗確定，電腦控制和3.6 灌注及拔管。混合料出廠時坍落度可控制在180-200mm。鉆孔至設計高程后，停止鉆進，鉆桿20-30cm后開始泵送混合料灌注，鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管，連續拔管。嚴格控制拔管速率，拔管速率控制在2-3m/min。施工樁頂高程宜高出設計高程30-50cm，每根樁的投料量應不小于設計灌注量。灌注完成后，樁頂蓋土封頂進行養護。3.7 移機灌注時采用鉆桿(不能邊行走邊鉆桿)，灌注達到控制高程后，對鉆桿端部進行保護，鉆機移位，進行至下一根樁的施工。3.8

6、樁頭處理當樁達到70%強度后人工對CFG樁超灌部分進行鑿除，并清運現場余土，確保達到要求。3.9 質量檢測滿足一個檢驗批的CFG樁施工完成后應立即采用低應變與靜載對樁身完整性和復合地基承載力進行檢測。3.10 褥墊層施工CFG樁檢驗完畢，并滿足設計要求后，進行褥墊層施工。一般CFG樁樁頂面鋪設0.5m厚碎石墊層，碎石粒徑宜為8-20mm，最大粒徑不大于30mm，墊層中鋪設一層強度不小于180kPa的雙向土工格柵，其上下各鋪設厚為0.05m的粗砂保護層。墊層材料虛鋪后用靜力壓實。4、樁網結構為了使CFG樁更有效地向下傳部結構荷載，同時發揮樁間土的作用，CFG樁頂部設擴頭與樁身連接，材質與樁身相同

7、，擴頭上部設50cm厚的褥墊層，層內鋪設一層抗拉強度為180kPa厚10cm的土工格室，褥墊層、樁體、樁間土一起形成復合地基共同承力。采用CFG樁加固形成的樁網結構，其效應主要有以下四個方面：置換效應：樁網結構中樁體的強度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂壓力比樁問土表面應力大，樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應減少了樁間土承擔的荷載，從而使復合地基承載力提高，變形減少。擠密效應：將CFG樁打入土中可使樁間土孔隙比減小，密實度增加，從而提高樁問土的強度和模量。樁對土的約束效應：在CFG樁和樁間土等組成的復合地基中，樁對樁間土土體側向變形的作用。相同荷載條件下，無側向約束時土的側向變形大

8、，具有從而使垂直變形加大。由于樁對土體側向變形的限制，減少了側向變形，也就減小了垂直變形，使復合地基抵抗垂直變形的能力有所加強。褥墊層的平衡作用：使用土工格室加碎石形成的褥墊層，充分利用了土工格室的抗拉強度和散體粒狀材料的組合性能，可調節和平衡樁土之間的應力，減小樁頂承受的水平荷載，使復合地基在上部荷載作用下通過CFG樁將力大部分傳遞到持力層，從而減小樁的側向變形。5、施工質量檢測與控制5.1 施工質量檢測按照客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準的規定，成樁 28d后應及時進行低應變試驗檢測 CFG 樁的樁身完整性，按成樁總數的 10%抽樣檢驗，且每檢驗批不少于 5 根；承載力采用復合地基

9、平板檢測試驗，其承載力、變形模量應符合設計要求，按總樁的 10%抽樣檢驗，且每檢驗批不少于 3根。CFG 樁的施工允許偏差如下表 1 所示。表 1 CFG 樁的施工允許偏差質量控制樁身強度控制成樁過程中，抽樣做好混合料試塊，每臺機械1個臺班做1組(3塊)150 mm150 mm150 mm的試塊，標準養護，測定28d無側限抗壓強度不小于15kPa。5.2.2 正確的施打順序施打順序與土性和樁距有關。在飽和軟土中成樁，樁機的振動力較小，當采用連打作業時，新打樁將會使已打樁被擠扁，嚴重的產生縮頸和斷樁，而且后打樁沉樁，因此宜采用隔樁跳打。在飽和的松散粉土中施工則不宜采用隔樁跳打方案，因為松散粉土振

10、密效果好，打的樁越多，土的密度越太，樁就越難打，此時宜采用滿堂布樁，并從中心向外推進施工，或從一邊向另一邊推進施工。5.2.3 控制拔管速率拔管速率太快可能導致樁徑偏小或縮頸斷樁，拔管速率過慢會造成水泥漿分布不勻，樁頂浮漿過多，樁身強度不均勻和產生離析現象。正常的拔管速率應控制在1.2-1.5m/min。拔管過程中要避免反插，因為反插難以保證樁管垂直度，也容易使土與樁體材料混合,導致樁身摻士等缺陷。5.2.4 嚴格控制混合料拌和時間和坍落度大量工程實踐表明，混合料坍落度過大，會形成樁頂浮漿過多，樁體強度也會降低。坍落度控制在16-20cm，和易性好，當拔管速率適當時，一般樁頂浮漿可控制在10c

11、m左右，成樁質量容易控制。5.2.5 設置保護樁長每根樁在加料時，要比設計樁長實際所需混合料的量多加0.5m-0.7m樁長的混合料，用式振搗棒對樁頂混合料加振3-5s，提高樁頂混合料密實度。5.2.6 上部用土封頂樁頂用土封閉，增大混合料表面的高度即增加了自重壓力。可提高混合料抵抗周圍土擠壓的能力，避免新打樁導致已打樁受振動擠壓，混臺料上涌使樁徑縮小。在基礎施工時再將保護樁長剔掉，確保成樁與設計標高一致。5.2.7 加強施工過程中的監測及反饋打樁過程中要隨時測量地面是否發生隆起，因為斷樁常和地表隆起相聯系。同時，要觀測新打樁對未結硬的已打樁的影響，注意已打樁樁頂標高的變化，尤其要注意觀測樁距最

12、小部位的樁，確定是否產生縮頸。6、CFG樁在工程實踐中存在的問題6.1 施工質量問題統計對已施工的 CFG 樁的質量進行統計，發現樁的灌注質量不高、鉆孔精度不除虛樁頭方法不當、施員培訓少、地質與設計不符合等，具體見表 2 所示，其排列圖見圖 3。表 2質量問題頻數統計圖 3 影響 CFG 樁質量的原因排列圖從排列圖可以看出，樁身灌注質量不高和鉆孔精度不高的累積頻率達80%，成為影響 CFG 樁施工質量的主要。6.2 原因分析及主要確認在 CFG 樁施工過程中，主要有以下會影響其質量，如下圖 4 所示。圖 4 原因分析關聯圖針對以上各種，對每個進行分析，見下表 3 所示。表 3 CFG 樁施工質

13、量問題主要確認具體改進措施調整混合料配合比，嚴控混合料坍落度當混合料中的水、細骨料和粉煤灰用量較小時，混合料和易性不好，常發生堵管。應結合工程實際，在不影響設計強度的條件下對混合料的配合比和水膠比進行調整。混合料坍落度過大，會導致樁頂浮漿過多，樁體強度下降。因此要嚴格控制水膠比，按配合比進行配料，確保混合料出站時的坍落度在20-22cm，灌注時的坍落度在16-20cm，保證泵送時能順利通過導管。試驗應對每車料做坍落度檢測，并及時和現場施時予以調整。6.3.2 嚴格控制灌注細節員聯系，及CFG樁成孔到設計高程后，停止鉆進，開始混合料的灌注工作。灌注前，先進行洗管。洗管分兩步進行：第一步采用清水洗

14、管，將管內殘留的渣質沖洗干凈，使管內保持濕潤；第二步采用與混合料同水膠比的砂漿潤管，以保證混合料灌注時不堵管。同時保證泵送管接管平順、連接處牢固，泵管密封性好；泵管鋪設時，盡量減少彎頭，支撐穩固；軟管與混合料泵管、鉆機連接處要連接牢固、緊密。潤管結束后，開始泵送混合料，管內空氣從排氣閥排出，當鉆桿內管及輸送軟、硬管內混合料連續時方可提鉆，當鉆芯管充滿混合料后開始拔管，邊泵送邊拔管，嚴禁先拔管后送料。成樁的拔管速度要控制在1.2-1.5m/min，同時可根據輸送泵的輸送速度予以適當調整，拔管要均勻連續，避免反插。樁身混合料要超灌50cm，每米樁長混凝土理論用量0.2m3。6.3.3 完善制度，加

15、強監測制定嚴格的監測制度施工原始采人制與施工隊伍當日完成的CFG樁必須當日交叉簽認，當日完成施工原始表格的填寫，資料整理不過夜，并完成、復核與質檢的簽認手續。在施工過程中，現場管理必須根據每根樁鉆機的搖擺情況，協同樁機操作手根據電流表確定鉆頭是否到達持力層。現場必須真實、準確同時必須要反映3種數據：鉆機抵達持力層樁底標尺讀數、停灰面標尺讀數、電流電壓表數值。隨時填寫CFG樁施工表。加強對鉆機鉆進速度的監測鉆孔開始時，關閉鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面并對準樁位，啟動電機鉆進，鉆孔要先慢后快，施員邊鉆邊鉆桿旋出的碴土。6.3.4 確保鉆機定位準確。加強對成孔施工的監測一般樁有平移偏差和垂直

16、偏差兩種。多由于樁機對位不仔細，地層原因使鉆孔對鉆桿跑偏等原因造成，樁機定位要準確、穩固，鉆機螺旋桿中心線、鉆頭中心線、樁位中心線應保持在一條直線。7、工程應用實例客運專線工程試驗段處于軟土和松軟土等不良地質地區，路堤基底存在一定的壓縮性，需采取相應工程措施處理。其路基鋪設無碴軌道的路基變形控制標準是對路基工程、特別是松軟土地基工后沉降控制技術的新。根據地質條件綜合分析及沉降估算分析，通常的復合地基處理方法如粉噴樁、碎石樁等措施不能滿足無碴軌道路基工后沉降要求。因此，設計采用了CFG樁網復合地基進行加固處理。7.1 地形地貌及地質條件客運專線工程試驗段沿途為剝蝕高階地區，局部為剝蝕殘丘，波狀起

17、伏，地面高程22-40m，高程40-50m，其間地勢平緩開闊。沿線高階地壟崗區上覆第四系更新統沖積層，巖性多為黏土、粉質黏土，硬塑-堅硬，厚5-30m。部分谷地表層為第四系全新統沖積層，為軟塑-硬塑黏土、粉質黏土，局部流塑，厚3-10m。高階地坳溝區部分地段上部為第四系沖積層黏性土夾淤泥質黏土，軟塑-流塑，厚2-5m，Ps=0.58-1.38MPa，Es=2.90-6.04MPa，地基強度低，壓縮變形較大。下伏基巖主要為二迭系灰巖、泥質灰巖及系砂巖、礫巖，多為泥質膠結，部分為鈣質膠結，以紅色為主，全風化-強風化帶厚約10-25m，弱風化帶巖體完整。殘丘區基巖露，為二迭系灰巖，弱風化，巖溶不發育

18、。沿線地表水系發達，溝渠，線路經過地段多為魚塘及農田。水類型為上層滯水，主要賦存于第四系沖積黏性土中，埋深約0.5-6.Om，受大氣降水及地表水補給，隨季節變化。7.2 地基加固設計采用CFG樁網復合地基加固，如下圖5所示。CFG樁直徑為0.5m，正方形布置，樁距一般地段為1.6m，涵路過渡段為1.5m，路橋過渡段為1.4m，局部地段為1.8m。加固深度為4.0-15.7m。樁頂設0.9m(長)0.9m(寬)0.3m(厚)C15鋼筋混凝土樁帽，見圖6。圖5 CFG樁加固地基橫斷面圖圖6 CFG樁網復合地基示意圖施工要點成樁方法根據現場的地質條件以及國內現有的施工CFG樁的機械情況，選擇了五種機

19、械：長螺旋鉆機、振動沉管樁機、旋挖鉆機、沖擊成孔樁機、錘擊沉管樁機，并進行了現場成孔試驗及現場灌注混合料試驗。試驗表明，因地層較硬，振動沉管只能打到地表以下2-3m，很難達到設計深度。錘擊沉管雖然成孔質量較好、效率高，但對鄰樁影響較大。沖擊成孔設備在無水的情況下，對位精確，移動靈活，在砂礫地層中也能成孔。長螺旋鉆機成孔、芯管泵送混合料灌注，成樁速度快，質量好。綜合考慮機械性能、適宜地質條件、對鄰樁影響、成樁質量等7.3.2 試樁，最終確定采用長螺旋鉆機進行工藝性試驗。在CFG樁全面展開施工前，應根據地質情況、樁型及施工機械類型進行試樁。其目的是通過試樁確定樁機配重、拔管速度、施打順序、保護樁長

20、、混合料坍落度等施工參敷，并結合設計地質資料確定可行的終孔標準以指導全面施工。試樁選在DKl230+425(樁距1.5m)、DKl230+419(樁距1.2m)線路左側路基坡腳線外征地紅線內。該處下臥地層為黏土，軟塑-硬塑。試驗選取8根CFG樁，分兩組樁群，四根一組，樁群凈距6m，樁距分別為1.2m和1.5m，正方形布置，見圖7。試樁結果見表4所示。表4CFG樁的試樁結果圖7CFG樁平面示意圖7.3.3 調配混合料CFG樁樁身混合料的原材料應滿足規范標準和設計要求，樁身混合料28天齡期標準立方體抗壓強度不小于15 MPa，按上述改進措施，結合本工程實際情況，在不影響設計強度的條件下對混合料的配

21、合比和水膠比進行調整。具體調整如下表5所示。表5 混合料配合比調整表施工完成后的質量檢測樁身混合料強度現場制作混合料標準立方體試件8組，進行28天標準養護后，經試塊強度檢驗，平均抗壓強度為30.7MPa，全部合格。7.4.2樁身完整性檢測抽取不少于總樁數10的樁進行低應變反射波法檢測樁身的完整性。當樁頂彈性波沿著樁身向下，若樁身存在明顯波阻抗差異的界面(如樁底、斷樁和嚴重離析等部位)或樁身截面積變化顯著(如縮徑或擴徑)的部位，將產生反射波，經接收處理，可識別來自樁身不同部位的反射信息，根據一維應力波振動理論可以獲得樁身混凝土的平均速度、缺陷位置等參數，據此判斷樁身完整性，如右圖8所示。根據實測

22、波形分析計算，部分樁身結構完整性檢測結果見表6。共對525根樁進行了低應變完整性檢測，其中I類樁467根，占被檢測樁數的89.0，類樁58根，占被檢測樁數的11.0，無、類樁，經檢測525根樁完整性均合格。圖8 低應變檢測樁身完整性表6 樁身混凝土結構完整性檢測結果7.4.3單樁承載力檢驗檢驗不少于總樁數的0.2，且每檢驗批不少于3根；單樁承載力(平板荷載試驗)不小于設計值，且樁身壓縮量小于10mm。圖9 單樁承載力檢驗7.4.4復合地基承載力檢驗檢驗不少于總樁數的0.2，且每檢驗批不少于3根；現場試驗采用慢速維持荷載法，采用手動油泵逐級加載，試驗共分10級加載，每級加載量為試驗終止荷載(為設計復合地基承載力sp的2倍)的1/10，第一級按2倍分級荷載加載。卸載分為5級，卸載量為加