客运专线CFG桩网结构加固地基施工工法

1客运专线CFG桩网结构加固地基施工工法中铁十九局集团第五工程有限公司路桥二公司任泽华韩刚一、前言随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，复合地基由于其充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。新建武广铁路客运专线路基工后沉降要求严格，沉降主要取决于地基的沉降，设计上采用CFG桩网结构复合地基进行加固处理。CFG桩即水泥、粉煤灰、碎石桩，属于刚性地基加固桩，桩网复合结构是在桩顶设一定厚度的褥垫层，层内加铺一层或多层双向土工隔栅。受力过程中，下部土体得到竖向增强体“桩”的加强，在桩顶得到水平向增强体“网”的加强形成复合地基加固区，不仅能很好地发挥桩的侧阻作用，同时也能很好的发挥其端阻作用，使网—桩—土三者协同作用，整体共同承担上部荷载。具有沉降变形小而且完成快、工后沉降较易控制、稳定性高、施工方便等优点。本工法是我单位在武广客运专线XXTJV标DK1986+990～DK1989+500段施工经验基础上，经归纳和总结而形成的。二、工法特点1、操作性强，质量易于控制、进度易于控制的优点。2、施工机械化程度高，施工进度快。3、施工低噪音、无泥浆污染，且施工效率高。4、通过褥垫层的设置，保证桩问土始终参与工作，与传统的桩基相比，桩的数量可大大减少，且CFG桩不配筋，桩体利用粉煤灰和石屑做为掺合料，大大降低了工程造价。5、通过改变桩长、桩距、褥垫层厚度和桩体配比，能使复合地基承载力幅度的提高有很大的可调性。6、沉降变形小而且完成快、工后沉降较易控制、稳定性高、施工简单、造价低、承载力提高幅度大、适用范围较广、社会和经济效益明显等特点，可广泛应用于各类工程的地基处理和加固。三、适用范围1、适用于客运专线地基软弱，承载力不足，需进行地基加固处理的路基工程。2、适用于客运专线对路基工后沉降限制严格，而地基本身沉降不足以满足设计要求的路基工程。3、适用于客运专线路基过渡段处的地基加固处理。4、适用于公路、铁路等各类工程的地基处理和加固。四、基本原理CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称(即cementfIying-ashgravelpile)。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间士、褥垫层一起形成桩网结构复合地基。CFG桩桩网结构通过褥垫层与路基相连接，无论桩端落在一般土层还是淤泥土质均可保证桩间土始终参与工作。由于桩间土的强度及模量比桩间土大，在荷载作用下桩顶应力比桩间土的应力大，桩可承受的荷载向深的土层传递并相应减少桩间土承载的荷载。桩体是由机械成孔后将搅拌好的砼利用泵机打入孔中，在拔管的过程中利用高差产生的重力将混凝土自振捣效果，这样不仅在成桩的过程中不仅挤密桩间土还挤密桩身，使其具有水硬性，使处理后的复合地基的强度和抗变形的能力明显提高。在复合地基中，路基本体和桩间土之间设置一定厚度的散体粒状材料和土工格栅材料组成的褥垫层，是地基的核心部分，是否有褥垫层对地基的承载能力有很大的影响，若不设置褥垫层，复合地基和普通的桩基础相似，桩间土的承载能力难以发挥。只有设置了褥垫层，桩间土承载能力才能发挥出其潜在的作用。其CFG桩网结构加固地基剖面图见图1。2图1CFG桩网结构加固地基剖面图五、施工工艺流程及操作要点（一）施工工艺流程CFG桩网结构主要由两部分组成，即路基底面以下的CFG桩和路基底面铺设的由土工合成材料与碎石等组成的加筋褥垫层。CFG桩网结构加固地基施工工艺见图2。图2CFG桩网结构加固地基施工工艺框图（二）施工方法及操作要点干砌片石厚0.3m碎石垫层厚0.6m双向土工格栅（≥80KN/m）CFG桩1:1.5钻孔至设计标高泵压混合填料拌和混合填料抽取混合填料样品制作试块移机至下一桩位均匀拔管至桩顶桩机就位施工放线CFG桩工艺试验配合比试验截桩头处理桩帽施工（设计如有）桩身完整性检测复合地基承截力检测褥垫层施工褥垫层指标检测褥垫层试验段褥垫层材料设计及试验31、CFG桩施工CFG桩施工方法可采用振动沉管灌注和长螺旋成孔管内泵压混合料灌注两种方法，具体应根据工程的地质情况及机具的适应性合理选择，施工方法选择是否合理，直接关系到施工的质量、进度和成本。我单位根据韶关地区的地质条件选择长螺旋成孔管内泵压混合料灌注法施工，在此仅就该方法操作要点作详细的介绍。（1）场地平整施工前根据设计基底平面并结合CFG桩机对场坪的要求，采用机械平整至CFG桩顶标高以上50cm（50cm作为工作垫层），表面做成2%排水横坡，用YZ26T振动压路机碾压密实，压实度大于等于90%，四周人工开挖临时排水沟。（2）CFG桩工艺试验在CFG桩大面积施工前，在现场选一块场地进行试桩，以检验设备、工艺是否适宜，确定选用的技术参数是否满足设计要求，并对按设计要求（桩径、桩长、桩距）制成的桩进行单桩承载力、复合地基承载力、砼强度及桩身完整性试验，根据试验结果，复核、修正设计，并与设计单位进行沟通。（3）测量放样根据CFG桩位平面布置图，用全站仪测量放出线路的中心线，再采用经纬仪及钢尺放出每个桩的桩位，在桩位中心打入钢钎或竹钎（埋入地面，防止钻机移位时破坏），用白灰标明，并作编号记录。（4）钻机就位钻机就位后，应使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。现场控制采用在钻架上挂垂球的方法测量该孔的垂直度，也可采用钻机自带垂直度调整器控制钻杆垂直度。每根桩施工前现场工程技术人员进行桩位对中及垂直度检查。满足要求后，方可开钻。（5）钻进成孔钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动马达钻进，一般先慢后快，钻进速率为1m-1.2m/min，避免形成螺旋孔，成孔至设计深度，并确保桩端在持力层上并满足设计要求。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则容易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。判断钻孔至设计深度的方法：在钻机塔身上每隔0.5m做醒目标记，当动力头底面到达设计要求深度标记处时，桩长即满足设计要求。施工时还应该考虑施工工作面的标高差异，做相应增减。判断钻头是否到了持力层一般有两种方法：一是在桩机驾驶室观测电流的变化。钻机开始钻孔及软弱地层钻孔时，电流表指针在50MA~70MA安，当钻头遇到持力层时，瞬间的电流将增大到120MA以上，同时电压下降。此时，应判定钻头已达到持力层（电流应通过工艺试验确定，并根据不同的土质有不同的值）。二是在钻机旁直观观察。当钻头到达持力层时，钻杆上部的动力头发生颤动和轻微的摆动，钻机的动力明显减弱，此时，应判定钻头已达到持力层。（6）混合料的拌合及运输为了保证混合料的质量，混合料搅拌采用拌和站集中拌和，按照配合比进行配料，每盘料搅拌时间按照普通混凝土的搅拌时间进行控制。一般控制在90～120秒，具体搅拌时间根据实验确定，电脑控制和记录。混合料出厂时塌落度可控制在180mm～200mm。混凝土搅拌运输车集中运输到施工现场。（7）灌注及拔管钻孔至设计标高后，停止钻进，由现场指挥员通知钻机停钻并开始泵送混合料灌注，当钻杆芯管充满混合料时开始提拔钻杆，严禁先提管后泵料。成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料缓慢而导致停机待料。根据孔径及输送泵的泵送量准确掌握提拔钻杆时间，确保混合料泵送量应与提钻速度相配合，并保持连续灌注。施工桩顶高程宜高出设计高程30～50cm，每根桩的投料量应不小于设计灌注量。灌注成桩完成后，桩顶盖土封顶进行养护。4（8）整机移位一根桩灌注达到控制标高后进行下一根桩的施工时，采用“跳桩”法，即隔排又隔列施工。施工时由于CFG桩排出的土较多，经常将邻近的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩的位置进行复核，保证桩位准确。2、截桩与桩帽施工(1)截桩施工CFG桩施工完毕后3-7天左右即可进行截桩头施工，其施工工艺为：桩间土清除→截桩→成品保护。清除桩间土采用60挖掘机配合人工进行。首先采用挖掘机沿桩间方向由一端后退着清土，清土时专人指挥，防止挖掘机碰撞CFG桩体。清土预留至少20cm人工找平，以保护桩间土不受扰动。清土后随即进行桩头的凿除工作，在设计标高处用钢钎沿径向楔入桩体，直至上部桩体断开，桩顶采有小钎修平。截桩时严禁用重锤或重物横向击打桩体，桩头表面不可出现斜平面。若因截桩造成桩顶开裂、断裂，按桩基混凝土接桩规定，断面凿毛，刷素水泥浆后用高一级混凝土填补并振捣密实。截桩施工完毕后，要做好成品保护工作，禁止车辆在其上通行，同时做好排水措施，以保护桩间土不被扰动。（2）桩帽施工当加固区表层为较软的松软土、软黏土时，CFG桩顶需增设桩帽，以增大受力面积，提高复合地基承载力。桩帽施工按常规的砼施工工艺进行，但施工时特别注意以下几点：①桩帽土方开挖后，将CFG桩按要求凿至设计标高，桩顶面要平整、露出新鲜砼面。破桩头后必须按规定的频率进行桩基的无损检验，检验合格后，方可进行桩帽砼施工。②桩帽施工前必须规化好施工线路，以保证不扰动或少扰动桩间土。③砼运输车严禁在开挖后的桩间土上行走，确保桩间土不受到破坏。④桩帽施工后，要做好成品保护工作，禁止车辆在其上通行，同时做好排水措施，以保护桩间土不被扰动。3、加筋褥垫层施工加筋褥垫层由碎石垫层及其间的土工合成材料（土工格栅）组成，根据武广客专的要求，其结构分布为：由下至上为25cm（碎石）＋5cm（砂）＋双向土工格栅＋5cm（砂）＋25cm（碎石）。（1）褥垫层填料设计及试验段施工根据设计及规范的要求，通过室内填料级配试验及击实试验确定适宜的碎石垫层填料的配合比设计，并取得级配曲线范围、最大干密度、最佳含水量等相关参数。褥垫层正式施工前，应进行试验段施工，以确定机械组合、施工工艺、施工方法、虚铺系数、碾压等技术参数，用于指导大面积的施工。（2）底层碎石施工按配合比要求，将碎石料厂拌后用自卸汽车运至现场反卸料，推土机推平后，人工配合平地机精平，在最佳含水量时用压路机按试验段确定的碾压工艺碾压密实，并进行K值、n值、Evd值的检测。（3）砂层及土工格栅施工在底层碎石垫层上进行第一层砂垫层施工，砂垫层采用天然中粗砂，厚度为5cm，人工采用刮杠法摊铺整平。铺完后采用压路机静压2遍。在第一层砂垫层上铺设土工格栅，铺设时沿路基横向铺设，搭接宽度不小于50cm，铺设时路基坡脚两侧预留2m回折长度。土工格栅铺设完成经监理工程师验收合格后，开始进行第二层砂垫层施工，铺设完后采用压路机静压2遍。（4）上层碎石施工5砂垫层静压后，将土工格栅进行回折，回折长度不小于2m，报监理验收合格后，便可进行上层碎石垫层施工，其填筑方法与底层碎石垫层填筑方法一致。六、主要材料1、CFG桩体材料：桩体原材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥配合而成，材料必须满足C15砼的要求。水泥选用PO32.5级及以上的普通硅酸盐水泥，混合料28天龄期标准试块抗压强度不小于C15混凝土标准。施工前应由室内试验室进行配合比试验，施工时按配合比配制混合料。成桩过程中，应抽样做混合料试块，每台机械每天至少应做一组（不少于3块）试块，标准养护，测定其抗压强度。2、土工格栅：采用双向高强涤纶经编土工格栅，其双向抗拉强度大于80KN/m，对应伸长率≤10%，幅宽不小于5m。其高强涤纶用量大于360g/m，外涂层重量大于90g/m，总重量大于450g/m，幅宽5m，网格尺寸25.4×25.4mm。3、碎石垫层：复合地基加固桩顶部的褥垫层一般选用未风化、级配良好的碎石，不含植物残体、垃圾等杂质，含泥量不得大于5%，最大粒径不大于25mm。七、机具设备主要机械设备配备见表1。表1CFG桩网结构复合地基主要机械设备表序号名称规格单位数量备注1步履式螺旋钻机ZKL800BD台1CFG桩施工设备（表列为一台螺旋钻机配套设备，可根据实际工程量调整数量。）2混凝土泵HBT60台13自卸汽车15t辆满足需要4挖掘机小松60型台15发电机200KW台16混凝土搅拌站HLS50型套17混凝土运输车6m3辆28装载机ZL-50台29压路机YZ-26台1褥垫层施工设备10平地机PY