用CFG桩处理铁路软弱地基施工技术

　　一、前言

 

　　CFG桩处理铁路软弱地基施工技术现在已经成为了铁路施工中的重中之重，是专业人士不断探寻的主要技术。

 

　　二、GFG桩概述

 

　　CFG桩是英文CementFly-ashGravelPile的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。

 

　　1.适用范围

 

　　（一）长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的桩土.

 

　　（二）长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩，适用于粘性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地.

 

　　（三）振动沉管灌注成桩，适用于粉土、粘性土及素填土地基.

 

　　2.材料要求

 

　　（一）混凝土、混凝土外加剂和掺和料：缓凝剂、粉煤灰，均应符合相应标准要求，其掺量应根据施工要求通过试验室确定.

 

　　（二）严格按照配合比配制混合料。

 

　　（三）长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工的坍落度宜为160～200mm，振动沉管灌注桩成桩施工的坍落度宜为30～50mm，振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm.

 

　　（四）长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与拔管速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料；沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制，拔管速度应控制在1.2～1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度应适当放慢。

 

　　三、CFG桩在铁路软地基中的应用

 

　　CFG桩，（水泥粉煤灰碎石桩），是在碎石、石屑、砂石和粉煤灰中掺适量的水泥加水拌和，用各种成桩机械在地基中制成强度等级为C5～C25的桩。处理方法是通过在碎石桩体中添加以水泥为主的胶结材料，使桩体获得胶结强度，并从散体材料桩转化为具有某些柔性桩特点的高粘结强度桩。

 

　　CFG桩适用于处理粘性土、粉土、砂土和淤泥质地基，既可用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土：当CFG桩用于前者时，承载力的提高既有挤密作用，又有置换作用；当CFG桩用于后者时，承载力的提高只与置换作用有关。

 

　　CFG桩和其他复合地基的桩型相比，其置换作用很突出，这是CFG桩的一个重要特征。CFG桩在建筑、市政、高速公路等工程中已有广泛应用。以前在铁路工程中较少应用，近期在客运专线中大量使用，已成为处理客运专线软基的主要加固措施。市政工程中根据工程条件选用合适的地基加固措施，对于工程安全至关重要。资料分析表明，CFG桩在我国市政工程中应用很广，在地基处理工程中占了较大比重，有必要加强对其设计方法和加固效果的研究，以确保其在市政工程中的成功运用。

 

　　四、CFG桩的加固原理

 

　　CFG桩加固软弱地基主要有两种作用：桩体作用和挤密作用。

 

　　CFG桩是具有一定粘结强度的桩，在外荷载作用下，桩身不会向碎石桩那样出现鼓涨破坏，并可全桩长发挥侧摩阻力，桩落在好土层上具有明显的端承力，桩承受的荷载通过桩周的摩阻力和桩端阻力传到深层地基中，其复合地基承载力可大幅提高。CFG桩介于碎石桩和钢筋混凝土桩之间。与碎石桩相比，CFG桩桩身具有一定的刚度，不属于散体材料桩。与钢筋混凝土桩相比，桩体强度和刚度比一般混凝土桩小得多。这样有利于充分发挥桩体材料的潜力，降低地基处理费用。CFG桩常采用地方材料，因地制宜配制低强度混凝土

 

　　1.桩体的排水作用

 

　　CFG桩在处理饱和粉土和砂土地基的施工中，由于成桩过程中的震动作用（螺旋转成孔有震动作用），会使土体内产生较大的超静孔隙水压力。刚刚施工完的CFG桩将是一个良好的排水通道，特别是在较好透水层上面还有透水性差的土层覆盖时，这种排水作用更加明显，孔隙水沿着刚完工的桩体向上排出，直至CFG桩体结硬为止。这种排水过程可延续几小时。这样的排水现象不会影响桩体的强度，反而对减小因孔压消散太慢引起地面隆起和增加桩间土的密实度大为有利。

 

　　2.震动挤密作用

 

　　CFG桩施工利用螺旋转动法施工，由于其震动作用，将会对桩间土产生扰动和挤密，特别是对高灵度土，会使其结构强度丧失，强度降低。成桩结束后，随着恢复期的增长，结构强度逐渐恢复，新的结构强度的形成，桩间土的承载力有所提高。

 

　　五、用CFG桩处理铁路软弱地基施工技术

 

　　1.原地面处理

 

　　因为复合地基中桩间土也要参与部分受力，所以对于原土应尽量避免扰动，防止因水浸、人工后期回填、施工渣土污染等原因带来的承载力下降。首先，原地面应使用推土机、平地机等施工机械清理腐植土、垃圾等，将地面高程降至设计高程上约50cm（预留CFG桩桩头）处，整体地面向低处设置1%-2%坡度，用压路机碾压密实达到设计要求或密实度90%以上。其次，四周做好截、排水沟，水沟应距离路基加固线大于3m，防止存留水浸泡路基。测放桩位，场地内用竹签标识桩位，加固区外设置控制桩位，长螺旋钻机进场就位，准备施工。

 

　　2.混合料配合比选定

 

　　首先进行当地料源调查，重点为当地大型矿场、钢厂和火电站等厂家，根据CFG桩特点选用废弃粉煤灰、炉渣、矿渣、尾矿、石屑等废弃材料进行混合料配合比材料选定。其次根据长螺旋钻孔、管内泵压的施工条件，配合比的坍落度、缓凝时间、保水性、流动度等应满足泵送等条件试配合格的混合料。沪宁城际铁路CFG桩一般按C15砼强度进行配合比设计，塌落度一般控制在160mm～200mm。

 

　　3.施工前试桩

 

　　在大面积施工前必须对施工工艺进行试桩，取得一些必要的参数，以便控制指导后续的施工。首先根据地质报告，选择具有代表性的地段进行准备，试桩数量一般选择长度具代表性的10～15根，根据实际施工情况，如混凝土供应速度、地质情况、泵车单位时间泵送量、长螺旋钻机功率等情况确定钻进速度、拔管速度、泵送压力、钻孔是否间隔跳打等数据，依据试桩的各种数据制定施工工艺，指导后续施工。

 

　　4.拔管控制要点

 

　　首先钻至设计高程后严禁先提管后泵送，防止桩尖形成虚土，以减少桩受力后沉降，提高桩的承载力和减少地基变形。其次严格依据试桩数据控制泵送压力和提管速度，防止泵压过大或过小造成扩径和缩径；防止提管过快形成桩体空洞和桩径缩小，提管过慢造成泵压增大。

 

　　六、结束语

 

　　CFG桩处理铁路软弱地基的施工技术作为铁路工程的主要技术，已经被普遍使用，而对于其技术更好的处理，也在不断的更新和完善。使得铁路工程质量更加有了保障。

 

　　参考文献

 

[1]黄绍铭、高大钊.软土地基与地下工程（第二版）[M].中国建筑工业出版社.2005（5）：90-93.
 

[2]郭庆海.高速公路防止桥头跳车若干措施的应用[J].海南科学.2005（6）：77-80.