褥垫层施工技术在地基处理中的应用

谢文联

（中铁三局集团，河北 燕郊 065201）

近年来随着高速铁路的建设，软土地基处理的施工工艺得到较好的发展，处理技术日趋成熟，新建铁路哈尔滨至大连铁路客运专线中CFG桩与褥垫层的结合共同构成复合地基，就很好地解决了软土地基的处理问题。

1 工程概况

新建哈尔滨至大连客运专线纵贯东北三省，线路全长904.266km，工程总投资概算980亿元。D1K458+997.38～D1K460+700段路基位于西孤家子特大桥与新铁岭车站之间，地形平坦，地势开阔。本段路基普遍分布第四系统粉质黏性土，淤泥质粉质黏土、细砂、中砂、砾砂、细园砾土，由于黏性土的空隙比较大且呈软塑状态，粉土呈松散、饱和状态，基本承载力小于150 kPa，为松软地基。松软地基一般分布在地表以下15 m之内，局部地段较深，地表多为水稻田。本段路基长1702.62 m，采用CFG桩进行地基处理，在CFG桩上填筑厚度为0.8 m的褥垫层，与CFG桩共同构成复合地基。

2 施工步骤及施工方法

2.1 施工准备

施工前，采用小型挖机清除CFG桩桩间土，并且CFG桩头已凿平并至设计标高，CFG桩经小应变检测合格后即开始进行褥垫层的施工。

2.1.1 材料要求

砂、碎石运至现场指定地点，砂垫层采用级配良好的中、粗砂，不含草根、垃圾等杂质，其含泥量不得大于5%。碎石垫层采用未风化的干净砾石或碎石，其最大粒径不得大于50 mm，含泥量不得超过5%。碎石垫层颗粒级配应采用5 mm～31.5 mm的连续级配碎石。

土工格栅规格及性能符合设计要求，运至工地后应分批整齐堆放在料棚内，防止日晒雨淋，并保持料棚通风干燥，并不得长时间受阳光直接曝晒。

2.1.2 褥垫层示图

褥垫层示图解析见图1。

在CFG桩顶设计标高以上填筑级配碎石下承层，碎石垫层施工采用自卸汽车运至现场指定地点，装载机、平地机整平，压路机碾压，压实厚度为20 cm，碎石以上铺设双层土工格栅，土工格栅不得直接接触碎石垫层，应在土工格栅上下及两层土工格栅之间铺设10 cm厚的中粗砂保护层，且中粗砂保护层采用压路机静压压实，中粗砂保护层以上填筑30 cm（压实厚度）厚碎石垫层。

图1 褥垫层示图

2.1.3 测量放线

测量依据线路中心线、地面高程、路基横断面每50 m进行线路两侧及中线放样，并用白灰撒出褥垫层铺垫的范围。测量误差必须符合客专施工测量的有关规定，测量工作必须执行复合制。

2.2 摊铺整平第一层碎石垫层

根据每车碎石的方量，采用划格布料，挂线定高方法进行，由专人指挥卸料，使每车对应一个方格。填料摊铺使用装载机初平，要保证每一车料及时摊平，再用平地机进行终平，摊平厚度采用挂线控制，虚铺厚度为24 cm～25 cm。保证摊铺面在纵向和横向平顺均匀。

根据分成作业要求，选择压路机进行碾压，确保压实达到设计的要求。压实顺序应先两侧后中间，先慢后快，先静压后弱振的操作程序进行碾压，不得强振以免破坏CFG桩头。采用半轮碾压法，压路机的速度不超过4 km/h，一般情况下碾压6遍应可满足要求。

2.3 摊铺整平第一层砂垫层

碎石垫层检验合格后，开始铺设第一层砂。卸料之前要计算每一车砂的方量，采用画格布料，挂线定高的施工方法，由专人指挥卸料，使每一车对应1个方格。填料摊铺平整使用装载机进行初平，并保证每车料及时摊平，再用平地机终平，采用挂线的方法控制摊平厚度，虚铺厚度控制在13 cm。保证摊铺面在纵向和横向平顺均匀。

根据作业要求，选择压路机进行碾压，确保压实达到设计的要求。砂垫层在13 cm厚度时压路机很难走行，可采用18t压路机进行静压，压实遍数为1遍。然后人工用自制工具对部分拱起部分进行刮平。

2.4 铺设第一层土工格栅

土工格栅垂直线路方向展开铺设，摊铺时拉直平顺，紧贴保护层，不得扭曲、褐皱等，在受力方向联接处的强度不低于材料设计抗拉强度，且搭接长度不小于30 cm；土工格栅布设时，用绑扎带将相邻两层土工格栅固定，铺设土工格栅的砂层表面平整，不得有坚硬的凸出物。土工格栅铺好后，不得移动。严禁重型机械直接在土工格栅上行走和作业。

2.5 摊铺整平第二层砂垫层

第二层砂摊铺时禁止料车直接在土工格栅上行走，要先在接头处用装载机和人工铺设砂子，以起到保护土工格栅的作用。填料摊铺平整使用装载机进行初平，再用平地机进行终平，摊铺厚度采用挂线控制，虚铺厚度为13 cm。保证摊铺面在纵向和横向平顺均匀。

使用压路机进行碾压，确保压实达到设计的要求。采用18t压路机进行静压，压实遍数为1遍。然后人工用自制工具刮平拱起部分，进行下道工序施工。

2.6 铺设第二层土工格栅

土工格栅垂直于线路方向展开铺设，铺设时拉直平顺，紧贴砂层，不得扭曲、褶皱等，搭接长度不小于30 cm；上下层土工格栅接缝应交替错开，错开距离不宜小于0.5 m。用绑扎带将相邻搭接的土工格栅固定，铺设土工格栅的砂层表面平整，不得有坚硬的凸出物。土工格栅铺设完成后严禁重型机械直接在土工格栅上行走和作业。

2.7 摊铺整平第三层砂垫层

第三层砂摊铺时禁止料车直接在土工格栅上行走，先在接头处用装载机配合人工铺设砂子，以起到保护土工格栅的作用。填料摊铺平整使用装载机进行初平，再用平地机进行终平，摊铺厚度采用挂线控制，虚铺厚度为13 cm。保证摊铺面在纵向和横向平顺均匀。采用18 t压路机静压1遍，人工对局部不平整地段采用自制工具刮平。

2.8 摊铺整平第二层碎石垫层

填筑第二层碎石的时候，同样需要先用装载机先铺设一条具有一定厚度的进料口，并保证每车料及时摊平，下一车沿着前一车铺设的路进入场地卸料。使用推土机初平，再使用平地机进行终平，摊铺厚度使用挂线进行控制，虚铺厚度控制在35cm～36cm，并保证摊铺面在纵向和横向平顺均匀。

根据分成作业要求，选择压路机进行碾压，确保压实达到设计的要求。压实顺序应先两侧后中间，先慢后快，先静压后弱振的程序进行碾压。采用半轮碾压法，并且压路机的速度不超过4 km/h，由于砂垫层很难压实，所以第二层碎石垫层需要碾压的遍数要多一些，可以根据相邻两遍碾压的高差判断，当高差很小时可以自检。一般情况下，碾压6遍应可以满足要求。

3 褥垫层的作用

3.1 确保桩、土共同作用

若路基基底下面不设褥垫层，路基直接与桩和土接触，在垂直荷载作用下，桩承受较多的荷载，随着时间的增加，桩发生一定的沉降，荷载逐渐向软土转移，桩承担的荷载随时间增加逐渐减少。

对CFG桩复合地基，当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生变形，桩的模量远比土大，桩比土的变形小，由于在基础下设置0.8 m厚度的褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，褥垫层的材料不断补充到桩间土上，借助褥垫层的调整作用，在垂直荷载作用下桩与土共同承担。

3.2 有效调整桩、土应力比

由于CFG桩的桩身模量远大于桩间土，一般桩土应力比较大，但是通过褥垫层的作用，可以有效减小应力比，这样充分发挥CFG桩的作用，随着褥垫层厚度增大，桩、土的应力比减小，最后趋向于一定值，较好地发挥桩和土的承载力达到降低工程造价的目的。

3.3 改善路基基底的受力状态

由于CFG桩属于半刚性、刚性桩，当不设计褥垫层时，桩对基础的应力集中很明显，这时就要考虑桩对路基基础的冲切破坏，当褥垫层厚度在0.8 m左右时，桩对路基基础的应力集中明显减小，确保桩与桩间土共同受力。

3.4 调整地基变形

褥垫层厚度的调节可以影响桩土荷载的分配，根据这一原理，在CFG桩复合地基的应用中，可以通过调整褥垫层的厚度来消除地基的不均匀性，使桩与桩间土协调变形。褥垫层的存在可有效减少桩体中的应力，这对低强度CFG桩有很重大的意义，因为低强度桩在荷载的作用下，桩体剪切往往发生在浅部，它减少了桩体破坏的可能性，使复合地基能够充分地发挥承载能力。

4 褥垫层施工中应注意的问题

褥垫层铺设应在CFG桩体施工完成后，清除桩间土和桩头截至桩顶设计标高，CFG桩静载荷试验和低应变检测完成且满足设计要求后再进行，施工时严禁将桩头埋入褥垫层内。

褥垫层材料一般为粗砂、中砂，碎石，但是不宜选用卵石，卵石的咬合力弱，施工扰动容易使褥垫层厚度不均匀，虚铺完成后的褥垫层根据厚度及分布面积采用静力压实至设计厚度，机械碾压施工中应注意防止出现“橡胶土”或“翻浆”现象，若出现应将褥垫层及受扰动的土层挖掉，重新处理。

5 结束语

通过以上的分析及工程实践可知，在CFG桩复合地基中通过褥垫层技术使桩和桩间土的应力分别达到调节和协调，减少了路基基础的应力集中和减少了桩顶应力集中的作用，而且褥垫层的设置使复合地基中桩与桩间土共同作用，并充分发挥了复合地基中桩间土的作用，降低了工程造价。