后插钢筋笼CFG桩在斜坡地基处理中的应用

黄太武

(海峡(福建)交通工程设计有限公司，福建福州350004)

后插钢筋笼CFG桩在斜坡地基处理中的应用

黄太武

(海峡(福建)交通工程设计有限公司，福建福州350004)

高速铁路对路基稳定及不均匀沉降要求极高，斜坡地段的地基因其水平应力大而极易发生变形破坏，需采取加固措施。本文以合肥至福州高速铁路一斜坡地段路基工点为例，介绍了采用后插钢筋笼CFG桩加固斜坡地基的设计、施工要点及对钢筋笼插入装置的改进。采用的加固方法安全、高效、经济，可供类似工程设计及施工参考。

高速铁路 无砟轨道 斜坡地基 后插钢筋笼CFG桩

高速铁路对路基的稳定及沉降要求极高，尤其是对不均匀沉降。在斜坡上修筑的路基主要形式为半填半挖路基，基底横向介质不均一，易产生较大的水平应力，进而使路基形成不均匀沉降，影响后续无砟轨道的铺设。

后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)通过在CFG桩灌注施工刚完成、桩体材料尚未完全凝固时插入预先制作好的钢筋笼而成桩，对提高桩体上部的整体强度、增加桩体侧向抗力具有明显优势，同时相比钻孔灌注桩而言，又具有成本低的优势。该桩型在市政基坑围护工程及地基加固中已有应用［1］。本文结合合福高速铁路403路基工点的高水平应力斜坡地基的设计与施工，介绍采用后插钢筋笼CFG桩进行地基加固的设计计算方法及施工要点。

1 工程概况

合福高速铁路系双线无砟轨道客运专线，设计时速350 km。斜坡路基工点位于DK590+731.62—DK590+835.00段，前接将口大桥，后接庵源山隧道，路基面宽13.6 m，全长103.38 m，属过渡段路基。线路左侧傍山，右侧下方为旱地、水田，地势左高右低，地面横坡坡率1∶(1.4～2.0)。线路中心地面标高198.46～203.32 m，路肩设计标高199.842～199.141 m。

工点主要地层从上至下依次为:(2)2粉质黏土夹碎石，褐红色，硬塑，厚3.4～5.2 m;(7)1长英角闪片岩，黄褐色，全风化，厚4.5～26.0 m。(7)2长英角闪片岩，灰褐色，强风化，厚2.6～4.8 m;(7)3长英角闪片岩，青灰色，弱风化，厚度未揭穿。地下水主要为孔隙潜水，不发育，地下水无侵蚀性［2］。

本工点属典型的斜坡地基。工点路基左侧挖方，右侧填方。因属过渡段路基，路基本体材料采用级配碎石+3%水泥填筑。由于右侧填方高斜坡地基过陡，地基产生的水平力大，需要采取加固措施。

2 加固设计

2.1 设计要求

①路堤稳定安全系数K:考虑列车荷载(ZK荷载)时K≥1.25，架桥荷载条件下K≥1.15，预压荷载条件下K≥1.15;②工后沉降不宜＞5 mm;③右侧为深谷，需设支挡工程收坡。

2.2 设计计算

地基加固设计计算主要从稳定及沉降两方面考虑。

1)稳定计算

稳定计算采用如下公式［3］

式中:Q为路堤自重，kN/m;P为列车换算土柱荷载，kN/m;α为滑动面与水平面的夹角;φ为滑动面上土体内摩擦角;C为滑动面上土体黏聚力，kPa;L为滑动面全长，m。

2)沉降计算

工后沉降计算采用分层总和法计算，计算公式为式中:s为最终沉降量;ψ为沉降计算经验系数;ψe为桩基等效沉降系数(C20钻孔灌注桩加固处理沉降计算用);p0为换填底面处附加应力，kPa;zi，zi－1分别为换填底面或钻孔灌注桩桩端至第i层、第i－1层土底面的距离，m ;分别为换填底面或钻孔灌注桩桩端计算点至第i层、第i－1层土底面范围内平均附加应力系数;Esi为换填底面下第i层土的压缩模量，MPa。

计算中压缩模量取值分别为:(2)2粉质黏土，Es=5 MPa;(7)1长英角闪片岩，全风化，Es=8.5 MPa。CFG桩加固区取复合地基压缩模量，复合地基分层与天然地基相同。本工点计算中需要分别计算路基左右侧及中心的工后沉降。

2.3 方案选择

在方案比选中首先考虑采用C20钻孔灌注桩，桩身为C20钢筋混凝土现场浇筑，桩径0.6 m，桩间距2.0 m，桩长12.5～25.5 m，嵌入强风化层0.5 m。钻孔灌注桩加固方案可靠，但成本高。经比较改用后插钢筋笼CFG桩加固，桩径0.5 m，桩间距1.8 m，桩长与钻孔灌注桩相同，钢筋笼长度进入计算滑面以下3.0 m。为确保路基的整体稳定，在后插钢筋笼CFG桩上增设了筏板，典型设计断面图见图1。本工点采用后插钢筋笼CFG桩加固，相对钻孔桩成本节约近30%。

图1 典型断面加固处理设计(单位:m)

3 施工流程及施工装置改进

采用后插钢筋笼CFG桩进行高水平应力斜坡地基处理的施工工艺流程见图2。整个工点施工完毕后，待桩土混合料强度达到龄期强度的80%后，清除桩顶保护土层，凿除桩头至设计桩顶标高，再进行桩基常规检测［4］。

该种桩型施工工艺在桩体材料制备、成孔及灌注等方面与普通CFG桩施工工艺基本相似［5-6］，主要增加了钢筋笼的制备及钢筋笼插入两道工序。

本次施工中对插入钢筋笼的设备进行了改进并开发了平板振动插入器［7］，对钢筋笼底部构造也进行了改造。在常规平板振动器下部焊接一块底板，然后在底板中间焊接一根垂直的钢管。钢管外径8～10 cm，长度根据钢筋笼的长度确定，一般取8～15 m。钢管端部封闭，钢管上部根据钢筋笼的长度焊接2块铁块卡销，铁块尺寸5 cm×5 cm×5 cm。平板振动插入器底部的钢管穿入钢筋笼中，置于钢筋笼底部的锥笼中心(钢筋笼底部间隔抽取3根钢筋弯曲焊接成锥笼)，钢筋笼顶部利用在钢管上焊接的2个突出的铁块卡销卡住上部3根径向钢筋(图3)。通过该装置与钢筋笼连接，然后垂直起吊，利用激震力下放钢筋笼至设计深度。

利用此改进装置，可以较好地将钢筋笼插入至设计深度。

图2 后插钢筋CFG桩施工工艺流程

图3 平板振动插入器插入钢筋笼示意

4 结语

该工点施工完成后，经自检及第三方质检各项指标合格，路基状况良好。利用后插钢筋笼CFG桩进行高水平力条件下斜坡地基的加固处理，施工安全、高效，成本低，在高速铁路斜坡地基处理中不失为一种有效的尝试，但尚需进一步加强内部受力状态的试验测试及数值分析，为更有效地配置钢筋笼提供技术支撑。

［1］汪国锋．长螺旋成孔压灌混凝土成桩后插钢筋笼施工工艺及配套装置在北京地铁施工中的应用［J］．地质装备，2007 (5):27-29．

［2］王抒阳，何文春．合福高速铁路DK590+731.62—DK590+ 835.00深路堑及陡坡路基施工图［Z］．武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2010．

［3］铁道部建设司．铁路工程设计手册·路基［M］．北京:中国铁道出版社，1992．

［4］铁道部工程管理中心．客运专线铁路地基处理技术手册［M］．北京:中国铁道出版社，2009．

［5］曾召田，吕海波，尹闯，等．CFG桩复合地基加固机理及工程实例分析［J］．铁道建筑，2014(1):79-81．

［6］雷通文，郭兴文．既有铁路高边坡挖方施工防护技术［J］．铁道建筑，2014(7):103-105．

［7］叶春林，黄太武，何文春，等．后插钢筋笼CFG桩成桩工法专利文件［Z］．武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2011．

(责任审编李付军)

U416.1+4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．04．29

1003-1995(2015)04-0110-03

2014-09-15;

2014-10-27

黄太武(1973—)，男，湖北利川人，高级工程师。