CFG桩复合地基在高速铁路路基中的应用

王 七 龙

(中建交通建设集团有限公司，北京 100142)

高速铁路路基构建是土建的施工过程中的重要环节，路基的地基处理和路堤填筑质量将直接影响高速铁路线路的稳定性[1,2]。为保证高速铁路行车安全及乘坐舒适度，路基工程施工后沉降和不均匀沉降都不能超限[3]。因此，路基施工过程中遇淤泥、淤泥质粘土及淤泥质砂层等软弱土层时，必须采用复合地基处理技术[4]。软土层具有富水性强、压缩性高、抗剪强度低、渗透性低等特点[5]，高速铁路软土路基地基处理总体上分为置换法、排水固结法、复合地基法、特殊结构法等[6]。近年来，针对我国高速铁路建设过程中遇到的特殊地质条件，新型复合地基处理方法也得到较大的发展。复合地基刚性桩和柔性结构形成“桩网结构”，具有承载能力高、基底应力分布均匀、抗不均匀沉降能力强、稳定性高等优点，目前广泛应用于高速铁路软土地基处理中。本文针对厦深铁路Ⅳ标六工区潮汕车站工点路基软土层多次交替沉积、沉积层序较乱等特点，介绍了CFG桩复合地基加固技术在路基构建中的应用，为类似工程提供参考。

1 工程概况

厦深铁路(广东段)Ⅳ标工程六工区为DK205+745.747～DK212+400桩号区间，线路长度6.654 km。该工区潮汕车站全长2.885 km，是厦深线重点工程之一。潮汕站沿线广泛分布高塑性、低强度的软土层，属不良地质条件，为满足路基工后沉降控制技术要求，施工中应加强地基处理，严格控制工后沉降。站场软基处理作为关键工作不仅影响工程施工的进度，同时其施工质量将直接影响到路基的稳定性、整体工程的营运安全及工程的经济性。为避免地基不均匀沉降，站场范围内软基采用CFG桩加固处理。

2 工程地质条件

3 CFG复合地基加固技术

3.1 CFG桩加固原理

CFG(Cement Flyash Gravel)桩即水泥粉煤灰碎石桩，加固处理后，CFG桩体与桩间土协同承载构成复合地基，其承载能力可达到200 kPa以上。CFG桩型复合地基由CFG桩、桩间土和褥垫层三部分组成[7]。在褥垫层作用下，无论桩端是否进入坚硬土层，均可保证桩间土始终发挥承载能力，同时，由于桩体强度与模量均大于桩间土，桩体承受荷载较大，桩体可将荷载向深部土层传递，这样使复合地基承载能力大大提高。CFG桩无需配筋、桩体利用工业废料粉煤灰作为掺合料，可明显降低工程造价。

3.2 CFG桩布置

路基下伏软土层采用CFG桩复合地基加固，CFG桩设计桩长18 m～20 m，桩径0.5 m，桩距1.2 m，呈梅花形布置，桩顶设置0.5 m厚级配碎石垫层，期间铺设两层土工格栅，即褥垫层，站场软土层加固CFG桩布置图详见图1。桩身采用普通硅酸盐水泥，粉煤灰与石屑拌和灌注，要求桩体进入持力层深度不小于2.0 m，桩身强度不小于5 MPa。CFG桩、桩间土与上部铺设碎石夹土工格栅褥垫层构成复合地基。

4 施工工艺及保障措施

4.1 施工准备及试桩

4.2 施工材料及方法

CFG桩混合料由水泥、砂、碎石、粉煤灰及外加剂组成，其配合比由实验室配方结合现场试桩试验综合确定。水泥通常采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，不得采用PC粉煤灰复合水泥，粉煤灰等级为Ⅱ级，砂需采用干净粉细砂，不得含泥，添加剂包括三乙醇胺，木质素碳酸钙等。混合料实验室配方一般控制为：1 m3混合料加水泥320 kg、碎石1 100 kg、砂730 kg、粉煤灰62 kg，外加剂掺量一般控制为水泥质量的5‰左右。目前，CFG桩施工方法主要包括振动沉管法和长螺旋钻管内泵压混合料灌注法两种。考虑振动沉管法施工振动可能对周围桩产生振动和挤压破坏，本工程采用长螺旋钻进管内泵压混合料灌注法施工。

4.3 施工工艺流程

CFG桩施工工艺流程图详见图2，地面平整后依据施工图纸进行桩位放样，确定桩位，并检查施工场地的控制桩点是否会受施工振动的影响。长螺旋钻进过程中协同进行混合料拌制，待钻进至设计标高后停止钻孔，开始灌注混合料，当混合填料充满钻杆芯杆后开始提升钻杆，提钻速度宜控制在每分钟1.2 m～1.5 m，成桩宜连续进行，直至桩顶，施工桩顶高程应高于设计桩顶标高0.5 m。完成灌注后，用水泥袋覆盖桩头养护，将桩机移位进入下一桩施工。

4.4 施工质量控制

1)灌注混合料是CFG桩施工质量的关键，混合料必须按设计要求进行配合比试验，选定合适的配合比，施工时严格按配合比配制混合料[8]。2)为保证有效桩长，长螺旋钻机成孔，一般先慢后快，成孔深度需确保桩端进入持力层，成孔深度误差不超过0.1 m。同时钻孔垂直度偏差小于1%，桩位允许偏差不大于50 mm。3)为保证有效桩径不小于设计值，成桩过程中严格按试桩试验控制拔管速度等参数，拔管速度一般应控制在1.2 m/min～1.5 m/min，重点层位应将拔管速度放慢，控制在0.6 m/min～0.8 m/min。成孔后应立即向管内投放足够的混合料，振捣直到混合料与进料口平齐。4)CFG桩28 d养护期间内，任何机械设备不得在桩上行走，28 d后应按要求进行单桩复合地基承载力检测，检测合格后方可进行上部路基施工[9]。

5 桩身完整性检测

完工28 d后，进行桩身的完整性和复合地基承载力检测。桩身的完整性采用低应变动力试验检测，检测比例10%，结果表明：Ⅰ类桩为926根，占93.5%，Ⅱ类桩为64根，占6.5%。检测的990根桩均属于完整桩或基本完整桩，质量符合要求。复合地基承载力采用单桩载荷试验检测，静载试验得到特征值为800 kN，表明地基承载能力达到设计要求。后期路基施工结束后，经长时间地基变形监测结果为：累计沉降12.69 mm，该段路基设计高度6.5 m，满足规范要求，表明水泥搅拌桩对软土层地基加固效果良好，可有效控制路基沉降。

6 结语

高速铁路路基的地基处理是保证路基稳定和铁路行车安全的重要工程环节，富水高压缩性淤泥质软土层是地基处理的难点。本文介绍了CFG桩在对厦深铁路Ⅳ标六工区潮汕车站沿线大面积软土地基加固处理中的成功应用。基于CFG桩、褥垫层、中粗砂垫层、土工栅格等构建的复合地基承载能力高，对路基沉降控制效果较好。CFG桩施工工序单一、工艺可控、机械设备少、工作场地简单、操作人员少、工作效率高，特别适用于加固铁路土建中含水量高、孔隙比大、渗透性小、压缩性高、抗剪强度低等的淤泥、淤泥质粘土等地层。

[1] 王河川.CFG桩复合地基在铁路客运专线中的应用[J].铁道工程学报,2009,26(7):29-32.

[2] 张 伟.CFG桩软基加固技术在高速铁路路基中的应用[J].路基工程,2008(2):181-182.

[3] 张远荣.京沪高速铁路软土路基允许工后沉降的研究[J].铁道建筑,2000(9):24-26.

[4] 孙红林.高速铁路软土路基关键技术试验研究[J].铁道建筑,2009(4):78-82.

[5] 申永江,徐志胜,张华和,等.高速铁路软土路基沉降的因素敏感性分析[J].交通科学与工程,2011,27(1):14-19.

[6] 孙红林.高速铁路软土路基地基处理与沉降控制探究[J].铁道建筑技术,2017(5):1-10.

[7] 高永民.CFG桩复合地基处理技术在铁路路基工程中的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2011,38(6):51-54.

[8] 葛同朝,刘俊飞,唐 如.CFG桩复合地基路基施工中的几个常见问题危害分析及监理要点[J].铁道勘察,2009,35(6):88-90.

[9] 闫林栋,魏丽敏,何 群.铁路客运专线CFG桩复合地基沉降监测与分析[J].铁道科学与工程学报,2010,7(1):42-46.