试论CFG桩在高速铁路软土地基处理中的应用

付聚龙

中交一公局集团有限公司 北京 100000

1 CFG概述

近年来，随着我国列车运行速度的不断提升，其对轨道的平稳度也有了一定的要求。针对隧道的建设而言，基于其较强的刚度，导致该地区基出现沉降或者变形时容易得到控制。相比较一般地基而言，如土石地基，由于其的刚度较小，当出现沉降现象时往往难以控制。铁路轨道的修筑需要贯穿好几个地区，有平原，有山丘，也有沟壑，不一样的地形，会为地基的保养带来一定的挑战。特别是一些软土或者冻土区域，更加增加了铁路路基的施工难度。复合地基加固CFG桩技术是一项主要针对软地基现象进行加固的技术，主要利用CFG的桩身与周边围土之间的摩擦力对地基进行加固，并且在此基础上其还可以作为端承桩对外部的岩层的荷载压力进行支撑[1]。除此之外，CFG桩的使用，可以有效改善软土中的组织结构，将原有地基中多余的水分与空气进行排出，使剩下的地基结构可以迅速达到固结的作用。为了更加详细的研究CFG桩在实际施工过程中的作用，本文从CFG桩的设计参数为出发点，并进行有效的综合研究，最后将其应用到实际施工中，考察其对路基的沉降程度以及加固效果的影响。

2 高铁工程软土地基的特征以及CFG桩应用原理

2.1 高铁工程软土地基的特征体现

在高铁中，软土地基有着其鲜明的特性，并且主要的特点就是其本身的含水性质比较明显。软土组织主要是依靠静水或者缓流水作用下，在特定环境中形成的天然堆积物。通常情况下，其内部含水量高于30%以上，特殊时期有可能能上升至300%。软土环境一般都是饱和土组成的，由于饱和土的性质，就限制了其的压缩性以及强度，通常呈现出高压缩性以及低强度的特性。除此之外，在针对软土地基的低透水性能方面，并没有明显的软土液限可以区分。一部分软土液限比较高，而另一部分却恰恰相反。而且，高速铁路工程软土地基固结速度慢，只有了解软土地基的特性，才能为解决软土地基问题提供理论依据。

2.2 高铁工程软土地基CFG桩应用原理

针对高铁的施工过程中，对软土的施工是比较常见的一种施工形式。针对软土的引发问题，亟待找出有针对性解决措施。为了可以有效解决软土地基经常出现的问题，科学、有效的使用CFG桩就显得格外重要。CFG是一种多材料混合体，其本身具有一定的特殊强度。CFG的组成主要包括了我们常见的碎石、石屑等一些比较粗糙的物质，组成的桩体也会比较粗糙，会和周边的地基产生较大的摩擦力，以此种方式来产生一定的阻力。当高铁车辆通过时，铁路会受到来自车辆的力，导致桩体向下沉，此时会产生反作用力，力相互作用时，就会达到力的平衡。CFG桩的压缩性能相对是比较弱的，当遇到力的传导时，其所承受的大部分力都会集中起来，转为桩体承担，这样会在一定程度上减轻地基带所承受的压力，减少问题的出现。与此同时，CFG桩也可承担一定的排水作用，当遇到雨水较多的时候，利用CFG桩可以将多余的水分从天然排水孔道排出，被蒸发。这样的形式，可以最大化加固地基牢固性[2]。

3 工程概况

我们选取的某铁路通常路段多为软土地基，试验剖面底层（DK724+528至DK725+034）为第四系上更新统冲积层，自上而下的地质构造为：厚度0-2.8m的粉砂质黏土层、硬塑性软塑性-塑性的棕黄色带铁锰结核的黏土层、厚度0-3.9m的硬塑性黄棕色黏土层、厚度0-1.7m的中砂层、黄褐色致密、潮湿、轻微的粉砂质黏土层。地下水埋深2.17-18.62m，地下水不腐蚀水泥混凝土结构。经研究决定，铁路试验段采用CFG基础加固技术进行施工，以提高路基的稳定性。

4 CFG桩参数设计

4.1 桩长

CFG桩的桩长的设计应该充分考虑在选择范围内不同介质的厚度以及其侧向阻力、桩端阻力等情况。并且还要依据施工现场的实际需求来对实际荷载量进行预估。

4.2 桩径

CFG桩的施工形式主要借助于螺旋钻孔泵注法与振动沉管法，但在沉管过程中，相应的土体体积被排除，桩周土体受到较大的扰动。如果桩周土体被黏土饱和，结构将受到破坏，影响土基的强度，形成超静孔隙水压力，严重影响成桩质量，甚至破坏桩身，不能满足设计承载力要求，影响施工进度。研究表明，CFG桩的直径由成桩机确定，成桩机通常为35-60cm。

4.3 桩间距

对桩间距的设计应该要满足地基设计时承载力设定，并且还要综合其的施工可能性以及施工现场的具体情况，工程造价以及CFG桩进行加固后所呈现出来的发挥作用等等，针对部分挤密性相对较良好的地区，桩距可以选择最小值。但针对地下水源相对丰富的地区，可以适当的加大桩距空间。针对部分条形地形或者面积相对较小的独立基础，桩距设计时可以相应的调整减小。以下是关于CFG桩的桩距参考值：

满堂布桩：当面对不同条件下的推荐桩距时，其不可挤密性土体：淤泥质土、饱和黏土桩距情况下推荐范围在（4.5-7.0）d，可挤密性土体：非饱和黏土、粉质黏土等推荐范围在（4.0-6.0）d，挤密性较好的土体：粉土、松散填土、粉土等推荐范围为（4.0-6.0）d。

小于10根的独立基础：当面对不同条件下的推荐桩距时，其不可挤密性土体：淤泥质土、饱和黏土桩距情况下推荐范围在（4.0-6.0）d，可挤密性土体：非饱和黏土、粉质黏土等推荐范围在（3.5-6.0）d，挤密性较好的土体：粉土、松散填土、粉土等推荐范围为（3.0-6.0）d。

单、双排布桩的条形基础：当面对不同条件下的推荐桩距时，其不可挤密性土体：淤泥质土、饱和黏土桩距情况下推荐范围在（4.0-5.0）d，可挤密性土体：非饱和黏土、粉质黏土等推荐范围在3.5-5.0）d，挤密性较好的土体：粉土、松散填土、粉土等推荐范围为3.5-5.0）d。

4.4 褥垫层设计

CFG桩复合地基，当其褥垫层面厚度过小时，CFG桩就会表现出明显的应力集中的现象，这一现象就会导致CFG桩出现断裂，以及基础地基出现冲切的现象。所以，对褥垫层设计的前提就是能够保障当CFG桩作用于水平荷载状况下时，不易发生断裂状况，并且还能够最大化发挥出CFG桩的最佳承载能力。笔者参考了近几年国内的相关研究数据以及施工经验，发现对褥垫层厚度的设置通常在15-30cm之间，如果出现间距过大的状况，则需要在现场适当的提高褥垫层的厚度。对CFG褥垫层厚度进行垫压时，可以选用粗砂、碎石、中砂、级配砂石等材料。

5 CFG桩复合地基施工技术

5.1 施工准备

施工准备工作主要包括对现场杂物的清理、场地平整，并可以适当的延宽两侧的外延，标准为5m左右，能够保障CFG有足够的工作场地，随后还要对螺旋钻机进行调试，保证其可用性[3]。并且按照施工计划对相关设备以及材料进行记录在册，校验场地，最大化保障人员与设备的配备合理，从而提升工作效率。

5.2 定点布孔

用全站仪放置木桩，然后用竹片、木桩等在孔上做标记。桩定位完成后，钻机就可以就位。定位误差应小于5cm，垂直偏差应小于1.0%。钻机就位后，应保持稳定和水平，以确保在施工过程中不发生移位和倾斜。

5.3 螺旋钻机成孔

使用螺旋钻机进行钻孔时，要依据地质层的实际状况来进行施工，必要时做出调整。开始钻孔时应该对速度有所要求，降低钻头的转速，进而实现降低钻头压力。当钻头钻进一部分土层后，再逐渐加大转速与钻头压力，在钻孔过程中，要时刻注意钻孔的垂直度。当钻头钻进软土质层时，应当减少钻头压力，若是出现了钻进速度降低或者停止的状况时，应该停止作业，排查原因，避免继续作业导致钻杆受力不稳定导致的机架摇晃等状况。当钻孔过程中出现了缩径以及偏斜等状况时，应该及时停止作业，同样采用后备方案进行补救。

5.4 混合料拌和与运输

进行混合料拌和作业时，应该着重考虑物料的配比值以及拌和时间，将可能出现的误差降到最低。值得注意的是，水与水泥、粉煤灰的比重应该小于1.0%，粗集料与细集料的比值应该占整体的2.0%。进行混合拌料时，拌料时间不应该小于1分钟，确保坍落度不超过设计值得±2cm。为了提升混合料和易性，应该使用混凝土搅拌车对CFG混合物料进行输送。

5.5 泵送混合料

待钻孔作业完成后，应该采用软管将混凝土搅拌车与输送泵进行连接，设置物料输送压力为10-12MPa，将物料输送至孔底进行填充，设置提起钻头的速度为2.0-3.0m/min。为了确保施工过程中的桩头质量，将超灌高度设置在50cm。然后使用湿黏土进行桩顶封顶。文中使用的是硬截桩形式进行施工，施工过程中采用4人按压桩头的方式，从四个方向将多余的CFG桩头进行凿除，可以保障桩身均匀受力。

6 结语

合理的使用CFG桩设计参数，可以有效控制施工过程一些问题的出现，并且使用CFG桩基加固技术，可以有效改善土壤的稳固性，减少地基在承受外界压力时所出现的沉降现象的发生，确保铁路运行安全性。