路基CFG 桩施工工艺研究——以赣州至深圳铁路客运专线为例

耿孝东

（中铁十二局集团有限公司，太原 030000）

1 引言

高速铁路快速发展的同时，也推动着铁路客运专线路基工程施工技术创新发展。路基沉降是工程后期使用过程中较为常见的现象，若路基沉降问题严重，不仅影响工程使用安全性，也极大地降低了工程投资效益。CFG 桩是一种具有高黏结性的强度桩，在铁路客运专线工程项目中应用，有利于提升施工效率和质量。CFG 桩施工过程中配备桩机施工管理系统，可以在更好地降低投入成本，充分满足铁路客运专线路基施工各项要求的同时，切实提高工程施工工效和施工水平。

2 路基CFG 桩施工工艺具体应用

2.1 工程案例简述

本文以中铁十二局集团有限公司承建赣州至深圳铁路客运专线（江西段）GSJXZQ-1 标段为例，该施工段全程37.167 km，总计CFG 桩27 603 根，260 734 m，混凝土强度等级为C15。其中选取DK26+042.00～DK26+105.00 段路基段作为路基CFG 桩施工工艺性试验工点，试验工点路基总长63 m，为松软土路堤，处剥蚀丘陵地貌区，前接茶山一号隧道，后接茶山二号隧道，地质复杂且变化较大，其中地基处理CFG 桩457 根，共计4 078 m，设计桩径0.5 m，桩长4～13 m，桩间距1.8 m，按正方形布置。

2.2 CFG 桩施工技术标准

基于工程相关文件规定，工艺性试验工点的CFG 桩施工技术质量要求主要涉及以下几点内容：

1）要求CFG 桩单桩承载力达到设计数值，桩径不小于0.5 m，桩间距（纵、横）1.8 m。

2）严格按照TB 10005—2010《铁路混凝土结构耐久性设计规范》、TB 10424—2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》等相关规定，并根据地下水侵蚀程度和侵蚀类型，在本工点进行工艺性试验，科学设计混凝土配合比，降低地下水对混凝土的侵蚀影响，确保路基CFG 桩施工质量。

3）要求桩位偏差控制在50 mm 范围内，桩体垂直偏差不得超过1%，桩体直径不小于设计值。

4）地质勘察时因工期、成本等原因会出现勘探过程取样数量偏少或者部分试验指标统计数量不够，导致地勘成果精度不足[1]。因此，要求详细记录钻机钻头贯入地层施工全过程，掌握钻机贯入地层时产生的反应，核查地质资料，确保达到设计文件要求的桩端持力层。

5）待CFG 桩施工结束后，采用技术成熟的低应变反射波法检测桩身完整性[2]和平板载荷试验检测单桩承载力是否符合要求。

根据JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》式（9.2.5），对CFG 桩桩基承载力进行复核，计算公式为：

式中，fspk为复合地基承载力特征值；m为面积置换率；Ra为单桩竖向承载力特征值；Ap为桩的截面积；β为桩间土承载力折减系数；fsk为处理后桩间土承载力特征值。

计算步骤：（1）计算置换率m；（2）计算单桩竖向承载力特征值Ra；（3）计算复合地基承载力fspk。结合地质勘察报告，确认CFG 桩桩基参数。

在实际计算过程中，需要根据JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》式（9.2.6）来计算单桩竖向承载力特征值。结合由本工程地质勘察部门所提供的CFG 桩桩基参数值与地质报告剖面图计算桩周侧阻力和桩端阻力，确定单桩竖向承载力特征值。最终得出具体CFG 桩桩基承载力，并与原有数值进行对比，完成本工程项目地基承载力特计算结果复核。路基CFG 桩施工技术要求及相关参数参考表1。

表1 路基CFG 桩施工技术要求及相关参数

2.3 CFG 桩施工工艺性试验

通过对地形、地质变化较大地区开展CFG 桩工艺性试验，结合现场情况，将钻进速度及深度、钻进和终孔电流值、地质资料、混凝土灌注量、提钻速度等相关施工参数进行记录。通过施工相同或相似地层情况下的试桩，对地质资料进行补充验证，确定工艺参数，验证混合料的施工配合比是否符合设计强度要求，为现场开展制桩作业提供参考依据[3]。成桩后检测试验桩体质量，分析并总结试验结果，最终确定对应施工参数，科学合理制定施工流程，使采用CFG 桩基施工管理系统的施工工艺在地形变化较大地区的工程建设中方便并有效应用。

桩基施工管理系统可实时检测钻孔深度、电流值、倾斜度、提钻速度和混凝土灌注量等关键指标，在各项指标达到临界值时均有报警提示，并且能够生成数据曲线图或报表进行存档和上传。现场施工人员和管理人员通过工业级平板电脑即可轻松掌控现场实时数据。通过桩基施工管理系统可以高效准确地做好钻进施工记录，为后期优化施工工艺提供参考依据。

桩基施工管理系统集成应用如图1 和图2 所示。

图1 桩基施工管理系统集成方案

图2 桩基施工管理系统界面

2.4 CFG 桩施工工艺流程

严格按照国家和行业相关规定，结合现场采用的桩基施工管理系统，明确路基CFG 桩施工工艺流程，具体包括以下几点内容：

1）测量放样。结合CFG 桩设计图纸使用测量仪器，确定每根桩的施工桩位，并在现场进行标记，同时在桩基施工管理系统内存储对应的布桩和放样数据。

2）钻机就位。待CFG 桩钻机在施工现场就位后，钻机操作人员在桩基施工管理系统平板电脑上选择相对应桩号，调整钻机对准桩位中心，然后在平板电脑内校正桩位和倾斜度。指标达到要求后，由现场技术人员进行桩位对中及垂直度检查。

3）钻进成孔。钻孔作业开展之前，施工人员需要先确认钻头阀门是否处于关闭状态，对向下移动钻杆至钻头触及地面后的情况全过程记录，待各项准备工作完成后，即可进入钻进工序[4]。在桩基施工管理系统平板电脑上操作进入作业，施工人员应遵循先慢后快的基本钻进原则。

当钻头到达桩机施工管理系统内预先设定的桩底标高，或者持续保持预先设定的电流值，桩机施工管理系统会发出报警。现场施工人员根据钻机返至地面的渣样判定是否已进入桩端持力地层，决定是否停止钻进。经质检员和监理工程师双方复核无误后，可终孔进行下一步工序施工。

4）混凝土配置及运输。按照工艺性试验结果，确定混凝土原材料配合比，保证计量准确性，控制搅拌时间及坍落度，从根源上保证混凝土的性能。同时选择混凝土运输车辆，并要确保罐内混凝土在运输过程中始终处于旋转状态。

5）灌注及拔管。按照桩基管理系统内预先存储的设计灌注量，明确每根桩投料量，确保混凝土供应量。一般情况下，先润管操作，再利用输送泵对其进行灌注。待混凝土将钻杆芯管填充满状态后，操作平板电脑提钻按键和远程控制端进行提钻作业。与此同时，检查桩机施工管理系统平板电脑显示的拔管速度及灌注量，要求混凝土灌注的投料量应与拔管速度匹配。施工人员要做到持续性输送混凝土，灌注过程保证钻头埋入深度达到1m 以上。最后，灌桩作业结束后，应妥善处理作业收尾环节。

6）移机。向下一根桩进行移位时，钻机支撑脚应避开灌注完成的桩，操作人员根据桩基施工管理系统，确认施工桩位是否准确，避免出现钻孔遗漏问题。

7）桩头处理。将提桩头开至桩帽底部标高，并对桩顶处进行标记。利用截桩机将多余的桩头切除。

8）桩基检测。按照试验要求，进行相应检测试验。

3 路基CFG 桩施工过程中应注意的问题及解决措施

3.1 混凝土超灌

CFG 桩灌注过程中，其混凝土投料量超出既定设计标准体积，再加上钻孔作业期间，受钻杆离心作用等其他因素影响，致使原有孔洞扩张，进而出现混凝土投料量增加这一情况。

针对混凝土超灌问题，施工操作人员应在钻进过程中严格控制钻进速度和钻杆垂直度，灌注结束时控制桩顶标高，降低混凝土超灌问题的发生频率。

3.2 缩颈

缩颈是CFG 桩施工完成后较为常见的现象。此问题出现的原因与桩身钻孔直径有关。一是混凝土灌注过程中，由于对钻杆的提升速度控制不到位，钻头未埋入混凝土中，空桩段桩身土体回缩，使得施工结束后出现缩颈情况；二是钻头和螺旋长时间使用导致磨损过于严重，使得桩径变小。

针对缩颈问题，要求施工人员在此环节必须对拔管速度严格把控，保证钻头始终埋在混凝土中，严禁停工待料行为。及时更换磨损严重的钻头，或者将螺纹钢焊接到钻头磨损部位，以此来避免缩颈情况反复出现[5]。

3.3 堵管

在进行灌注CFG 桩时，输泵管发生混凝土堵管现象，影响混凝土正常输送，导致CFG 桩灌注质量也难以保证。其中混凝土质量不达标、配管或布管不合理、混凝土供应不及时等均会导致堵管问题出现。

针对混凝土堵管问题，需要从混凝土配合比设计阶段做好质量把控工作，通过在混凝土中掺用高效减水剂和活性矿物掺合料等途径来配置高性能混凝土，保证泵送混凝土质量[6]。选择合适的钢泵管、防爆胶管和弯管，并确定输送泵停置位置与钻机的距离，合理使用弯头并配置好水平管与竖直管的长度比例，保证混凝土及时供应，严格控制料斗混凝土余量，可有效规避上述情况[7]。

4 结语

综上所述，铁路客运专线路基工程中应用CFG 桩施工工艺，必须严格按照设计规范及施工标准来进行操作，做好施工前各项准备工作。结合地质勘测数据，科学合理编制施工方案，明确施工工艺流程，重点加强施工全过程质量把控，分析与记录试桩过程中遇到的问题，为优化施工方案提供参考依据，确保CFG 桩施工工艺水平，借助先进的桩基施工管理系统提高工效，为地质复杂变化较大的地区CFG 桩施工提供了有益借鉴，从根本上保障工程项目高质量建设。