高速铁路软土地基处理中CFG桩的应用

1 概述

高速铁路对轨道的平顺性提出了更高的要求，对轨道不平顺管理标准要求非常严格。路基是铁路线路工程的一个重要组成部分，是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，它也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节，路基几何尺寸的不平顺自然会引起轨道的几何不平顺。高速铁路路基除应具备一般铁路路基的基本性能之外，还需要满足高速铁路轨道对路基提出的性能要求：不仅要求静态平顺，而且还要求动态条件下平顺。因此，对于铺设无碴轨道的路基工后总沉降提出了更高的要求，路基无碴轨道的工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量15mm，沉降比较均匀、长度大于20m的路基，工后沉降不大于30mm，差异沉降错台不大于5mm，折角不大于1/1000。

对松软、软土地基由于地基土层强度低、压缩性大、渗透系数小等特性，在其上修筑路基时，地基的沉降问题突出，过大的沉降量影响轨道的稳定和平顺，而且持续时问较长，因此，在这种地基上修建的路基，将其工后沉降量和沉降速率控制在允许范围内，使其不影响列车高速、舒适、安全的运行。

2 常用软土地基处理方法

目前软弱地基的处理方法主要分为以下几个方面：

1)排水固结法。等载预压、超载预压、真空预压、降水预压、电渗排水预压、真空一堆载联合预压、动力固结法。

2)复合地基法。柔性桩复合地基：砂桩、灰土桩、碎石桩、水泥土搅拌桩(粉喷桩、浆喷桩)。刚性桩复合地基：CFG桩、低标号混凝土桩、预应力管桩、现浇混凝土薄壁管桩。

3)其他方法：轻质路堤(EPS、轻质混合土)、加筋路堤。CFG桩及预应力管桩等刚性桩自问世以来，在房屋建筑基础地基加固工程中得到较为广泛的应用，取得了较好的经济技术效果，但其在铁路路基沉降控制中的应用才刚刚起步。

3 CFG桩一水泥粉煤灰碎石桩

3.1 CFG桩特点

1)具有显著桩体作用。CFG单桩复合地基的桩土应力比 n=24.3-29.4，四桩复合地基的桩土应力比 n=24.3-29．4；而碎石桩复合地基的桩土应力比 n=2．3-4．1。在复合地基中CFG桩应力集中现象明显，桩体作用显著。

2)具有明显挤密作用。CFG桩采用振动沉管法施工，由于振动和挤压作用，使桩间土得到挤密，经加固后地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所减少，容重、压缩模量有所增加。

3)具有排水作用。在饱和粉土和砂土中施工时，由于成桩的振动作用，会使土体内产生超孔隙水压力，刚施工好的桩体是一条良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩结硬为止。

4)复合地基承载力大大提高，可比天然地基提高2倍～3倍，达到220kPa左右。

5)复合地基变形小，沉降稳定快。可减小沉降量，缩短施工工期。

3.2 CFG桩施工方法

CFG桩施工采用振动沉管成桩工艺，选用DZ一60Y振动打桩锤和配套振动打桩架，利用沉管机沉管，在形成垂直的空洞内回填CFG桩混合料，使桩与桩间土一起形成复合地基，从而提高地基承载力。客运专线路基CFG桩桩径40 cm，桩间距分1.3m和1.2m 2种,桩长3-17.4 m，正三角形布置。

3.2.1 施工前期准备

目前CFG桩机主要有沉管振动工和长螺旋钻2种。采用DZ一60Y振动打桩锤和配套振动打桩架，其性能大大优越于一般振动打桩机。DZ一60Y振动打桩机的主要技术参数如表1所示。

表1 DZ一60Y振动打桩机系列的主要技术参数表

CFG桩施工工艺流程图如图1、图2 所示

图1

图2 CFG桩施工工艺流程图

1)启动桩机，振动沉管，振动过程中要观察沉管是否有挤偏现象，下沉速度是否异常等。

2)如在沉管时水泥可能进入桩管时，先在桩管内注入高1.5m左右的封底混凝土，然后开始沉管。

3)沉管达到设计深度或持力层时，判定该深度或贯入深度是否达到规范和设计要求，满足了这些要求和规定，方可终止沉管。测定沉管的贯人深度应在下列条件下进行：桩尖未破坏；沉管未偏心。

沉管达到设计要求深度后，立即灌注混和料，减少时间问隔，以免管底渗入水泥浆，影响成桩质量。

1)混合料出料至桩基吊斗后利用卷扬机将料斗拉至桩管加料口逐渐倒人，使管内空气能够排除，以免形成气体，影响成桩质量；沉管至设计标高后须尽快投料，直到管内混合料与钢管投料口平齐。若投料口量不够，应在拔管过程中投料，以保证成桩桩顶标高满足设计要求。

2)施工结束后注意保护桩头，在龄期未到之前禁止重型机械局部碾压，并不得填土加载。

3.3.3 CFG桩施工注意事项

3.3.3.1 打桩顺序

桩施工顺序，主要应考虑新打桩对已打桩的影响。打桩顺序有连打法、间接跳打法。具体采用何种打法最好由现场实际地质情况来确定。连打法易造成邻桩被挤碎或缩颈，在粘性土中易造成地面隆起；跳打法不易发生上述现象，但土层较硬时，在已打桩中间补打新桩，可能造成已打桩被震裂或震断。另外施打顺序与土性和桩距也有关。在软土中，桩距较大时可采用隔桩跳打，但施工新桩与已打桩时间间隔不少于7d。在饱和的松散粉土中，如桩距较小，不宜采用隔桩跳打。因为松散粉土振密效果较好，先打桩施工完后，土体密度会明显增加，而且打的桩越多，土的密度越大，桩越难打，在补打新桩时，一是加大了沉管的难度，二

是非常容易造成已打桩断桩。满堂布桩时，无论桩距大小，均不宜采用四周转圈向内推进施工，因为这样了桩间土向外的侧向变形，容易造成土体大面积隆起，断桩的可能性增大。应遵循由“中间向四周”或“一边向另一边”的原则，如图3所示。

图3 桩的施打顺序示意图

3.3.3.2 接桩

当CFG桩在凿除浮浆后或由于浅部断桩(1.5m之内，超过1.5m接桩,开挖桩间土体可能回导致相邻CFG桩断桩)造成桩体顶面标高低于扩大桩头底面标高时，应采用强度高出桩身一级的混凝土进行接桩。接桩部分的桩径应比设计桩径大20 cm，与既有桩体的咬结长度不小于20 cm。如图4所示。

图4 CFG桩接桩示意图

3.3.3.3 CFG桩质量检测

1)CFG桩施工中，每台班做一组试块(3块)，进行28d强度检验。成桩28d后按总数的2％0进行单桩承载力或复合地基承载力试验，且每检验批不少于3根。其比承载力、变形模量应符合设计要求。

2)CFG桩的桩身质量、完整性应满足设计要求，利用低应变检测方法检验，按总桩数的10％进行检验。

4 应用实例

某一待建高速铁路（双线，设计时速为300km/h，采用CRTS II无砟轨道板）直线段路基预设置于软土地基段，地面标高为4.82m，路基面标高为10.95m，地基土的物理力学性质见表2所示，路基填筑施工期控制在6个月。

表2 地基土的物理力学性质

4.1设计参数

其中路基面宽13.4m，地面标高为4.82m，路基面标高为10.95m，路基高6.13m。边坡坡度1:1.5。CFG桩桩径0.4m，桩间距1m，桩长35m. 

4.2 使用plaxis软件进行计算

建立模型

生产网格

生产初始应力

计算

结果输出