淺析中樁板結構+CFG樁在高速鐵路高填方路堤加固中的應用

摘 要：通過在大同至西安鐵路客運專線平遙東站咽喉區DK379+475～DK379+650段高填方路堤應用中樁板結構+CFG樁加固地基，減少沉降，依據處理結果，提出此種加固措施在高速鐵路高填方路堤中的推廣應用。

關鍵詞：中樁板結構；CFG樁；路基沉降；板底注漿措施

1 工程概況

大同至西安鐵路客運專線平遙東站位于晉中市平遙縣境內，晉中盆地東南邊緣，屬低中山區山前緩坡地帶，線路以填方通過，地形略有起伏，大部辟為耕地。DK379+475～DK379+650段位于站內咽喉區，路基線路中心最大填高11.1m，最大邊坡高度10.87m，地層：新黃土，褐黃色，軟塑～堅硬，以粉粒為主，可見空隙，針孔狀發育，含少量鐵錳氧化物及白色網狀條紋，局部有砂感，表層含有植物根系，具有濕陷性，濕陷深度為6.8～8.9m，為Ⅲ級自重濕陷性場地；細圓礫土，黃褐色，密實，飽和，粒徑一般在5.0～20.0mm，最大粒徑70mm，含量約50%，圓棱狀，成分主要為砂巖，充填約15%的粉質黏土；粉土，褐黃色，密實，潮濕，土質不均勻，切面粗糙，偶見紅褐色條紋及黑色斑點，31.0～31.3m處見礫石，一般粒徑為70mm，局部夾薄層粉砂。

DK379+475～DK379+650段路基地基處理采用了中樁板結構+CFG樁+柱錘沖擴樁的方案，其中柱錘沖擴樁消除地基土的濕陷性，樁板結構有效控制正線無砟軌道的路基沉降，CFG樁控制路基兩側填土帶來的附加荷載沉降，并使路基變形在橫斷面方向協調統一，見圖1。

圖1 中樁板結構+CFG樁布置斷面示意圖

2 總體施工方案

CFG樁采用C15混凝土，樁徑為0.5m，樁間距2米正方形布置，樁長28～30米；中樁板結構板底面標高位于基床表層頂以下2.5m，C40鋼筋混凝土板寬20.02～26.5m，板邊緣厚0.8～1.0m，板間為2%的人字坡，板底設10cm厚C25混凝土找平層；板下設置5～6排樁，樁采用C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁徑1.0m，樁長40～44m，樁橫向間距4.15～5.64m，縱向間距7.0～11.0m。CFG樁采用長螺旋鉆機施工，中樁板樁基采用旋挖鉆機鉆孔，導管法灌注水下混凝土，混凝土板采用現澆法施工。

施工前先對原地表進行清表整平，先施工柱錘沖擴樁，消除黃土濕陷性，然后進行路基兩側CFG樁基施工，CFG樁施工完成后開始填筑基床以下路堤，待填筑至中樁板底部高程后，進行中樁板結構施工，繼續施工路基本體填筑，填筑過程及時預埋沉降觀測元件及做好觀測元件的成品保護。由于文章主要是圍繞減少高填方路堤沉降進行加固處理，因此對本段路基工程其他工序在此不予闡述，僅對中樁板結構和CFG樁的施工進行重點介紹。

3 施工方法及步驟

3.1 CFG樁施工

CFG樁采用長螺旋鉆機施工，先進行成樁工藝性試驗（不少于3根），以復核地質資料以及設備、工藝、施打順序是否適宜，確定配合比、塌落度、攪拌時間、拔管速度等各項工藝參數。施工工藝見圖2“。

（1）施工準備：清理整平原地面（場地清理后高出樁頂50cm），使鉆機能穩定擺放，并做好排水工作。（2）樁位放線：根據樁位平面布置圖，由專職測量人員進行放線工作。樁位定位方法現場插木質短棍表示，并用白石灰作標記。（3）樁機就位：鉆機就位后，應使鉆桿垂直對準樁位中心，采用在鉆架上掛垂球的方法，在鉆架上刻上明顯的對照位置線，確保CFG樁垂直度容許偏差不大于1%，方可開鉆。（4）成孔：鉆孔先慢后快，同時檢查鉆孔的偏差并即時糾正。在成孔過程中，發現鉆桿搖晃或難鉆時，放慢進尺，防止樁孔偏斜、位移。根據鉆桿上的進尺標記，成孔達到設計標高時，停止鉆進。（5）混合料的灌注：混凝土由混凝土攪拌站集中攪拌、罐車運輸至現場澆筑，混凝土攪拌按配合比配制混凝土，混凝土的攪拌須均勻，混凝土坍落度應為160mm～200mm。鉆至設計標高后，開始泵壓混合料，混合料充滿鉆桿芯管后開始均勻提鉆，嚴禁先提管后泵料，鉆桿采取靜止提管，施工中嚴格控制鉆桿提拔速度和混和料的泵送量，保證鉆頭矛尖始終埋在混合料中，以防斷樁，確保樁體連續、均勻、密實。施工樁頂高程宜高出設計高程50cm，灌注成樁完成后，樁頂蓋土封頂予以保護。

樁機移位進入下一樁施工，當樁機移至下一根樁位施工時，根據軸線或周圍樁的位置對需施工的樁位進行復核，保證樁位準確。施工中大型機械不得在施工完成的段落碾壓、通過。

3.2 中樁板結構樁基施工

樁基工藝見圖3“樁基施工工藝流程圖”。

（1）施工準備：填筑樁基施工平臺，測設樁位，設置護樁，以校核樁位的準確性。埋設護筒，護筒采用10mm厚鋼板卷制，內徑比樁徑大20cm，采用人工挖埋，在護筒外側50～60cm范圍內分層填筑夯實粘土。泥漿制備：泥漿造漿材料選用優質粘土或膨潤土，必要時再摻入適量CMC羧基纖維素或Na2CO3純堿等外加劑，保證泥漿自始至終達到性能穩定、沉淀極少、護壁效果好和成孔質量高的要求。（2）鉆孔：旋挖鉆機鉆孔施工中，泥漿為單向供應，在孔口注漿即可，與常規鉆機泥漿循環系統有較大的區別，部分泥漿隨筒鉆出渣而排出，損耗較大，需要隨時觀察孔內泥漿標高，一般應高出護筒底口1m以上。鉆進中應根據不同的地層情況采用合理的施工方法，水泥改良土層采用擠壓法，夯實護筒，采取高轉速、低扭矩的施工方法快速加壓進行干鉆成孔，從而縮短成孔時間。新黃土及粉土層勻速鉆進，泥漿相對密度1.07～1.15。粉質粘土層采取高轉速、低扭矩的施工方法快速加壓，從而縮短成孔時間。泥漿相對密度1.07～1.10。在鉆孔樁施工過程中，對沉淀池中沉渣及澆筑混凝土時溢出的廢棄泥漿隨時清理，嚴防泥漿溢流，并用汽車棄運至指定地點傾泄，禁止就地棄渣，污染周圍環境。（3）清孔：終孔檢查合格后，將鉆頭放入孔底掃孔，撈去沉渣。撈渣采用沉渣處理鉆斗來排出沉渣。澆筑水下混凝土前孔底沉渣厚度，不大于20cm，且孔內排出或抽出的泥漿手摸無2～3mm顆粒，泥漿比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s。（4）鋼筋籠制安：鋼筋籠采用在鋼筋加工場分節加工制作，鋼筋籠主筋接頭采用雙面搭接焊，每一截面上接頭數量不超過50%，內箍筋與主筋采用點焊，外箍筋采用扎絲綁扎連接，場內分節制作長度不大于15m；采用專用鋼筋籠運輸車運至施工現場，吊車分節吊裝，相鄰節段采用機械套筒連接。（5）安裝導管及二次清孔：導管采用內徑280mm并裝有密封圈的螺紋連接導管，中間節長度2m，底節長度4m，頂節選用長度0.5m作為調節段。導管使用前做水密承壓及接頭抗拉試驗，試壓壓力不低于孔底壓力的1.5倍，然后用汽車吊逐段吊裝接長、下放，導管下端距孔底的距離為50cm。混凝土導管安放完后，若孔底沉碴厚度不滿足設計要求，利用真空泵配合泥漿泵采用泵吸反循環進行二次清孔，使沉碴厚度、孔內泥漿等指標滿足要求，樁底沉碴厚度小于20cm。（6）混凝土澆筑：二次清孔完成并經檢查合格后，及時灌注混凝土，混凝土采用混凝土攪拌站集中攪拌，混凝土運輸車進行運輸，連續澆注。首批混凝土灌注之前先計算漏斗體積，灌注水下混凝土時，按照要求對水下混凝土面的位置隨時測量，保證任何時候導管埋入混凝土的深度不小于1m，一般控制在2～6m，灌注過程中設專人經常測量導管埋入深度。

3.3 中樁板施工

（1）施工準備：人工配合挖掘機清理樁間土至已經填筑的水泥土頂部，采用壓路機碾壓，然后施工混凝土墊層，待墊層混凝土凝固后進行鑿除樁頭和樁基檢測。（2）綁扎鋼筋：鋼筋在鋼筋場集中下料加工，現場安裝。主筋接長時采用閃光對焊，同一截面主筋接頭不超過主筋總數的50%，接頭間錯開距離不小于100cm。為保障上下層鋼筋焊接成整體，每隔5排左右，豎向設置加強鋼筋，上下層鋼筋網片綁扎完成后，再綁扎箍筋。采用同標號混凝土保護層墊塊保證保護層厚度，每平米不少于5個。（3）模板拼裝：采用小塊組合鋼模板，每塊模板之間采用螺栓連接，外側采用鋼管支撐穩固，并設置斜撐。沉降縫瀝青模板用鋼筋固定，1m左右設置墊塊固定在鋼筋上。（4）混凝土澆筑：混凝土拌合站集中供應，混凝土罐車運至施工現場，泵車泵送入模，插入式搗固器振搗密實，水平尺配合刮尺收面，人工抹面平整。

3.4 中樁板板底預留注漿管

為防止板底填土靜置期不足引起的地基沉降和填料沉落，導致板底脫空，影響高樁板結構耐久性，確保無砟軌道路基運營安全，采取在樁板結構板底預留注漿孔措施，便于板底若出現脫空可采取注漿封閉。注漿水灰比為0.8，注漿壓力不大于1.2MPa。

（1）在高樁板結構沿線路方向每間隔3倍樁距設置一套“T”型注漿管路，每套注漿管路設置三個注漿口，分別位于沿線路方向縱向注漿管的兩端和縱橫向注漿管交叉處，每個注漿口均位于每四根鉆孔灌注樁中心線交叉處。（2）每個注漿口于板底素混凝土墊層底面位置設置管式單向注漿管閥，注漿筏應能承受1MPa以上靜水壓力，且注漿筏應具備逆止功能，注漿筏應低于墊層底面5～10cm。（3）注漿管路埋設在板厚中部，注漿管采用不銹鋼材料，并做防腐蝕處理，內徑30mm，壁厚3mm，注漿管和注漿筏應采用螺絲套口或焊接可靠連接。橫向注漿管沿路堤邊坡伸出路堤邊坡外15cm，保持水平，管口應高于地面15cm以上，管口應采用橡膠材料封閉，以防止異物進入，見圖4。

4 加強施工過程中沉降觀測

4.1 監測目的及內容

通過監測數據為此段路基采用中樁板結構+CFG樁加固高填方路堤效果評價提供數據，并為后期沉降評估提供數據。

4.2 監測點布置

在DK379+480、DK379+570、DK379+645處設置路基沉降觀測斷面，每個斷面布置沉降觀測樁2根，沉降觀測板1個。沉降監測樁設置在兩側路肩各1m處，沉降板設置在路基中心，底板至于中樁板頂面，觀測路基面的沉降。見圖5“沉降觀測樁斷面布置圖”。

圖5 沉降觀測樁斷面布置圖

4.3 沉降觀測方法

路基本體沉降及裂縫處的不均勻沉降均采用二等水準測量的方法進行監測，基準點采用線路水準點，儀器采用天寶DiNi03電子水準儀和配套條碼尺嚴格按照二等水準測量方法測量每個監測點頂面標高，第一次觀測值作為此監測點的初始標高值，后根據監測數據進行計算本次沉降量及累計沉降量。

4.4 觀測頻次

填筑階段按照1次/天，沉降量有突變時按照2次/天，兩次填筑間隔時間較長1次/3天；在堆載階段第1～3個月1次/周，第4～6個月1次/2周。

4.5 觀測結果

按照觀測頻次，在施工填筑期間和預壓期間對沉降變形進行觀測，對最終數據進行匯總，滿足路基要求工后沉降量不大于15mm，見表1“沉降觀測樁沉降變形數據匯總表”。

表1 沉降觀測樁沉降變形數據匯總表

5 結束語

平遙東站DK379+475～DK379+650段路基填方高度較高，且位于

站內咽喉區范圍，施工中采用中樁板+CFG加固措施，在后期沉降觀測數據滿足設計要求，通過施工實踐證明該加固措施在控制高填方路堤沉降量有很好的效果。該施工方法中各項工序施工工藝及質量容易控制，操作簡便，施工效率高，加固效果好。路基沉降量作為路基施工中的一項通病，尤其在高速鐵路建設中，更是要求所謂“零沉降”，沉降量控制不好，直接制約后續無砟軌道的施工，影響鐵路正常建設進度，也給后期運營帶來安全隱患，傳統的方法盡量減少路基，采用路改橋或者調坡的方式，但是現實中由于地形、地貌、地質、線路等客觀因素，很難完全避開高填方路段的存在，所以通過本措施在平遙東站的應用，進而提出中樁板結構+CFG樁在加固高速鐵路高填方路堤方面的推廣應用。

參考文獻

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