鐵路軟土地基加固CFG 樁設計與施工技術研究

賈鈺仁

（中國土木工程集團有限公司，北京100038）

1 引言

隨著列車運行速度的不斷提升，對軌道的平順性提出了更高的要求。對于橋與隧道而言，其結構剛度大，沉降變形易于控制，而對土石質路基工程而言，其剛度較小，沉降難以控制[1]。由于鐵路修建過程中往往需要穿越平原、山嶺、峽谷等地形，難以避免遇到軟土、凍土等復雜地質條件，增加鐵路路基施工難度。復合地基加固CFG 樁技術作為一種軟弱地基加固技術，可有效利用CFG 樁身和圍土的摩擦力以加固路基結構，并可作為端承樁將結構上部荷載傳遞至穩定巖層上；此外，CFG 樁可改善軟土地基的既有結構，將土體內的氣體與水分排出，達到快速固結土體的效果。為研究鐵路軟土地基加固CFG 樁施工技術，本文對CFG 樁設計參數與施工技術進行總結，將其應用于鐵路軟土路基施工中，并對其沉降控制與路基加固效果進行檢驗。

2 工程概況

某鐵路沿線多為軟土地質，試驗路段（DK724+528～DK725+034）底層為第四系上更新統沖積層，地質結構由上往下依次為：厚度為0～2.8m 的粉質黏土層，硬塑～軟塑，褐黃色～黃褐色，含鐵錳結核；厚度為0～3.9m 的黏土層，硬塑，黃褐色；厚度為0～1.7m 的中砂層，黃褐色，潮濕，稍密；余下部分為黃褐色粉質黏土。地下水埋深為2.17～18.62m，且地下水對水泥混凝土結構不存在侵蝕性。經研究決定，對該鐵路試驗路段采用CFG 地基加固技術進行施工，以提高路基穩定性。

3 CFG 樁參數設計

3.1 樁長

CFG 樁的樁長應充分考慮樁長范圍內不同土層的厚度與側向阻力，以及樁端阻力特征值，并根據施工現場載荷試驗確定的地基承載力特征值以及單樁豎向承載力特征值Ra計算得到。

3.2 樁徑

CFG 樁的施工方式主要為螺旋轉管泵注法與振動沉管法，而振動沉管法在沉管施工時將排除相應體積土體，極大地擾動了樁周土，若樁周土為飽和黏土則將對其結構造成破壞，影響其土基強度，并形成較大的超靜孔隙水壓力，嚴重影響成樁質量，甚至造成樁體破碎，無法滿足設計承載力需求，影響施工進度[2]。研究決定，采用螺旋轉管泵注法進行CFG 施工，其樁徑取決于所用的成樁機械，通常為35～60cm。

3.3 樁間距

樁距的設計應滿足地基承載力設計需求，同時充分考慮施工性、施工現場條件、造價以及CFG 樁加固作用的發揮等因素，對于擠密性較好的土體，樁距可取小值；對于地下水豐富且水位較高的地區，可適當放大樁距；對于條形基礎與面積較小的獨立基礎，樁距可適當減小。CFG 樁距參考值如表1 所示。

3.4 褥墊層設計

對CFG 樁復合地基而言，若褥墊層厚度過小，則CFG 樁將對基礎產生明顯的應力集中現象，從而造成對基礎的沖切以及CFG 樁的斷裂，因此，褥墊層厚度應確保CFG 樁在水平荷載作用下不發生斷裂[3]，同時能發揮CFG 樁的承載效果。參考國內相關施工經驗，褥墊層厚度通常為15～30cm，若樁距較大，可適當提高褥墊層厚度。CFG 樁褥墊層可采用級配砂石、粗砂、碎石、中砂等材料。

表1 CFG 樁距參考值

4 CFG 樁復合地基施工技術

4.1 施工準備

施工前應對施工現場進行清理、平整，兩側寬度應向外延伸5m，確保CFG 具有足夠的工作面，并對螺旋鉆機進行調試。按照施工計劃對設備、材料與場地進行相應的檢驗，確保人員與設備配置合理，施工效率可滿足工期要求。

4.2 定點布孔

使用全站儀進行放樁，然后用竹片、木樁等對孔位進行標記。樁位定位完成后，即可將鉆機就位，就位誤差應小于5cm，且對中調平確保垂直偏差小于1%。鉆機就位后應穩固平整，保證其施工過程中不發生移動、傾斜。

4.3 螺旋鉆機成孔

鉆孔施工應根據地質層成分與密實狀態，對應調整與選擇鉆孔施工參數，并通過電流表對孔內鉆進負荷進行監控。開始鉆孔時應降低動力頭轉速與鉆頭壓力，鉆進一定深度后再逐漸提高鉆頭壓力與鉆速，保證樁孔垂直度。當鉆頭穿過軟硬土層界限時，應減小鉆頭壓力，若鉆進較慢或不進尺，則應停機排查原因，避免鉆桿跳動、機架搖晃等情況；若出現孔內縮徑、垮孔、偏斜等情況，應及時起鉆，采取相應的后備方案進行處治[4]。鉆頭鉆進至設計深度后，應將鉆頭在孔內空轉清除虛土后方可停鉆。

4.4 混合料拌和與運輸

混合料應按照生產配合比由拌和站集中進行拌和，嚴格控制投料誤差：水、水泥與粉煤灰小于1%，粗、細集料小于2%。混合料拌和時間應不小于1min，且坍落度應不超過設計值±2cm。為維持混合料的和易性，宜使用混凝土攪拌車進行CFG 混合料的運輸。

4.5 泵送混合料

鉆孔施工完成后，將混凝土攪拌車的輸送軟管與鉆桿頂部的混凝土輸送泵相連接，將混合料以10～12MPa 的泵送壓力輸送至孔底壓灌，同時以2.0～3.0m/min 的速度提起鉆頭。為保證樁頭質量，控制超灌高度在50cm，樁頂采用濕黏土進行封頂。本文采用硬截樁的方式進行截樁，4 人同時在樁頭4 個方向鑿除多余CFG 樁，應避免樁身受力不均勻而發生斷樁。

5 質量檢測

在試驗路段CFG 樁地基加固施工完成后，埋設沉降觀測元件，沉降板應嵌入褥墊層頂部大于0.1m，并使用中、粗砂回填密實。路基沉降觀測結果如表2 所示。

表2 路基沉降觀測結果

由表2 可知，鐵路CFG 樁基加固復合路基沉降較小。試驗路段地基前期沉降量較為顯著，這是由于路基填料的重力荷載與壓實機械的振動荷載導致地基土體被壓縮密實；地基后期沉降量較小，且趨于穩定，這是由于地基所受荷載遠低于施工階段的振動荷載，同時填料的壓縮固結已基本完成。從路基填筑施工至后期運營過程中，地基未發生較大的沉降變形，累計最大沉降量僅為4.42mm，CFG 樁基有效加固了軟土地基。

6 結語

本文總結了鐵路軟土地基加固CFG 樁參數設計原則與施工質量控制技術，依托實體工程，應用在鐵路軟土地基加固施工過程中，并對軟土地基加固后的沉降進行跟蹤監測。結果表明：通過合理選取CFG 樁設計參數，并對其施工質量進行嚴格的控制，CFG 樁基加固技術有效改善了軟土地基的強度與穩定性，減少軟土地基在后續施工與運營過程中的沉降，確保鐵路路基沉降滿足設計要求，從而提高鐵路的運行舒適性與安全性。