CFG樁在高鐵軟土路基建設中的應用

摘" 要：CFG樁是一種針對軟土路基施工建設的有效施工工藝，對軟土路基處置具有良好效果。該文以某高鐵工程為例，對CFG樁加固軟土層的基本原理進行敘述，從長螺旋鉆孔施工工藝、樁帽施工等關鍵環節對CFG樁施工工藝流程進行探討，并針對性地提出CFG樁施工的關鍵要點和注意事項。該文旨在為類似工程施工的優化設計提供參考。

關鍵詞：CFG樁；軟土路基；高鐵；長螺旋鉆孔；樁帽施工

中圖分類號：F542" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）04-0185-04

Abstract： CFG pile is an effective construction technology for soft soil subgrade construction， which has good effect on soft soil subgrade disposal. Taking a high-speed railway project as an example， this paper describes the basic principle of CFG pile strengthening soft soil layer， discusses the construction process of CFG pile from the key links such as long spiral drilling construction technology and pile cap construction， and puts forward the key points and matters needing attention of CFG pile construction. This paper aims to provide reference for the optimization design of similar engineering construction.

Keywords： CFG pile;" soft soil subgrade; high-speed railway; long spiral drilling; pile cap construction

隨著我國鐵路建設的不斷發展，鐵路工程施工穿越淤泥、雜土、水岸等軟土地質環境的比重也在不斷擴大，建設難度也隨之不斷攀升，尤其是高速鐵路，工程施工要求高、路基承載力大等，對軟土地質環境下的工程施工提出了更高要求[1-2]。而軟土因其自身技術條件差、固結性低、承載能力小等特點，如何保證軟土環境下路基的穩定，成為亟待解決的問題[3]。CFG樁基施工，是基于長螺旋鉆機成孔，采用水泥、粉煤灰、碎石等混合料通過管內泵壓灌注的方式施工完成的具有一定強度的樁基，屬于可變強度樁，自身樁基與樁間土、褥墊層共同組成復合地基，進行樁向上作用力的抵消以及變形量補充，可進一步加固路基，提高樁基的承載力，具有較好的技術性能和經濟效果，在軟弱地基施工中得到廣泛應用[4-5]。

1" 工程概況

本文以某高鐵為例，新建某高鐵線路全長659.76 m，前后續接兩座跨河特大橋，線路采用雙線設計、設計時速350 km/h，正弦間距5 m，軌道類型選用有砟軌道。施工場地位于黃淮沖擊平原區，地勢平攤開闊、地形略有起伏，施工區域前后鄰近兩條較大河流，施工受河灘軟土條件影響較為明顯，施工區域內地質條件如下。1-2層素填土（Q3nl）：灰色，松散，稍濕，成分主要為黏性土，表層為耕植土，含有機質和少量植物根莖，全場地均有分布，一般層厚為0.20～3.50 m，該層土屬I級松土，順層以下分別為粉土、粉細砂、粉質黏土與粉土交替地層，承載力均在150 kPa左右。故采用路基CFG樁加固施工方案，路基主要工程有地基處理、路基土石方填筑及路基附屬工程，主要工程數量有基床表層級配碎石6 719 m3、AB組填料基床底層填筑65 030 m3、路基本體填筑28 186 m3、橋路過渡段級配碎石摻5%水泥559 m3、級配碎石摻3%水泥3 688 m3、涵路過渡段級配碎石摻3%水泥10 041 m3和CFG樁4 631根/51 084 m。

2" 施工方案實施

FG樁成正方形布置，樁間距采用2.0～2.4 m，樁長10～15 m，其中DK135+276.967～DK135+306.967樁間距2～2.2 m，樁長15 m；DK135+306.967～DK135+750.16樁間距2.4 m，樁長10 m；DK135+750.16～DK135+906.727，樁間距2.4 m，樁長12 m；DK135+906.727～DK135+936.727，樁間距2～2.2 m，樁長15 m；CFG樁徑均為0.5 m，樁頂設C30圓形素混凝土樁帽，樁帽直徑1.4 m，高度0.55 m。樁帽頂部設0.4 m厚碎石墊層，內鋪設一層土工格柵（抗拉強度不小于100 kN/m）。CFG樁材料按C20混凝土配比，樁體混合料28 d齡期軸心抗壓強度標準值不小于20 MPa。

2.1" 長螺旋鉆孔施工工藝

長螺旋鉆孔施工工藝主要包括圖紙設計標定鉆孔位置、現場實測標定、鉆機安裝定位、密閉性試驗、鉆孔、灌注混合料及成孔質量檢測等內容，由于長螺旋鉆孔鉆桿深度大、對地層擾動強，所以工藝施工的關鍵在于做好鉆桿垂直度檢查和調整，密閉性試驗，以及成孔質量檢測等，如圖1所示。

1）首先根據圖紙設計現場標定鉆孔位置和各角點樁樁位，如圖2所示。其余各樁根據各角點樁樁位拉鋼尺放出。樁位處用石灰水圈標識，并編寫樁號和樁長，在每根CFG樁鉆孔前，現場測量人員根據CFG樁的樁位坐標對樁位進行復核，并報現場測量監理確認，待現場測量監理確認樁位無誤后，將布置孔位情況向鉆機司機交底。

2）鉆孔施工橫向從線路中心向兩側進行，縱向從兩端橋涵缺口向中間進行。

3）鉆機就位。鉆機配備自動記錄儀，并在鉆桿上每1 m進行標識，檢查鉆頭直徑，滿足不小于0.5 m方可使用；用鉆機塔身的前后和左右的垂直標桿檢查塔身導桿，校正位置，使鉆桿垂直對準樁位中心，確保CFG樁垂直度允許偏差不大于1%，樁位允許偏差不大于10 cm，施工時應采取跳樁法施工。

4）密閉性試驗。主要作用在于檢查泵壓管的密閉性，泵壓之前對管道進行潤滑，確定高壓輸送泵的壓力、流量、流速等參數。鉆機首次鉆孔時，需要先泵壓水和M10水泥砂漿，將鉆桿移至不影響鉆孔的地方，用高壓輸送泵開始泵壓1～2 m3水，然后泵壓1～2 m3的水泥砂漿，直至鉆尖出料口處泵出砂漿。

5）施工鉆孔，鉆孔速度應當遵循先慢后快的原則，降低鉆桿的機械擾動，二次檢查鉆孔偏差。施工采用跳樁法，鉆進過程中，每沉1 m或電流表突變時應記錄電流表一次，核對地基土層沿樁長變化情況，在成孔過程中，如發現鉆桿搖晃或難鉆時應放慢進尺。鉆頭鉆進直至到達設計樁長預定標高。長螺旋鉆機CFG樁成樁的終孔電流控制在130～160 A。待鉆孔鉆進至設計深度，對樁位進行偏差、垂直度檢查，符合孔深要求方可進行混合料灌注。

6）現場灌注混凝土，待鉆桿終孔灌滿混凝土后，開始勻速提升鉆桿、壓實灌注混凝土，嚴禁因后臺供料慢而導致停機待料造成斷樁事故。混凝土塌落度控制在160～200 mm，每工作臺班制作試塊1組（3塊）。

7）鉆機移位。當上一根樁施工完畢后，鉆機移位，進行下一根樁的施工。再進行下一根樁施工前，對已成孔的樁采用專用的孔口防護罩對孔口進行防護。CFG樁施工過程中會產生大量的鉆孔回土，造成鉆機支撐區域回土堆積，可能引起原來現場標定的樁位發生移動或掩埋，所以在進行下一根樁基施工前，還需要按照樁基設計對現場標定的樁位進行復合，測量結果與設計對比滿足限差要求后方可移位。

8）“前截法”樁頭處理。在混凝土初凝前，對樁頭進行浮漿、虛土清除，混凝土振動搗實，修正樁頂標高至設計標高，保證有效樁長滿足設計要求。樁基灌注完成后，使用該方法進行樁頭處理，可以達到如下效果：避免后續樁孔施工對已經施工完成的樁基造成損壞擾動；待樁基完成后，在對場地內樁基施工回土進行清理時，樁頭提前進行露頭截斷，大型機械設備不會對樁基本身造成損毀，保證樁基質量；樁頭灌注的混凝土進行了提前振動搗實處理，樁頭密實，樁基質量能夠得到保障；在混凝土凝固前進行樁基處理，樁基凝固后的整體效果較好，且避免了凝固后處理的施工難度。

9）成樁質量檢測。對樁體取樣，進行無側限抗壓強度試驗、單樁承載力試驗等。

2.2" 樁帽施工

CFG樁樁頂采用圓形樁帽，樁帽直徑1.4 m，高0.55 m，施工時，按照樁帽尺寸進行開挖，澆筑C30素混凝土樁帽，配合比報告編號為BG-TPB-20220819-002，配合比為=水泥∶粉煤灰∶河砂∶碎石∶減水劑∶拌和水=1∶0.43∶3.13∶4.31∶0.012∶0.63。本標段CFG樁施工采用“前截法”施工工藝，在樁帽施工前不需要截除樁頭。

樁帽采用土模法施工，整體結構，通過使用螺旋鉆頭對樁帽進行機械開挖，對成型的土模進行修整及驗槽，根據設計要求，CFG樁樁頭嵌入樁帽10 cm。對現有廣泛應用的支模法、方形土模法、圓形土模法進行工藝對比，樁帽圓形土模法減少了工序，在滿足質量要求的同時提高了工效，減少成本，故本次施工選擇圓形土模法作為樁帽施工工藝。

3" CFG樁施工技術注意事項

3.1" CFG樁施工技術要點

CFG樁的施工，質量的把控主要在于樁基施工長度是否滿足設計要求，樁基強度是否滿足設計要求，以及樁基施工完成后樁底是否到達持力層，樁基整體穩定性以及應力支撐是否達到設計要求等。故CFG樁施工的技術要點圍繞上述三項指標開展。

1）實現現場樁基施工的網格化定機定人管理，現場標定樁基位置前，對施工現場進行整體平整和壓實處理，采用測量儀器現場精確標定各樁基位置，各條橫縱軸線，并現場對樁基進行編號，按照橫縱軸線對樁基進行網格劃分和編號統計，從而實現樁基施工的網格化定機定人管理。

2）CFG樁的現場標定，必須嚴格按照設計規劃進行，確保樁基的現場標定數量、位置、相應軸線及相應區塊滿足設計要求。并遵循橫向從線路中心向兩側進行，縱向從兩端橋涵缺口向中間進行的原則，一般情況下杜絕由外向內的施工順序。

3）現場要保證樁孔深度滿足設計要求，要做好開鉆前的準備工作，尤其是鉆桿自身標尺刻劃的核對，剔除標尺刻劃、長度、標識不清等問題鉆桿，該項工作必須指定專業技術人員進行。與此同時，做好鉆機初始標識的核定，并采用具有明顯反差的貼條等進行刻度標識，便于進行鉆孔深度統計和記錄。

4）樁孔施工，必須制定詳細的管控措施，以及專業技術過關的技術人員現場進行嚴格管控和監測記錄，避免出現鉆孔深度不夠、鉆孔位置偏差等問題。并且現場配合質檢人員，完成現場施工樁號、鉆孔深度、鉆孔速率、混合料的灌注量、現場瞬間電流值和是否存在鉆孔堵孔等情況以及相應處置措施等內容，確保記錄涵蓋施工全過程。

5）為了保證樁基施工質量，樁機施工前要對鉆桿的導向架的垂直度進行重復測量，消除導向架垂直度偏差引起的樁孔誤差及后續樁體的整體正常受力。施工過程中，樁機操作人員要嚴格按照操作規程進行，各人員和各環節間均需穩步銜接配合，禁止違規操作造成的樁身施工質量不符合設計要求。

6）樁機提鉆或拔管速率對樁基施工質量管控具有直接影響，過快可能會造成樁孔直徑小于設計孔徑，甚至會引起斷樁，速率過慢可能會造成灌注的泥漿在孔內不同區域的漿體應力不均勻，影響到樁基的整體穩定性和應力承載，必須根據現場施工地質環境及初步設計，確定施工速率及允許誤差范圍，在施工過程中嚴格把控施工速率，嚴禁過快或過慢提鉆或拔管。

7）現場拔管施工應確保一次成功，避免因拔管反插，因施工鉆孔本身存在垂直度上的偏差，造成對已施工鉆孔周圍土層進行重復破壞，土層與灌注混合料混合，影響混合料的自身強度，從而影響樁身質量，導致應力支撐不能滿足施工設計。

8）為了保證混合料在灌注時的質量均衡，應當對混合料在灌注前一直處于混動狀態，降低混合料的塌落度。

9）采用“前截法”樁頭處理前要對已施工的樁體進行樁頂標高測量，并標明樁頭設計高度位置，指導處理施工，樁頭施工要保證全面性和樁頭結果的水平，避免因單邊處理樁頭出現樁頭傾斜、破損等現象。樁頭回土清理和樁頭截取前，要對樁頭進行防護處理，以免施工對樁身造成擾動，造成樁身破壞或樁間土失穩。

3.2" 相關注意事項

1）長螺旋鉆孔施工工藝。施工中明確工藝要點，嚴格按照規范施工。混合料拌制，混合料的質量直接影響樁身強度，不合格的混合料堅決不能使用。鉆進深度，鉆進深度作為控制樁有效長度的唯一途徑。送料，泵送混合料泵壓的大小直接影響樁身實體的密實度，施工中選擇適宜的泵壓。提鉆，適當提鉆速度是保證樁體是否斷樁的唯一途徑。

2）加強監測。監測過程必須實現施工過程的全覆蓋，各項數據要實施動態更新，并詳細記錄，在監測過程中發現問題應當按照應急預案進行有效處置，強化過程的質量把控，重點應做好以下幾方面的監測：施工前的準備測量以及場地平整測量等，設計樁位的現場標定和橫縱軸線標定測量；樁機垂直度測量；施工過程的鉆孔深度測量；樁基的樁頂測量和已有樁基受鄰近樁基施工的變化監測；施工過程中提鉆或拔管速率監測，樁基施工完成后的樁頭測量，現場樁頭“前截法”施工的設計標定等內容。

4" 結束語

采用CFG樁處置軟土路基是一項有效的施工工藝，且樁身骨料分布均勻、完整連續，具有較強的適應性。為了達到預期效果，除嚴格按照施工工藝進行工程施工外，還應當嚴把質量關，強化人員技術安全培訓、原材料質量控制、施工過程質量控制、成孔工藝的技術措施和澆筑混凝土質量管控等，嚴格遵循原材料質量標準和施工過程中的質量驗收標準。

參考文獻：

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