復(fù)合地基-CFG樁在鐵路軟土路基加固中的應(yīng)用

1、工程實(shí)踐0引言目前哈爾濱大連鐵路客運(yùn)專 線進(jìn)入了緊張的施工階段。哈大客運(yùn)專線線下路基工程預(yù)留設(shè)計(jì)速度達(dá)350km/h,線上工程設(shè)計(jì)速度達(dá)250km/h ,這對(duì)線路平順及路基沉降要求特別高。C F G (C e m e n t F1yashGravelPile樁是水泥粉煤灰碎石樁,是路基工程中軟土地基處理采用的措施之一,它成為控制路基工后變形的重要手段,因此,需要注重CFG 樁的施工質(zhì)量,采取控制措施,保證達(dá)到工程要求。1工程概況新建哈爾濱大連鐵路客運(yùn)專線自大連DK0+681.9起,向東北與既有哈大鐵路并行,縱穿遼寧、吉林、黑龍江三省,止于哈爾濱站DK931+800,正線全長(zhǎng)903km。其中一標(biāo)

2、段路基段里程為D K 651+206.21DK655+003.9,線路全長(zhǎng)3.798km,位于公主嶺市境內(nèi)。該段內(nèi)路基工程分為兩個(gè)路堤段和一個(gè)路塹段,軟土路基處理措施采用C F G 樁、水泥攪拌樁和換填改良土等,其中采用CFG 樁共計(jì)28477根,總延長(zhǎng)253150m,CFG 樁徑0.5m,樁間距分別為1.3m和1.5m,樁身平均長(zhǎng)度為8m。C F G樁單樁豎向承載力特征值為654.5k N ,復(fù)合地基承載力特征值為416.82kPa。該段路基地質(zhì)呈層狀分布于一級(jí)階地地表,土質(zhì)較均勻,土層分布由表層粉質(zhì)黏土或黏質(zhì)黃土及粉土、中部細(xì)砂、中砂及粗砂、下部泥巖夾砂巖組成。上部第四系粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)黃土

3、為松軟土,下部泥巖具弱膨脹性。2CFG 樁原理CFG 樁是在碎石樁樁體中摻加適量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和,制成具有一定黏結(jié)強(qiáng)度和一定壓縮性的半剛性樁體。CFG 樁、樁間土和褥墊層一起構(gòu)成CFG 樁復(fù)合地基(圖1。王劍:中交第四航務(wù)工程局有限公司,碩士,工程師,廣州510500王劍劉仲武邱冠漢摘要:CFG 樁作為軟土地基加固的措施之一,近幾年在鐵路工程中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于高速鐵路對(duì)路基變形要求較高,而經(jīng)CFG 樁復(fù)合地基處理的軟土路基工后沉降很小,所以,只要在施工中注意質(zhì)量控制,完全可以達(dá)到高速鐵路的控制沉降要求。根據(jù)CFG 樁的原理,介紹了CFG樁施工過(guò)程中的質(zhì)量控制方法,具有一定的實(shí)用性

4、。關(guān)鍵詞:CFG 樁;路基加固;高速鐵路C F G 樁復(fù)合地基處理技術(shù)應(yīng)用廣泛,適用于處理淤泥質(zhì)黏土、軟土,濕陷性黃土及承載力在200k P a 左右的較密實(shí)性土。C F G 樁復(fù)合地基同碎石樁復(fù)合地基相比,具有變形模量高,承載力提高幅度大等特點(diǎn)。試驗(yàn)證明,CFG 樁自身本構(gòu)關(guān)系呈線彈性模型,彈性模量CFG 樁在鐵路軟土路基加固中的應(yīng)用受混合料塌落度、石屑率、水泥粉煤灰比影響3。CFG樁復(fù)合地基具有置換作用、擠密作用、邊載作用和對(duì)土的約束作用等復(fù)合地基效應(yīng)。C F G樁和樁間土的相互作用是影響其復(fù)合地基豎向承載力的主要因素,褥墊層起著極其重要的作用。2.1CFG樁復(fù)合地基中褥墊層的作用機(jī)理在復(fù)

5、合地基中,樁體的壓縮模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土的壓縮模量,樁在豎向荷載下產(chǎn)生的變形要小于土的變形,褥墊層能夠起到協(xié)調(diào)這種變形的作用?；A(chǔ)通過(guò)擠壓褥墊層和樁間土接觸,使得樁和樁間土始終參與工作,并使樁間土在樁體沉降不斷增加的情況下能不斷發(fā)揮其承載力作用。隨著上層荷載的增加,樁和樁間土的荷載分擔(dān)趨于一常值,見(jiàn)圖2(圖中Pp 為樁承受荷載,Ps為樁間土承受荷載,P為上層荷載。基置換作用顯著提高,承載力也有所增強(qiáng)。C F G樁一般按C10C20混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì),其樁身壓縮性能明顯比周圍土體要小,故能使復(fù)合地基強(qiáng)度提高,達(dá)到置換作用。就樁體和樁間土的材料性質(zhì)而言,原天然土層的泊松比在0.20.55之間,變形模量在

6、2.97.6M P a之間。C F G樁的泊松比在0.150.2之間,變形模量在1×1042×104M P a之間。顯然,CFG樁的樁體模量遠(yuǎn)大于樁間土的模量,因此,CFG樁所承擔(dān)的荷載遠(yuǎn)大于樁間土。可見(jiàn),土層被CFG樁置換是復(fù)合地基承載力得到提高的主要原因之一。2.3CFG樁的擠密作用機(jī)理由于C F G樁屬于高黏結(jié)強(qiáng)度樁,其復(fù)合地基的擠密作用在一般軟弱土層中表現(xiàn)并不明顯,遠(yuǎn)不如散體樁(碎石樁和一般黏結(jié)強(qiáng)度樁(如石灰樁、二灰樁等,但在擠密效果良好的土層中成樁,樁間土的擠密效果也很好。因?yàn)榛A(chǔ)荷載通過(guò)褥墊層作用于樁間土,使樁間土豎向附加應(yīng)力z增加,樁間土水平附加應(yīng)力x=z/(

7、1+(為樁間土泊松比也隨之增加,達(dá)到擠密的作用。x增加對(duì)樁承載力有兩個(gè)方面影響:x是樁間土對(duì)樁側(cè)的正壓力,正壓力的提高,使樁的側(cè)摩阻力加大,從而提高了樁的豎向承載力。在針對(duì)樁體材料的室內(nèi)三軸試驗(yàn)中,x的作用相當(dāng)于圍壓3,加大圍壓,可以提高樁體的抗壓強(qiáng)度,增強(qiáng)CFG樁樁頂部位抵抗受壓破壞的能力。3工程實(shí)例分析哈大鐵路客運(yùn)專線DK651+206DK655+004段為路基段,此段地層屬于原始河谷段,從上至下地質(zhì)情況為根植土、粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)淤泥、中砂、粗砂、泥巖夾砂巖。根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用CFG樁作為復(fù)合式地基,摩擦樁進(jìn)入擠密層0.5m為止。樁直徑0.5m,樁間距1.5m,呈正三角形布置。樁頂鋪設(shè)0.2m

8、厚碎石墊層,最大粒徑不超過(guò)3cm。墊層內(nèi)鋪設(shè)3層0.1m的中粗砂和兩層雙向土工格柵,設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度不小于120kN/m2。施工采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成樁,28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于5M P a。樁體材料采用碎石、中粗砂、粉煤灰、水泥、水配合而成,基本配比如表1。3.1CFG樁施工要點(diǎn)3.1.1施工準(zhǔn)備(1清理表層種植土,平整場(chǎng)地,做好地表排水系統(tǒng)。(2技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖放出每根CFG樁的具體位置,并用竹樁標(biāo)記,或撒石灰畫圈。(3技術(shù)人員按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行路基位移和沉降觀測(cè)的準(zhǔn)備工作,布置位移和沉降觀測(cè)網(wǎng),埋設(shè)相應(yīng)樁橛,并進(jìn)行初次測(cè)量。施工期間按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行位移和沉降觀測(cè)。(4施工前應(yīng)進(jìn)行工藝性試驗(yàn),數(shù)量為

9、3根,以復(fù)核地質(zhì)資料以及設(shè)備、工藝、施工順序,確定材料選擇、混合料配合比、坍落度、成孔時(shí)間、攪拌時(shí)間、拔管速度等各項(xiàng)2.2CFG樁的置換作用機(jī)理復(fù)合地基的置換作用主要取決于樁體材料的組成,CFG樁中的細(xì)骨料粉煤灰可增加樁體的黏結(jié)強(qiáng)度,而且具有明顯的后期強(qiáng)度。在復(fù)合地基增強(qiáng)體(樁體系列中,CFG樁的置換作用最強(qiáng),而且可以全長(zhǎng)發(fā)揮側(cè)阻作用,加大樁長(zhǎng)可使復(fù)合地表1CFG樁樁體材料配合比表k g/m3 425#水泥中粗砂 碎石 粉煤灰外加劑 水 150 871 10651404174工藝參數(shù)。3.1.2鉆機(jī)就位CFG樁施工應(yīng)從路基中心往兩側(cè)施工,并跳行跳樁施工。移動(dòng)鉆機(jī)至設(shè)計(jì)樁位,利用樁機(jī)塔身前后和左

10、右垂直標(biāo)桿檢查塔身導(dǎo)桿,校正位置,使鉆桿垂直對(duì)準(zhǔn)樁中心。鉆桿的垂直度偏差不應(yīng)大于1%,樁位偏差不大于5cm。設(shè)計(jì)要求保護(hù)樁長(zhǎng)大于50cm,樁徑不小于設(shè)計(jì)值。3.1.3鉆進(jìn)鉆孔開(kāi)始時(shí),關(guān)閉鉆頭閥門,向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭接觸至地面時(shí),啟動(dòng)電機(jī)鉆入,鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)先慢后快,直至設(shè)計(jì)深度。3.1.4混合料拌和、灌注施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)室批準(zhǔn)的配合比進(jìn)行施工。CFG樁要求使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌,混合料的上料順序?yàn)橄妊b碎石,再加水泥、粉煤灰、泵送劑,最后加砂,使水泥、粉煤灰在砂石之間,不易飛揚(yáng)粘附在筒壁上,也易于攪拌均勻。每盤料攪拌時(shí)間不小于60s,混合料塌落度控制在1620cm,每臺(tái)班制作檢查試件一組(3塊,進(jìn)行

11、28天標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度檢測(cè),強(qiáng)度值須滿足設(shè)計(jì)要求?；旌狭喜捎霉捃囘\(yùn)輸,泵送?；旌狭系谋盟土堪丛嚇洞_定的數(shù)量進(jìn)行,泵送時(shí)不得停泵待料。當(dāng)鉆桿芯管充滿混合料后開(kāi)始拔管,嚴(yán)禁先提管后泵料。3.1.5成樁、質(zhì)量檢測(cè)當(dāng)鉆桿拔出地面,確認(rèn)成樁符合設(shè)計(jì)要求后,用濕粘土封頂,然后移機(jī)繼續(xù)下一根樁施工。施工過(guò)程中,應(yīng)密切關(guān)注地面隆起及樁頂浮漿情況,防止擠壓造成斷樁。單樁完成后,鉆渣及時(shí)用鏟車運(yùn)離現(xiàn)場(chǎng),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,可以臨時(shí)集中堆放到場(chǎng)外適當(dāng)?shù)胤?也可直接運(yùn)往棄土場(chǎng)。全段施工完成,靜置28天后,按照設(shè)計(jì)要求對(duì)樁身完整性、樁體強(qiáng)度、復(fù)合地基承載力、變形模量和壓縮模量進(jìn)行試驗(yàn)。3.2C F G樁施工質(zhì)量控制流程

12、(圖33.3CFG樁施工質(zhì)量控制措施(1樁長(zhǎng)、樁徑、樁頂標(biāo)高、樁身完整性應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。樁位、垂直度、有效直徑的允許偏差應(yīng)符合表2規(guī)定。(2樁機(jī)施工前,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)樁位進(jìn)行復(fù)核,控制樁位偏差在50mm范圍內(nèi)。(3在每臺(tái)樁機(jī)旁10m范圍內(nèi),樹(shù)立C F G樁施工參數(shù)明示牌。(4樁機(jī)鉆孔前,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員需嚴(yán)格控制樁機(jī)的垂直度。(5樁機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中,安排每臺(tái)樁機(jī)操作手觀察并記錄樁機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中電流值的變化,及時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員或機(jī)長(zhǎng),并做好相應(yīng)的樁機(jī)鉆進(jìn)記錄。(6現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員對(duì)混泥土罐車下料前進(jìn)行坍落度測(cè)試,滿足要求后方可進(jìn)行灌注。(7在CFG樁灌注過(guò)程中,嚴(yán)格控制樁機(jī)的提管速度,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員或機(jī)長(zhǎng)對(duì)混泥土

13、泵流量計(jì)和提管時(shí)間、速度做好記錄。(8現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員對(duì)混凝土灌注過(guò)程進(jìn)行全程跟蹤,嚴(yán)格控制CFG樁的?；颐妗１?CFG樁施工的允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量及檢驗(yàn)方法按成樁總數(shù)的1 %抽樣檢驗(yàn), 且每檢驗(yàn)批不少于 5 根 序號(hào) 檢驗(yàn)項(xiàng)目 允許偏差 檢驗(yàn)數(shù)量檢驗(yàn)方法 1 樁位 (縱橫向5 m m經(jīng)緯儀或鋼尺丈量2樁體垂直度1%經(jīng)緯儀或吊線測(cè)鉆桿傾斜度3樁體有效直徑不小于設(shè)計(jì)值開(kāi)挖50100cm深后,鋼尺丈量(下轉(zhuǎn)第53頁(yè)論壇園地考慮,運(yùn)輸設(shè)施布局要完善與其他交通方式的配合及銜接,形成換乘樞紐,控制旅客的換乘行走距離。在發(fā)達(dá)國(guó)家的鐵路車站內(nèi)大都分別開(kāi)辟專用的干線站臺(tái)和市郊鐵路、城市輕軌、地鐵站臺(tái)和專用通道并將其有

14、效整合在一起。4結(jié)論與展望我國(guó)市郊鐵路的發(fā)展,經(jīng)歷了從輝煌到萎縮的尷尬曲折歷程,積累了成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí),也吸取了引以為戒的教訓(xùn)。在當(dāng)今大城市飛速發(fā)展的背景下,組團(tuán)式發(fā)展趨勢(shì)為市郊鐵路的發(fā)展提供了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。充分結(jié)合市場(chǎng)需求與城市發(fā)展條件,對(duì)市郊鐵路進(jìn)行合理的市場(chǎng)定位,并進(jìn)一步應(yīng)用科學(xué)有效的運(yùn)營(yíng)管理策略,將有助于發(fā)揮市郊鐵路對(duì)城市發(fā)展的重要作用,推進(jìn)市郊鐵路新的歷史發(fā)展進(jìn)程。參考文獻(xiàn)1何靜.我國(guó)市郊鐵路發(fā)展策略研究.鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì),2006,28(7.2何靜,石嶸.我國(guó)市郊鐵路技術(shù)的發(fā)展模式構(gòu)想.上海鐵道科技,2005(6.3羅秀清,葉玉玲.發(fā)展市郊鐵路參與城市軌道交通建設(shè).鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì),2

15、003,25(6.4羅秀清,葉玉玲.市郊鐵路在城市交通中的地位及其發(fā)展策略.城市軌道交通研究,2003,6(2.收稿日期2008-03-01談市郊鐵路發(fā)展及其運(yùn)營(yíng)策略孫硯等(上接第50頁(yè)(9在鉆進(jìn)下一根C F G樁之前,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員或機(jī)長(zhǎng)需完成前一根樁的記錄,保證記錄表的及時(shí)性和完整性。3.4施工中出現(xiàn)的問(wèn)題剖析CFG樁施工成樁達(dá)到28天強(qiáng)度后,對(duì)1000根樁進(jìn)行了樁間土開(kāi)挖和檢測(cè)。在開(kāi)挖和檢測(cè)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)了一些質(zhì)量問(wèn)題:30根樁樁徑在4849cm且為橢圓形。兩根斷樁。一根縮徑。為此,對(duì)CFG樁的整個(gè)施工工藝,施工過(guò)程和地質(zhì)情況進(jìn)行了全面、仔細(xì)的研究和復(fù)核。根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題,總結(jié)出以下幾點(diǎn)原因。(

16、1樁徑過(guò)小。由于鉆頭尺寸為48cm,土質(zhì)為粉質(zhì)黏土軟弱地層,含水量豐富。在施工過(guò)程中,鉆孔孔徑可以達(dá)到50cm,但混凝土收縮和樁機(jī)對(duì)旁邊一根C F G樁施工擠壓土體致使樁徑變小,成橢圓形樁。(2斷樁。通過(guò)檢測(cè),斷樁均發(fā)生在樁頂標(biāo)高以下1m范圍內(nèi)。由于開(kāi)挖樁間土使用大功率挖掘機(jī),對(duì)C10素混凝土樁破壞較大,致使斷樁發(fā)生。(3縮徑。在施工過(guò)程中,由于該段土質(zhì)為軟塑性黏土,在地表以下4m處有2m左右的淤泥層,此后為砂層,地下水含量豐富,灌注混凝土?xí)r提管速度過(guò)快,導(dǎo)致導(dǎo)管拔空,混凝土灌注不連續(xù),致使縮徑情況發(fā)生。3.5解決問(wèn)題通過(guò)對(duì)上述問(wèn)題的分析,根據(jù)具體的地質(zhì)情況,采取了以下解決處理措施。(1在施工前對(duì)處理場(chǎng)地進(jìn)行壓實(shí)平整處理,對(duì)樁機(jī)鉆頭和螺旋葉片進(jìn)行加寬,在鉆樁順序方面嚴(yán)格按照先中間后兩邊,隔排施工。(2在挖樁間土清除樁頭施工過(guò)程中,采用小功率履帶式挖掘機(jī)進(jìn)行處理。(3針對(duì)此段軟基的地質(zhì)條件,嚴(yán)格控制灌注混凝土?xí)r的提管速度,控制在2m/min之內(nèi),并且保證導(dǎo)管底插入混凝土面2030cm。4結(jié)論實(shí)踐證明,CFG樁復(fù)合地基