CFG桩在高速铁路软基处理中的应用论文_侯晓杰

中铁十九局集团第二工程有限公司 辽宁辽阳 111000

摘要:CFG桩属于一种高黏结强度桩,目前已在工民建、公路以及高速铁路的软基处理中得到了广泛应用。鉴于此,本文探讨了CFG桩在高速铁路软基处理中应用,以供参考。

关键词:CFG桩;高速铁路软基处理;应用

引言

水泥粉煤灰碎石桩的简称CFG桩(即cementfly-ashgrav-elpile)。它是用粉煤灰、碎石、水泥、石屑或砂加水拌而生成高粘结强度桩,和褥垫层、桩间土一同组成复合地基。CFG桩自从发明以来,不仅在高楼建筑基础地基加固工程中得到十分宽广的应用,并且取得了非常惊人的技术经济成果,但是在高铁路基沉降控制中的使用才是刚刚开始还没成熟。在与工业和民用建筑等其它建筑工程行业所使用的CFG桩复合地基作用比起来,铁路CFG桩复合地基大部分用在对路基不均匀沉降与路基沉降的控制,这中处理方法是为了达到高速动车对铁路线路沉降和平顺性的严格要求。

1CFG桩软基处理原理

CFG桩属于是半刚性桩体,其主要是通过桩体与桩间土体的共同作用组成复合地基,结合桩顶褥垫层承受上部荷载。图1即为CFG桩软土地基结构示意图,显示CFG桩软基处理主要有4大作用:桩体作用、褥垫层作用、排水加速固结作用以及挤密作用。CFG桩是在一般碎石桩的基础上发展起来的,在桩体材料(碎石)中掺加了石屑、粉煤灰、少量水泥,由此增强了桩体承载能力;粉煤灰的应用,不仅具有生态环保的效果,更可以有效减少桩基造价。根据相关研究,CFG桩的工程造价通常是碎石桩的1/3。

图1CFG桩软土地基结构

2高速铁路软基处理中CFG桩施工要点

CFG桩施工要点:(1)做好施工准备工作,包括场地平整、测量放线以及人员、设备进场等等;(2)展开试桩工作,确定施工各项参数;(3)钻机就位、钻进至设计深度、停钻,灌注混合料并对桩体质量进行检测;(4)对桩顶垫层进行施工,循环下一根桩施工。

根据工程实践经验可知,在CFG桩施工中极易遇到的问题包括堵管、断桩、桩头空芯以及桩端不饱满等,现分别进行分析。

(1)堵管的原因有混合料配比或搅拌不当、输送管道泌水性不佳或设置不合理、输送工作不连续以及设备缺陷等,对此必须科学配比混合料,严格按照规范进行搅拌、灌注等操作,混合料输送管需做泌水性试验,使用期间做好固定、清洗等,确保管道通畅。

(2)断桩的原因包括施工中应力重新分配引发桩孔缩径、地下水位较浅地层拔钻时孔底形成负空隙水压/真空现象、砂土地层钻进时极易出现孔壁不稳定的情况、截桩不当出现断桩(以浅层断桩为主)、混凝土量灌注不足导致断桩,针对此问题,深层断桩采取补桩处理,浅层断桩采取接桩处理。

(3)桩头空芯出现的主要原因是排气阀无法正常工作,由此造成混合料泵送过程中管内存在大量的气体,对此必须定期检查排气阀状态,一旦发现堵塞及时清洗。

(4)桩端不饱满主要原因是先提钻后泵料,由此导致钻头上的土或地下水进入桩孔,直接影响到桩端承载力,对此需确保提钻与泵料一致。

3实例分析

3.1工程概况

本铁路工程路线长度为27.14km。合同造价为9.53亿元,合同开竣工日期为2016年4月25日—2019年12月31日,计划开竣工日期为2016年4月25日—2019年12月31日。本工区中路基20段,总长度为9505.73延米,其中挖方为84.9万方,路基填方(AB料)为45.2万方,CFG桩为76.5万延米,素混凝土桩为1.04万延米,路基附属混凝土为11.6万方,堆载预压为21.9万方,挡土墙为1.6万方。

3.2CFG桩施工技术

CFG桩主要用于本工程软基处理,根据工程实际情况决定选用长螺旋钻机开展施工,同时配合管内泵压混合料灌注成桩,具体CFG桩施工工艺流程如图2所示。

图2CFG桩施工工艺流程示意图

(1)钻机就位:做好场地平整与测量放线工作后,钻机就位,允许偏差在5cm内,同时确保钻杆垂直对准桩位中心,允许偏差<1%。

(2)制备混合料:严格选用各项原材料,选用PO42.5普通硅酸盐水泥、大于等于Ⅱ级的粉煤灰、中砂、5~25mm碎石、减水剂。

(3)混合料搅拌:做好混合料配制试验,严格按照试验参数进行拌和,要求每盘料搅拌时间大于60s,同时做好坍落度检验工作,要求坍落度为160~200mm。

(4)钻进成孔:长螺旋钻机旋钻时,保持先慢后快的速度,以便于及时发现偏差并予以纠正,若是在钻进时出现钻杆摇晃、难以钻进的情况,需放慢进尺,防止出现桩孔偏斜、钻具损坏等事故。

(5)灌注混合料:在混合料灌注时,长螺旋钻机采用静止提拔的方式,拔管速率亦按试验桩确定的参数控制,应控制在2~3m/min,施工中保证匀速连续提拔。严禁出现由于后台供料过慢而停机待料的情况,要求桩顶高程高出设计桩顶至少50cm。在完成灌注工作后,需盖土封顶从而起到保护桩顶的效果。

(6)钻机移位:完成桩体施工后,移动钻机至下一个桩位继续进行施工。由于本工程使用的是长螺旋钻机,存在出土较多的问题,极易将临近桩位覆盖,对此需要再次复核桩位,确保桩位准确后方可继续施工。

(7)桩头处理:测设桩顶标高,通过截桩机截桩、钢钎修平,直至满足桩顶设计标高。

(8)桩基检测:成桩后做好相关检测工作,包括28d桩身无侧限抗压强度检测、低应变试验、静载荷试验等等,确保桩身质量、单桩承载力均与设计要求相符。

3.3质量控制要点

(1)在CFG桩施工中,必须做好试桩工作并记录相关参数,包括桩长、拔管速度、混凝土坍落度与灌注量、成孔成桩时间等等,同时将地质的变化情况也详细记录下来。完成试桩后展开检测工作,由此确定施工参数、加固效果。

(2)CFG桩施工时,为减小扰动可采取跳桩施工方法,要求先施工桩体强度必须大于75%。

(3)混合料泵送量与拔管速度匹配,泵料保持连续进行,严禁中断。

(4)定期检查钻头是否出现磨损、变形,保证CFG桩孔径与设计要求相符。

(5)CFG桩施工设备对于场地的平整度要求较高,必须以推土机、压路机等做好场地的平整压实处理,以此保证工时设备稳定、桩位准确。

(6)做好成品保护工作。CFG桩刚浇筑完成后,不宜立即进行相邻桩施工,应采取间隔的施工方法,防止由于振动、土体侧向挤压导致成桩出现变形、断裂的问题;对于桩顶超灌部分的混凝土,可采用风镐、截桩基与人工结合凿除至设计标高,设计桩顶使用无齿锯环切法,切实保证桩体完成,严禁出现损坏信息。

3.4工程效果

成桩后低应变试验结果显示,I类桩占比98%、Ⅱ类桩占比2%;复合地基单桩竖向承载力检测结果均大于648kN,满足设计要求。此外,通过对工后沉降观测显示,最大沉降约为5.5mm,总体满足设计要求。

结语

综上所述,CFG桩在刚度、黏结强度方面均表现较好,由此处理所得的复合地基工作性状良好,逐渐从工业、民用建筑领域开始向着公路、铁路延伸。在高速铁路软基处理中应用CFG桩技术,必须要做好试桩工作,由此确定施工参数、成桩效果,规范开展钻机就位、混合料制备、钻进成孔、灌注混合料、钻机移位以及桩头处理等等各项工作,确保桩身质量满足要求,为铁路的安全运行奠定坚实的基础。

参考文献:

[1]孙林.高速铁路复合地基沉降分析研究[D].成都:西南交通大学,2013.

[2]丁桂伶.京沪高速铁路柔性荷载下CFG桩复合地基沉降及荷载分担特性研究[D].北京:北京交通大学,2010.

[3]苏春晖.高速铁路中等软基CFG桩复合地基加固机理的有限元分析[D].成都:西南交通大学,2008.

论文作者:侯晓杰

论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期

论文发表时间:2018/11/12

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