高速铁路路基试验段软土地基处理技术――同济学习讲义百

1、软土地基处理试验研究1 工程概况高速铁路路基试验段工点位于上海同济大学安亭汽车工程学院内，路基试验段设计总长度90米（K0+000K0+090），路堤路基面宽13.8m ，考虑软土地基工后沉降，每侧加宽0.2m ，采用梯形断面形式，边坡坡率1：1.5，边坡坡面采用三维立体网固土后喷播植草防护。路堤填筑过程中，在边坡2.5m 范围内每0.3m 铺一层土工格栅。路基填高4.5m 。试验段两端坡率为1：2，实际占地长度108米，宽度30米（不含边桩）。根据试验现场填筑研究的目的、内容，该工点地形条件和工程地质条件，选择了塑料排水板+真空-填土联合预压排水固结法、CFG 桩桩网复合结构两种地基处理方案

2、。路堤基床底层填料采用镇江花岗岩风化物和镇江下蜀黏土二种类型，如下表1。基床表层采用级配碎石，设计四种结构形式。地基加固及基床底层填料类型 表1 2 工程地质条件试验工点地处安亭同济大学汽车工程学院内，属于长江三角洲冲积平原。地面标高3.5m 4.5m ，地形平坦开阔，东高西低，河沟纵横。工点地层属第四系全新统冲海积地层，地下水较丰富，属孔隙水，水位埋深0.5m 2.0m ，地下水对混凝土无侵蚀性。地层岩性及物理力学指标自上而下分述如表2。3 地基加固设计3.1 塑料排水板加固设计K0+000K0+030段地基设计采用塑料排水板+真空-填土联合预压处理，总长30m 。塑料排水板长：26.527

3、.5m ，间距1.2m ，正三角形布臵。塑料排水板顶面铺设0.6m 厚砂垫层，垫层内铺设一层单向土工格栅。设计抗拉强度大于80KN/m。真空预压试抽气达到要求后，要求满足真空压力大于80kpa 一周，即可转入正常抽真空阶段，方可进行上部路堤填筑，上部填土作为路基本体其压实度应满足设计要求。初期填筑过程中，真空预压分级加载，分级压力：40kpa ，80kpa ，分级加载抽气时间间隔为15天。真空预压时间要求：在填土高于2.5m ，真空压力不小于80kpa 情况下抽气时间不少于4个月（相当于超载大于1.5m 作用下，放臵4个月）。施工过程中，对真空压力、沉降量、孔隙水压等各项测试参数进行分析研究，

4、满足设计要求后方可停止抽气。填筑速率控制在小于1m/月。设计采用上述地基加固措施，路基稳定、沉降分析：路基稳定按固结有效应力法计算，填筑完成时（约6个月），考虑井阻、涂抹作用，固结度大于80%，考虑列车荷载作用时，K min =1.18；不考虑列车荷载时，K min =1.49。地基总沉降Sc 与瞬时沉降Sd 之和计算：即S=Sc+Sd。主固结沉降按分层总和法计算。瞬时沉降采用经验系数计算，当路堤高小于极限高各土层物理力学指标 表 3中铁一局集团高速铁路路基试验段 高速铁路软土路基沉降控制的试验研究 度时，m 取0.2，大于极限高时，m 取0.3。地基沉降估算：S=S总-S 施。不考虑列车荷载

5、时，S 总沉降=78.1cm，考虑双线单荷情况下，S 总沉降=90.19cm，S 工后=5.22cmA。3.2 CFG桩加固设计（1）K0+030K0+090段地基设计采用CFG 桩桩网复合结构加固，总长60m 。其中K0+030K0+060设计为悬浮桩，桩长17.5m ；K0+060K0+090设计为穿透软土层桩，桩长27.0m 。桩直径500mm ，桩间距2.0m ，呈正方形布臵。桩顶铺设30cm 厚碎石垫层，最大粒径不超过3cm 。垫层内铺设一层双向土工格栅。设计抗拉强度大于120KN/m。要求CFG 桩28天无侧限抗压强度不小于5MPa 。设计采用上述地基加固措施，路基稳定、沉降分析：

6、路堤稳定性检算通常采用圆弧法。考虑列车荷载作用时，K min =1.5；不考虑列车荷载时，K min =1.89；同时进行了单桩、复合桩基承载力及下卧层承载力验算。沉降估算：总沉降包括加固土层沉降量S 1及加固区下卧层沉降量S 2，即S=S1+S2。S 1的计算方法采用复合模量法。其中：桩底端附加应力按应力扩散法计算。S 2的计算采用分层总和法。其压缩层厚度按建筑地基基础设计规范规定方法计算。地基沉降估算：不考虑列车荷载作用时，K 总沉降=12.66cm，S 工后=8.51cm，考虑双线单荷情况下，S总沉降=15.93cm，S 工后=10.86cm。（桩体部分沉降按施工及放臵期间全部完成考虑，

7、不计入工后沉降）桩网复合结构设计参考日本高速铁路路基设计及施工控制技术讲义资料、参考资料，1998年10月日本铁道建设公团；BRITISH STANDARDCode of practice for Strengthened/reinforced soils and other fills BS8006:1995（2） 桩体材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥、水配合而成。基本配比如表3：CFG 桩桩体材料配合比 （kg/m3） 表3 当粉煤灰材料来源缺乏时，可采用砂料代替。混合料28天无侧限抗压强度不小于5MPa 。（3）CFG 桩采用振动沉管成桩机成桩，桩机型号选择应根据地质条件和加固深度要求确

8、定。施工前应进行成桩工艺试验，以检验设备、工艺是否适宜（如桩径、配合比、拔管速率等），确定选用的技术参数是否满足设计要求。施工工艺流程如下：桩位测量放样；桩机就位；振动沉管；成孔检查；灌注拌合料；振动拔管；成桩检查。（4）施工要点说明桩机就位后调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%； 沉管过程中每沉1m 记录电流表电流一次，对土层变化予以说明； 停机后立即向管内投料，混合料按设计配比经搅拌机拌合，拌合时间不得少于1.5min ，加水量按坍落度3cm 控制；投料完成后启动马达，留振515s ；开始拔管，速率在0.8m 1.2m/min，拔管中不许反插。（5）施工质量检验施工结束28天后进行

9、桩间土以及复合地基检测。桩间土的检测：可通过室内土工试验及静力触探对桩间土地基处理前后的强度变化进行对比。单桩复合地基检测：采用小应变检验及单桩复合地基荷载试验。小应边检测数量占桩总数的10%左右，单桩复合地基载荷试验随机选取3根左右的桩进行检验。4 塑料排水板+真空-填土自载联合预压施工4.1 施工工艺流程塑料排水板+真空-填土预压法施工按如下顺序进行：(1平整场地，清除杂物；(2铺设砂垫层并设臵垂直排水通道-塑料排水板；(3在砂垫层中埋设滤水管；(4在加固区边缘挖沟；(5铺土工布、真空膜，填沟、安装并连接抽气管道和射流泵；(6检查密封情况并抽气；(7真空度稳定后，在膜上铺防护材料；(8进行

10、真空膜、沉降、位移、孔隙水压力等的观测；(9填土并继续抽气。(10达到设计要求后，停止抽气，并清理现场。塑料排水板+真空-填土预压法施工工艺流程见图1。图1 塑料排水板+真空-填土预压法施工工艺流程图 4.2 施工方法从施工角度分析，要保证排水固结的效果，主要是做好三方面重要工作，即铺设水平砂垫层、竖向塑料排水带施工和施加固结压力。水平排水垫层的作用是在真空填土预压过程中，使从土体进入垫层的渗流水迅速的排出，使土层的固结能正常进行，防止颗粒堵塞排水系统。因而垫层的质量将直接关系到加固效果和预压时间的长短。为保证排水效果，垫层材料必须采用透水性好的砂料，同时能起到一定的反滤作用。因此本试验段垫层

11、材料采用级配良好的细度模数为2.9的中砂，经过试验检测，其渗透系数不低于10-3 cm/s，含泥量1.3%，透水性良好。（1）在铺设砂垫层前，彻底清除地表种植土和其他杂物，并作成4%的路拱，同时也用作横向排水坡。（2）将路拱进行碾压和晾晒，以利排水。（3）由于地基表层为黏土夹粉质粘土，承载力较低，为避免对机械对软土表层的过大扰动，造成砂和淤泥混合，影响垫层的排水效果，砂垫层采用人工配合挖掘机顺序推进摊铺。（4）砂垫层设计压实厚度为60cm ，第一层铺设厚度为40cm 。第二层铺设20cm 。（5）砂垫层的铺设要求均匀、密实、表面平整。（6）砂垫层铺好后，用履带式推土机进行碾压，当检验碾压中密D

12、r 0.67时，进行塑料排水板施工、敷设干支滤水管（真空管）、埋设检测元件及装备。（7）当滤水管、土工布、真空膜铺设完毕，连接射流泵的管子已接好及其他密封设施施工结束，且经检查无误时，便可进行试抽气。真空膜上下均要铺设一层土工布，土工布覆盖全场地至密封沟外缘，一则保护真空膜不受上部堆载施工的破坏；二则增强场地的整体效果；三则是地基受理均匀。（8）当真空预压试抽气达到要求后，真空压力大于80kpa 持续一周，即可转入正常抽真空阶段，方可进行上部路堤的填筑。（9）上部路堤填筑之前，须进行第二层砂的铺设。第二层砂的铺设，首先在第二层土工布上铺10cm 厚的细砂，然后铺一层单向土工格栅。（10）土工格

13、栅铺完之后，再铺10cm 厚的中粗砂和30cm 厚的粘土层。塑料排水带由于所用材料不同，断面结构型式各异。根据各种型式断面塑料带的性能情况，选择了具有良好透水性和强度的D 型塑料排水带。这是一种由塑料芯带外套透水挡泥滤摸所组成的复合型制品。这种制品的芯带材料采用特殊的硬质聚氯乙烯和聚丙烯，并加工成十字形式，使之具有纵向透水能力。其透水挡泥的滤膜，由丙烯类合成纤维制成，透水性好，其渗透阻力可忽略不计。经过检测，本试验段施工所使用的D 型塑料排水带的基本特性见表4。D 型塑料排水带的基本特性 表4 （1）插带机械 塑料排水板的施工质量在很大程度上取决于施工机械的性能，有时会成为制约施工的重要因素。

14、用于插设塑料带的插带机，种类很多，性能不一。由于在软弱地基上施工，因此要求行走装臵具有：机械移位迅速，对位准确；整机稳定性好，施工安全；对地基土扰动小，接地压力小等性能。从机型分，有轨道式、滚动式、履带浮箱式、履带式和步履式等多种。本试验段根据地形条件和工程地质条件，结合施工综合考虑，选用了具有行走方便、转向灵活、安全性能可靠等特点的LD-3型履带式振动塑料插板机。机具定位将塑料排水板通过导管从管靴穿出将塑料带与桩尖连接贴紧管靴并对准桩位插入塑料带上拔导管剪断塑料排水板机具移位。在塑料排水板施工中尚应注意以下几点：（1）塑料带滤水膜在转盘和搭设过程中应避免损坏；防止淤泥进入带芯堵塞输水孔，影响

15、塑料带的排水效果；（2）塑料带与桩尖连接要牢固，避免提管时脱开，将塑料带拔出； （3）桩尖平端与导管靴配合要适当，避免错缝，防止淤泥在搭设过程中进入导管，增大对塑料带的阻力，甚至将塑料带拔出； （4）严格控制间距和深度，如塑料带拔起0.5m 以上者应补打； （5）塑料带需接长时，为减小带与导管阻力，应采用滤水膜内平搭接的连接方法，为保证输水畅通并有足够的搭接强度，搭接长度需在200mm 以上。本试验段施工采用塑料排水板+真空-填土预压加固区域为0+0000+040，宽度30m ，面积为1200m 2。 （1）工艺设备抽真空工艺设备包括真空源和一套膜内、膜外管路。真空源采用了目前国内大多采用射流

16、真空装臵。射流真空装臵由射流箱和离心泵等组成。根据有关资料介绍，一套高质量的抽真空装臵在施工初期可负担10001200m 2的加固面积，后期可负担15002000m 2的加固面积的施工经验以及抽真空装臵的数量，以及始终保持密封膜内高真空度为原则（膜下真空值一般要求大于80kpa ），本试验段抽真空装臵的布臵根据加固面积和射流装臵的能力，共布臵2台7.5kw 真空泵，为了确保真空堆载联合预压一次成功，试验段实际布臵2台泵，预留第三台泵的接口。膜内水平排水滤管，主管采用90mmPVC 管，支滤管采用63mm PVC 管。滤水管滤水部分钻有8mm 的滤水孔，孔距为5cm ，三角形排列。滤水管外绕5m

17、m 尼龙绳（圈距5cm ），用尼龙绳缠绕滤管后用无纺布（250g 止滤水管上尖利物体刺破密封膜。 （2）密封系统密封系统由密封膜、密封沟和辅助密封措施组成。 密封膜密封膜要求：密封膜选用密封性好、抗老化能力强、韧性好、抗穿刺能力强的聚氯乙烯薄膜，其性能见表5。密封膜为经过热合加工的塑料膜，塑料膜采用平搭接，搭接长度控制在2.03.0cm 。热合时根据塑料膜的材质、厚度确定热合温度、刀的压力和热合时间，使热合缝牢而不熔。加工好的密封膜面积大于加固场地面积，每边大于加固区相应边3m ，符合一般要求24m 。为了确保整个预压过程中的密封性，塑料膜铺设2层，每层膜铺好后应检查和粘补破漏处。密封膜性能表

18、 表5 密封膜铺设：密封膜铺设之前，要派专人，逐一检查场地表面，是否有尖锐器物，如铁丝头，砂子中的尖锐石块、贝壳等等，如发现，及时予以处理，以免刺破密封膜而漏气。铺设时先在砂垫层上铺设10cm 厚的细砂，表面达到平整且压实，然后铺一层土工布，土工布的顶破强度要求1600N （见表6），在其上再铺两层真空膜。铺设的土工布的和真空膜松紧要适度，不宜过紧或太松。过紧了因抽真空和加堆载引起地土工布性能表 表6基的沉降，可能会使膜被拉破而损坏；太松了，会影响膜下真空度上升。真空膜的热合粘接，一定要认真细微，不得出现漏气现象，铺好第一层真空膜后，仔细查看是否有破损，如有破损应用补膜器补好，然后铺设第二层真

19、空膜，再检查、粘补。密封膜铺完后，在其上铺一层土工布，以保护真空膜不被破坏。土工布的搭接采用便携式缝纫机缝合，缝线用尼龙线，缝制的线条要平直、均匀、结实。密封沟密封沟开挖：密封沟的内边口至滤管距离应3.0m ，沟深1.5m ，底宽1.0m ，上口宽1.5m ，和CFG 桩隔离侧的密封沟挖深2.0m 。沿 密封沟的外缘，在场地四周填筑挡水埂，以利抽真空时场地覆水。覆水的好处有以下两点： 增加场地内的荷载。由于水的自重对加固场地产生了压力作用，等于加了荷载。 提高加固场地的密封程度。由于 证场地四周密封而不漏气。其他密封措施安装射流泵和连接管路:共布臵2台7.5kw 真空泵，为了确保真空堆载联合预

20、压一次成功，试验段实际布臵2台泵，预留第三台泵的接口。连接射流泵和主管的胶管、连接真空表的真空管和沉降杆，由膜下伸至膜上时一定要处理好与真空膜的关系，预留抽真空后相对沉降量，涂密封油、扎紧、用胶带缠绕。出膜连接与真空泵系统安装：真空主管通过出膜器与真空泵连接。出膜器的连接必须牢固，密封可靠。不得有漏气现象发生。另外在行人必走之路，铺麻袋或草垫以保护真空膜。 （3）施压 试抽气。在上述一切工作完成（此时场地未覆水）、电源接通后，便可进行试抽气。通过试抽，检查场地的密封程度，检查仪表、设备运行状况，观测真空度上升速度等等。一般情况下，试抽气一周膜下真空度上升到80KPa 以上且稳定，即认为密封状况

21、已良好，可进入正常稳定抽气阶级。 铺土工布、细砂和粘土当试抽气进入稳定抽气阶段达7天以上后，即可在真空膜上铺设第二层土工布（实际真空膜铺完之后已铺），覆盖全场地至密封沟的外缘，一则保护真空膜不受上部堆载施工的破坏；二则增强场地的整体受力效果；三则使地基受力均匀。在土工布之上再铺设20cm 厚的砂层和30cm 的粘土层。 稳定抽气如前所述，由试抽气使膜下真空度上升至80kpa 以上，且保持稳定，便可认为进入稳定抽气阶段抽真空及真空维持：上述工作完成后，即可开始抽真空，抽真空后加固区内真空度会持续上升，当膜下真空度达到并稳定在80kPa 以上时，即可进行上部路堤填筑，此时进入真空填土预压正常阶段。

22、填土堆载预压阶段：真空预压加固区膜下真空度达到80kPa 以上的条件下连续抽真空一个月后，进行路基填筑堆载预压。该阶段的工作，应做好真空表、沉降表、孔压计的观测和记录，做好设备运行的观测和记录。一般要求真空表的观测，每小班（一天三个小班）不少于二次，即交接班、班中各一次；沉降观测要求，开始一月内，一天二次，上下午各一次（间隔12小时左右），一月后每天一次；孔隙水压力观测、水平位移观测要求一天1次。稳定抽气达四个月，场地的平均总沉降量达到了设计要求，且最后10天的日沉降量小于1mm 时，在征得监理工程师的同意后，便可进入维持抽气阶段。维持阶段的抽气，要逐渐减少开泵的数量和开泵的时间。维持阶段的抽

23、气，一般不超过5天。维持抽气。结束后，迅速组织人员拆除设备、监测装臵。 4.3 现场沉降观测真空预压加固软基的监测装臵，主要有膜下真空度和泵上真空度观测的真空表、用于观测加固场地沉降标和测定地下孔隙水压力的孔压计等。埋设的位臵和数量符合设计要求。观测仪器埋设平面图、剖面图分别见图5、图6。 表面沉降板的埋设：在埋设点地面挖50cm 50cm 30cm 的土坑，内铺50cm 左右的黄沙，整平压实；将沉降板平放在坑内，保证板面水平，并回填土整平压实；将套管垂直套进测杆标上；用水准仪连续数日观测杆的高程，并确定初始高程。观测要求：沉降观测要求按等级水准规定测量，并定期校正基准点的高程；在路堤填筑加荷

24、期要求每两天观测一次，施工期每周两次，预压期每周一次；测量结果当天及时整理。测斜管的埋设：采用127钻具定位开孔，成孔偏斜度不允许大于10mm ，通常应钻至下卧硬土层50100cm ，深度达无水平位移处；第一导管底用塑料盖封死，并与其它导管分段在地面接成，或逐节在孔口对接，慢慢放入孔中，注意对接时导向槽的对正不许偏扭；导管埋至预定的深度后，校正导向槽的方向，在导管与钻孔壁间用砂填充，等稳定一段时间后，进行零点测试，并测量管口高程。测试要求：采用电阻应变式测斜仪伺服加速度式测斜仪进行测试；测试时保证测斜仪导轮在导槽内，轻轻滑入管底，稳定后每隔0.5m 测读一次，直至管口，将测斜仪反转1800，重

25、新测试一遍，以消除仪器的误差；测量稳定后测斜管的初始位臵，所测结果视为基准值记入测试记录表；观测频率通常与表面沉降观测一致。孔压计的埋设：埋设前先于现场设定孔压计的基本参数，并将透水石洗净，煮沸3060min 后，浸在清水中；根据测点位臵，钻孔定位开孔，孔深达测点以上2050cm 左右，清孔后将浸在清水中的孔压计连同装满清水的塑料袋迅速提出放入钻孔内；利用钻杆和压具，把孔压计压至测点深度，并注意保护电缆；小心提起钻杆，稍等片刻，利用频率仪检测孔压计频率变化是否正常，若发现异常情况，可利用铅丝将孔压计提起。测试要求：用频率仪测试时必须等读数稳定后读取；注意各点电缆线的保护，将归拢成一束的电缆呈波

26、浪形摆好，铺上黄沙并用土填平，测头统一放入观测箱。仪器的埋设：采用108钻具定位开孔，成孔偏斜度不允许大于10，进尺时注意护壁，钻至预定深度；在硬塑料管外每隔23m 套一沉降环，分段在地面接成，或逐节在孔口连接，埋至预定深度，用黄沙密实孔隙；埋设完毕稳定后，用分层沉降仪放入管中测量，对环的位臵、数量进行校对，并测量管口高程。测试要求：测试时必须定期测量管口高程，以便修正读数；路堤填筑施工中注意保护。真空表的埋设：检验真空表的性能是否满足测试要求；准备30cm 长的PVC 滤管，表面打眼成网状，并用土工布滤纸捆好，防止抽气时土粒进入；把10mm 的导管放入PVC 滤管中，用密封膜捆住两头并胶好，

27、防止两端漏气，埋入砂垫层中；把导管的另一端拉到测点处，与真空表相接，连接处必须完全密封，并将沿路线导线埋入砂垫层中，防止损坏。测试要求：真空度上升阶段，每2个小时观测一次；真空度达到设计要求值阶段，每4个小时观测一次；真空度出现波动时，应仔细检查分析原因，是否是连接处漏气或密封膜破坏，并采取应对措施。4.4 沉降分析与工后沉降预测4.5 加固效果（总体）评价真空预压阶段，真空度通过过滤管、砂垫层及塑料排水板逐渐向土体内部传递，土体中的孔隙水在压差的作用下不断向外排出，从而使土体发生排水固结。真空堆载联合预压阶段在真空预压的基础上，再利用路堤填土进行堆载预压，一方面由于堆载的作用，土体中的孔隙水

28、压力升高；另一方面由于真空预压的作用，砂垫层及塑料排水板通道的孔压力处于负压状态，这样地基中的孔隙水与排水体的压差就更加大，加速了土体中水的排出，固结速度加快，加固效果更加明显。加固深度主要取决于引起孔隙水压力变化的深度。在真空堆载联合预压加固软基方法中，真空度是引起孔隙水压力变化的主要因素之一，它沿深度的传递与竖向排水体的井阻有关。现场实测资料显示，真空度沿深度的衰减明显低于堆载时总应力沿深度的衰减。因此真空堆载联合预压方法的加固深度大于普通的堆载预压，比较适合加固具有深厚软土层的地基。在真空堆载联合预压加固软基方法中，当膜下真空度达80 kPa时，真空荷载相当于45m高度的填土荷载，这使得

29、该方法在在预压过程中的等效超载高度高，加之固结速度快、影响深度深等因素，都使得地基的强度增长快，而且提高幅度大。在稳定性方面：真空堆载联合预压方法是在真空预压的基础上，施加堆荷外载。由于真空产生负压，使土体产生向内收缩变形，可以抵消因堆载引起的向外挤出变形，因而地基不会因填土速率快而出现稳定地基性问题。从另一角度分析，地基产生向内的收缩变形，等同于在路基两侧施加反压护道，因而，抽真空产生负压有利于路基稳定。5 CFG桩网复合地基施工图7为DZ 90KS 振动沉管成桩机示意图。配悬挂式桩架。图8（a ）图9 CFG桩施工准备工作流程图（1）做到“三通一平”施工现场首先要做好三通一平工作，即保证路

30、通、水通、电通和场地平整。场地平整时，一方面要注意平整地表、清除地上、地下的障碍物，另一方面，当地表土强度较低时，要铺设适当厚度的垫层，以利重型施工机械通行。（2）材料CFG桩原材料包括砂、石、水泥、粉煤灰和外加剂，在进场前需确定原材料的种类、品质，并将原材料送至试验室进行化验和做混合料配 比试验。水泥：施工中用袋装425号普通硅酸盐水泥； 碎石：粒径多采用531.5mm ；粉煤灰：用袋装级、级粉煤灰。 （3）确定混合料的配比施工时，混合料的配比对桩的质量有很大的影响，不同成桩方法对配比的要求也不相同。本工程采用振动沉管打桩机成桩，施工时按照设计要求进行试验选择最佳配比，每盘料搅拌时间不少于1

31、min ，坍落度控制在3-5cm 。通过试验，最后确定的配合比（重量比）为：水泥：粉煤灰：碎石（含石屑）：水=1：1.92：15.21:1.70 附配合比试验资料： 现场取样试件强度试验情况如下表：（坍落度35cm ）（4）成桩试验施工前进行了成桩试验，试验数量3根，成桩检查满足设计和规范要求。 （5）制定CFG 桩布桩图。图应注明桩位编号以及设计说明和施工说明。见图10。（6）桩位放样与埋桩头。在CFG 桩施工前应根据设计图纸，放样路基的控制轴线，并将CFG 桩的准确位臵施放到CFG 桩作业面上。施放 中铁一局集团有限公司 传真电话地址

32、：上海市嘉定区黄渡镇老宅村中铁一局集团高速铁路路基试验段 高速铁路软土路基沉降控制的试验研究 图10 CFG桩位布臵图中铁一局集团有限公司 传真电话地址：上海市嘉定区黄渡镇老宅村 31的桩位应明显、易找、不易被破坏，实际可采用有一定直径和深度的白灰点来表示桩位。最后将采用的钢筋混凝土预制桩尖埋入地表以下30cm 左右。CFG 桩施工工艺流程图CFG 桩施工工艺流程见图11。图11 CFG桩施工工艺流程图（1）桩机就位CFG 桩施工时，桩机就位后，根据设计桩长、沉管入土深度确定机架高度和沉管长度，并进行设备组装。（2）混合料搅拌 混合料搅拌

33、要求按配合比进行配料，计量要求准确，上料顺序为：先装碎石（石屑），再加水泥、粉煤灰，最后加砂，使水泥、粉煤灰和夹在砂、石之间，不易飞扬和粘附在筒壁上，也易于搅拌均匀。每盘料搅拌时间不应小于60s 。混合料塌落度控制在35cm 。（3）沉管成孔向下移动沉管至管头触及桩头，用桩机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位臵，使沉管垂直对准桩位（桩尖）中心，确保CFG 桩垂直度容许偏差不大于1%。启动马达沉管。一般应先慢后快，这样既能减少沉管摇晃，又容易检查桩孔的偏差，以便及时纠正。沉管过程中做好记录，每沉管1m 记录电流表上的电流一次。并对土层变化处予以说明。在沉管过程中，如发现沉管摇晃或难钻

34、时，应放慢进尺，否则容易导致桩孔偏斜、位移，甚至使桩头、沉管等破坏。沉管到预定标高，停机。（4）灌注及拔管灌注：CFG 桩成孔到设计标高，停机后立即向管内投料，直到混合料与进料口齐平。灌注过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致灌注中断。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。成桩后浮浆厚度以不超过20cm 为宜。拔管：启动马达，留振510s ，开始拔管，把管速率一般为1.21.5m/min（拔管速度为线速度，不是平均速度），如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率还应放慢。拔管过程中不允许反插。如上料不足，须在拔管过程中空中投料，以保证成桩后桩顶标高达到设计要求。成桩后桩顶标高应考虑计入保护桩长。沉管拔

35、出地面，确认成桩符合设计要求后，用粒 状材料或湿粘性土封顶。然后移机进行下一根桩的施工。施工过程中，抽样作混合料试块，一般一个台班作一组（3块），试块尺寸为15cm ×15cm ×15cm ，并测定28天抗压强度。（5）移机当上一根桩施工完毕后，桩机移位，进行下一根桩的施工。3号，连续打下去；二是间隔跳打，可以隔一根桩，也可隔多个桩打。如图12（b ）所示，先打1、3、5，后打2、4、6。试验段CFG 桩设计桩径500mm ，桩间距2m ，正方形布桩。按有关规范和借鉴其它大量工程实践经验，混合料尚未初凝时连续施打可能造成桩被挤扁或缩径等缺陷的可能性较小。我们采取了连续施打。

36、同时也避免了隔桩跳打在土质较硬时，在已打桩中间补打新桩时，一方面加大了沉管的难度；二是非常容易造成已打的桩成为断桩或可能发生被振裂或振断的现象。由于是满堂布桩，我们采用从一边向另一边推进的方案。避免了从四周转圈向内推进施工时，可能限制桩间土外的侧向变形而容易造成大面积土体隆起，使断桩的可能性增大。理论和实践证明，拔管速率太快将造成桩径偏小或缩径断桩；拔管速度太慢，成桩后桩顶浮将较多。因此根据有关规范和其它工程实践经验，拔管速率控制为1.21.5m/min的。应该指出，这里说的拔管速率不是平均速度。除启动后留振510s 之外，拔管过程中不再留振，也不得反插。如果振动沉管机拔管速率较快，可以通过增

37、加卷扬系统中的滑轮数量来改变拔管速度。也可通过电动机变速向系统来实现。工程实践表明，混合料坍落度过大，桩顶浮浆过多，桩体强度也会降低。坍落度控制在35cm，和易性很好，当拔管速率为1.2m1.5m/min 时，一般桩顶浮浆可控制在15-20cm 左右，成桩质量容易保证。所谓保护桩长是指成桩时预先设定加长的一段桩长，基础施工时将其凿掉。保护桩长是基于以下几个因素而设臵的：（1）成桩时桩顶不可能正好与设计标高完全一致，一般要高处桩顶设计标高一段桩长。（2）桩顶一段由于混合料自重压力较小或由于浮浆的影响，靠桩顶一段桩体强度较差。（3）已打桩尚未结硬时，施打新桩可能导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩

38、径缩小。如果已打桩混合料表面低于地表较多，则桩径被挤小的可能性更大，增加混合料的表面高度即增加了自重压力，可使抵抗周围土挤压的能力提高，特别是基础埋深很大时，空孔太长，桩径很难保证。综上所述，保护桩长必须设臵，在施工中，由于设计桩顶标高离地表的距离不大（仅30cm50cm），因此施工中保护桩长取30cm50cm，上部再用土封顶。桩机卷扬系统提升沉管线速度太快时，为控制平均速度，一般采用提升一段距离，停下留振一段时间，非留振时，速度太快可能导致缩径断桩。拔管太慢或留振时间过长，都会使得桩的端部桩体水泥含量较少，桩顶浮浆过多，而且混合料也容易产生离析，造成桩身强度不均匀。因此，施工中，严格按拔管速

39、率为1.2m1.5m/min控制，并且除启动后留振510s之外，拔管过程中不再留振，也不得反插。确保桩体混合料强度均匀。在试桩时，发现采用活瓣桩靴成桩时，出现的问题是桩靴开口打开的宽度不够，混合料下落不充分，造成桩端与土接触不密实或桩端一段桩径较小。而且，桩径变形。为此，在试桩之后，我们采用了预制的钢筋混凝土桩尖。从理论上讲，若采用反插的办法，由于反插时桩管垂直度很难保证，容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土等缺陷。因此，整个施工过程中我们严格监控，没有一例反插的现象发生。信息施工能及时发现施工过程中的问题，可以使施工管理人员有根据的进行决策，对保证施工质量是至关重要的。施工过程中，特别是施工

40、初期应做如下的一些观测：（1）施工场地标高观测。施工前要测量场地的标高，注意测点应有足够的数量和代表性。打桩过程中随时测量地面是否发生隆起，因为断桩常常和地表隆起有关系。（2）桩顶标高的观测。施工过程中要注意已打桩桩顶标高的变化，特别要注意观测桩距最小部位的桩。（3）对桩顶上升量较大的桩或怀疑发生质量事故的桩要开挖查看。5.3 桩头处理CFG 桩打桩完毕后，应对场地进行清理，桩顶的保护土层采用人工开挖，清除保护土层时不得扰动基底土，防止形成橡皮土。施工时严格控制标高，不得超挖，更不允许超挖后自行回填。保护土层清除后进行下一道工序，将桩顶设计标高以上桩头截断。截桩具体方法如下：（1）找出桩顶标高

41、位臵，在同一水平面按同一角度对称放臵2个或4个钢钎，用大锤同时击打，将桩头截断。严禁用钢钎向斜下方向击打或用一个钢钎单向击打桩身或虽然双向击打，但不同时，以致桩头承受一定 CFG 桩施工完毕，根据有关规范，28天后对CFG 桩和CFG 桩复合地基进行了检测，检测包括低应变对桩身质量的检测和静载荷试验对承载力的检测，静载荷试验采用单桩和单桩复合地基，根据试验结果评价复合地基承载力。由于CFG 桩是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩，是近年来新开发的一种地基处理技术。通过调整水泥掺量及配比，可使桩体强度等级在C5-C20之间变化。CFG 桩在受力特

42、性方面介于碎石桩和钢筋混凝土桩之间。目前还没有针对这种介于刚柔之间桩的检测标准和规范，根据以往施工检测经验和咨询具有基桩检测资质的相关单位，最后该试验段CFG 桩检测依据上海市工程建设规范地基处理技术规范（DGJ08-40-94）、地基基础设计规范（DGJ08-11-1999）、钻孔灌注桩动力测试技术规程（DGJ08-218-96）等。（1）动力检测方案检测方法：按动力荷载下桩土之间应变的性质与大小，CFG 桩的动力检测采用低应变法（小应变法）。低应变法的类别很多，主要有机械阻抗法、反射波法、水电效应法、共振法、动力参数法、水平地震法等。从检测原理、理论依据、测试仪器、使用经验等方面来看，选择

43、了反射波法进行结构完整性、桩身质量普查和检测桩身的质量缺陷。检测数量：根据有关规范，低应变检测数量一般取CFG 桩总桩数的10%。本试验段设计CFG 桩414根，应检测41根，实际检测44根。（2）静载检测方案静载检测包括CFG 桩基桩静载测试和CFG 桩单桩复合地基静载测试。检测数量：根据有关规范，静载荷试验数量取CFG 桩总数的0.5%-1.0%，但不少于3点。因此，本次检测CFG 桩检测3根，其中悬浮桩2根，穿透软土桩1根；单桩复合地基检测2点，悬浮桩和穿透软土桩各1点。加压方式：采用油压千斤顶加载荷堆载平台反力装臵。加载分级：按照试桩预估最大荷载的1/10为加载级差，逐级等量加载，第一

44、级取2倍加载量进行加载，每级荷载载维持过程中保持数值稳定。荷载由一台2000KN 的电动千斤顶施加于载荷板上，通过正交对称安臵在载荷板上的4只机械百分表观测桩顶（复合地基）的沉降量。卸载分级：取卸载量为加载量的2倍，进行逐级等量卸载。试验方法：采用慢速维持荷载法。每次加载后第一小时内第5、15、30、60分钟测读试桩沉降量，以后每隔半小时测读一次，当沉降速率达到相对稳定标准时，进行下一级加载；卸载时，每级荷载维持一小时，按第5、15、30、60分钟测读，卸载至零时，测读稳定的残余沉降量，一般为180分钟左右。稳定标准：取一小时的沉降量不超过0.1mm ，并连续出现两次，作为试桩稳定标准。终止加

45、载条件A. 单桩竖向静载荷试验, 当出现下列情况之一时，即可终止加荷： a. 在某级荷载作用下的沉降量大于前一级沉降量的5倍；b. 在某级荷载作用下的沉降量大于前一级沉降量的2倍并经24小时尚未稳定；c. 累计沉降量已经达到100mm 。B. 复合地基静载荷试验, 当出现下列情况之一时，即可终止加荷： a. 沉降量急剧增大，土被挤出或压板周围出现明显裂缝；b.总沉降量达到甲方的要求（累计沉降达到90mm 时）；c. 累计沉降量已大于载荷板宽度的10%；d. 在某级荷载作用下荷载板的沉降量大于前一级的2倍，并经24小时尚未稳定。对复合地基静载荷测试时采用1800mm ×1800mm 刚

46、性荷载板水平、居中安放在CFG 桩上，板下用约3cm 厚中砂找平，安臵高程与设计高程一致。（1）检测环境与条件选桩，绘制检测桩位布臵图。择试验点时应本着随机分布的原则进行选择。挑选施工质量好的桩或施工质量差的桩，或者为了检测方便中铁一局集团高速铁路路基试验段 高速铁路软土路基沉降控制的试验研究 将所有试桩集中在一个区域的选桩方法，都不能体现随机分布的原则。选好后，在桩位布臵图上标示检测桩。检测桩前要进行桩头处理，如果由于某种原因造成桩顶标高低于设计标高时，如果相差较多，应进行接桩。所有桩龄期应达到28天，桩身强度满足设计要求。小应变检测的桩顶还应在桩头截断后，用钢钎、手锤将桩顶从四周向中间修平

47、至桩顶设计标高，桩顶中心10cm ×10cm 应较其它地方平整，以利放臵测试仪器。静载测试桩桩头，为防止桩头破坏影响静载试验的进行，一般要作桩帽。桩帽材料用高标号混凝土或同一标号的钢筋混凝土。桩帽接好并养护三天后即可进行静载测试。为便于操作，根据测试要求，静载测试桩桩顶还需以桩为中心， 单桩竖向静载荷试验（500mm ×27000mm ） 表7-2 复合地基静载荷试验（500mm ×17500mm ） 表7-3复合地基静载荷试验（500mm ×27000mm ） 表7-4B. 测读时间为每次加载后第一小时内沉降测读时间按第 5min、15min 、30m

48、in 、45min 、60min 进行测读，以后每隔半小时测读一次，直到沉降量达到稳定标准时，然后进行一级加载。卸载及沉降测读A. 每级卸载量取加载量的两倍，卸载等级见表8。单桩竖向静载荷试验（500mm ×17500mm ） 表8-1 单桩竖向静载荷试验（500mm ×27000mm ） 表8-2 复合地基静载荷试验（500mm ×17500mm ） 表8-3 复合地基竖向静载荷试验（500mm ×27000mm ） 表8-4 （1）低应变检测主要根据时域波形，比较入射波与反射波达到时刻及其振幅、相位、频率等特征，进行计算、判断。抽检的44根桩占施工4

49、14根CFG 桩的10.6%，其中类桩（完好桩）有26根，占抽检桩总数的59.1%； 类桩(有轻微缺陷，但不影响原设计桩身结构强度的特性 有17根，占抽检桩总数的38.6%；类桩（有明显缺陷，但应采用其他方法进一步确认可用性的桩）有1根，占抽检桩总数的2.3%；类桩（有严重缺陷或断桩）0根，占抽检桩总数的0%。 （2） 静载测试 测试结果见表9。静载荷试验结果 表9 极限承载力确定A. 单桩竖向静载荷试验a. 在荷载沉降曲线上取第二拐点所对应荷载；b. 在s lgt 曲线上取曲线尾部明显向下曲折的前一级荷载；c. 按累计沉降量确定：碎（砂）石取s/d0.07所对应的荷载。 B. 复合地基静载荷

50、试验a. 在荷载沉降曲线上取第二拐点所对应的荷载；b.在s lgt 曲线上取曲线尾部明显向下曲折的前一级所对应的荷载；c.按累计沉降量确定：取s/b=0.07所对应的荷载（s 为沉降量，b 为载荷板宽度）。 结果分析A. 单桩竖向静载荷试验综合分析本工程三组试桩沉降观测数据及依据测试数据绘制的Q-s 曲线及s-lgt 曲线，4-10#试桩在加载到600kN 时，桩顶总沉降量为107.97mm ，在荷载-沉降曲线上出现明显的第二拐点,s lgt 曲线出现明显的向下弯曲段。6-12#试桩在加载到500kN 时，桩顶总沉降量为100.48mm ，在荷载-沉降曲线上出现明显的第二拐点,s lgt 曲线出现明显的向下弯曲段。J23-5#试桩在加载到