铁路地基处理 CFG桩施工（铁路路基施工）

一、概述1概念：水泥粉煤灰碎石桩，简称CFG(CementFly-ashGravel)桩。是由碎石和适量的石屑，粉煤灰和少量水泥，加水拌和后用成桩机具制成具有一定粘结强度的柔性桩。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。2适用土类项目2.2CFG桩施工3优点：

CFG地基加固方法吸取了振冲碎石桩法和水泥搅拌桩法的优点,表现在五个方面。①施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样,工艺简单，与振冲碎石桩相比，无场地污染，振动影响也较小;

②仅需少量水泥而桩体强度增强效果好，便于就地取材，基础工程不会与上部结构争“三材”；③受力特性与水泥搅拌桩类似；④沉降量和差异沉降控制效果好。

CFG桩的材料强度等级与普通灌注桩相近，在竖向受力时，其单桩承载力、沉降量与同等条件下的灌注桩相差无几，因此其绝对沉降量在复合地基中是最小的几种形式之一。

此外，由于有褥垫层的变形协调作用，基础的局部倾斜、相邻柱基的沉降差也得以减小。因此其沉降量和差异沉降量控制效果好。⑤适应范围广

以地基形式而言，CFG桩既可适用于条形基础、独立基础，也可用筏基和箱形基础；

就土性而言，CFG桩可用于处理黏性土、粉土、砂土和填土；CFG既可用于挤密效果好土，也可用于挤密效果差的土。当CFG桩用于挤密效果好的土时，承载力的提高既有挤密作用、又有置换作用；当CFG桩用于不可挤密土时，承载力的提高只有置换作用。对淤泥质土和天然地基承载力较低的土(fka≤50kPa)，应按地区经验或通过现场试验确定CFG桩的适用性。CFG桩图二、加固机理1、桩体作用

CFG桩不同于碎石桩，是具有一定粘结强度的混合料。在荷载作用下CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的CFG桩起到了桩体作用。据南京造纸厂复合地基载荷试验结果，在无褥垫层情况下，CFC桩单桩复合地基的桩体应力比n=24.3～29.4；四桩复合地基桩土应力比n=31.4～35.2；而碎石桩复合地基的桩土应力比n=2.2～2.4，

可见，CFG桩复合地基的桩土应力比明显大于碎石桩复合地基的桩土应力比，表明其桩体作用非常显著。当CFG桩用于挤密效果好的土时，由于CFG桩采用振动沉管法施工，其振动和挤压作用使桩间土得到挤密，重度、压缩模量均↑↑，

复合地基承载力的提高既有挤密又有置换。

当CFG桩用于不可挤密的土体时，其承载力的提高只是置换作用。2、挤密与置换作用3、褥垫层的调整匀化的作用由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫，在复合地基中有四种作用：1)保证桩、土共同承担荷载。褥垫层的设置为CFG桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，即使桩端落在好土层上，至少可以提供上刺入条件，以保证桩间土始终参与工作。2)减少基础底面的应力集中。在基础底面处桩顶应力σp与桩间土应力σs之比随褥垫层厚度的变化急剧减小(图3)。当褥垫层厚度大于10cm时，桩对基础产生的应力集中已显著降低。当褥垫层的厚度为30cm时，σp／σs只有1.23。图3

σp

/σs与褥垫层厚度关系曲线3)褥垫厚度可以调整桩土荷载分担比。荷载一定时，褥垫越厚，土承担的荷载越多。荷载水平越高，桩承担的荷载占总荷载的百分比越大。表1表示6桩复合地基测得的Pn/P总值随荷载水平和褥垫厚度的变化。表1桩体承担荷载占总荷载百分比

图4表示基础承受水平荷载时，不同褥垫厚度、桩顶水平位移Up和水平荷载Q的关系曲线，显示褥垫厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶受的水平荷载越小。图4不同厚度垫层时Q-Up曲线1—垫层厚2cm；2—垫层厚10cm；3—垫层厚20cm；4—垫层厚30cm褥垫的合理厚度？4)褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比。确定褥垫的合理厚度的基本原则1）褥垫厚度过小。桩对基础产生的应力集中过于显著。①桩对基础有冲切作用，势必需要加厚基础；如果基础承受水平荷载，可能造成复合地基桩发生断裂；③桩间土承载能力也不能充分发挥，必然增加桩的数量或桩长。2）褥垫厚度过大(尽管桩间土承载能力可以充分发挥）。①如果厚度过大，不仅造成浪费，且几乎等同于换土回填；②褥垫层下复合地基表面的桩土应力比n很小，意味着浅层地基土承担了较高的荷载，而浅层地基土的强度往往又较低。尽管浅层土分担的荷载会很快向桩转移(桩顶部存在负摩阻力区？)，但浅层土压缩变形造成的过大沉降量，实际上使复合地基中设置的桩失去意义。褥垫厚度的合理性在于既要保证桩在水平荷载作用下不会发生断裂，又要合理发挥桩和桩间土的承载能力。三、施工流程目前CFG桩施工方法主要为振动沉管灌注成桩法施工和长螺旋钻孔管内泵压桩体材料灌注法施工两种三、施工流程CFG桩振动沉管灌注施工流程图

目前CFG桩施工方法主要为振动沉管灌注成桩法施工和长螺旋钻孔管内泵压桩体材料灌注法施工两种三、施工流程CFG桩长螺旋钻管内泵压混合料灌注成桩施工流程图

目前CFG桩施工方法主要为振动沉管灌注成桩法施工和长螺旋钻孔管内泵压桩体材料灌注法施工两种1、施工准备

1）室内配合比试验：CFG桩桩体混合料由水泥，卵石(或碎石）、砂、粉煤灰(必要时加适量泵送剂)，加水在搅拌机中强制搅拌而成。选择合格的原材料，复检合格后进行室内配合比试验，选择合适的配合比、强度等级，坍落度以160～200mm为宜；（振动沉管灌注成桩施工坍落度宜为30～50mm）

2）施工前先进行试验桩施工（不少于3根），以确定合适的施工工艺和参数（混合物配合比、坍落度、拌和时间、投料量、提钻速率）。三、施工流程施工图片室内配合比试验试验桩施工2、原地面处理

1）施工前，用装载机或挖掘机等设备清除地表腐植土及障碍物，平整施工场地，以保证钻机作业时重心稳定，钻杆垂直并顺利移位；场坪应高出设计桩顶标高50cm，对于清表后低于场坪标高的地段应换填土至场坪标高，并用压路机分层碾压，做好场坪排水设施，确保场坪不积水。2）未使桩身不因外界扰动产生断桩现象，建议采取对原土地基碾压，原土地基碾压存在难度的采取挖除换填土等措施，保证CFG桩处理范围内原土压实度达到90%以上，原土地基处理完成后再进行CFG桩施工。场地平整压实度试验施工图片3、桩位测量放样

根据设计图纸确定的施工区域及桩位平面布置图形式进行桩位放样，测量队用全站仪放出CFG桩加固区域边线，中间桩位采用钢尺拉线确定，插竹签标识。测量放样孔位布置4、钻机就位移动钻机就位后，应使钻杆垂直于桩位中心，现场控制采用观察钻架上标杆紧贴钻架，并与下部标杆对齐。每根桩施工前，现场技术员应对桩位中心及垂直度检查，检查合格后方可开钻。钻机就位垂直度检测5、混合料拌制、运输

1）按照试验配合比进行配料，混合料采用拌合站集中拌制，上料顺序为：先装碎石、再加水泥、粉煤灰和外加剂，最后加砂，使水泥、粉煤灰和外加剂夹在砂、石之间，不易飞扬和粘附在筒壁上，也易于搅拌均匀，拌合时间不少于1分钟，混合料坍落度在160～200mm范围内，2）混合料运输采用砼罐车运输。施工图片混合料拌合混合料运输6、钻进成孔钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆钻头接触地面时启动马达钻进，先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正，在钻孔过程中，发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，防止桩孔偏移、位移或钻头损坏，钻至设计深度后报监理工程师确认后方可终孔，记录好开钻时间，钻进速度，不同地质条件下电流值，成桩瞬间电流。施工图片钻进成孔阀门关闭地质复核岩土试样标签现场取土样钻泥在钻孔过程中必须随时清除，应当注意：①除50小型挖掘机外，任何机械设备不得进入CFG桩钻孔灌注场地②挖土时不得扰动设计桩顶标高以下的桩间原土③不得挖动已经灌注的CFG桩，使桩头破坏。CFG桩埋在地面以下，无需专门养护，桩灌注完成后强度达到80%方可进行下一步工序，养护期间必须保护钻孔灌注现场，任何机械不得进入钻孔灌注区。问题与探讨

——及时清运钻泥与成桩质量的关系CFG桩长螺旋钻孔属于排土成桩工艺。在施工过程中，随着长螺旋钻杆的钻进，排出的土体在孔口堆积，单桩排出的土量随着桩长的增加而增加。灌注成桩后这部分堆积弃土中还有一定的混合料与上部浮浆。在孔口超灌混合料及浮浆尚处于初凝前湿浆状态对其进行挖除，称为“湿挖”。湿挖的浆体随弃土一起清运。这部分被围裹在孔口松散的钻孔排土中的混合料若不湿挖去除，凝结后将会在桩顶形成性状不规则的扩大头。

问题与探讨

——及时清运钻泥与成桩质量的关系施工中及时清运钻孔弃土对施工带来如下好处：

①保持施工场地的平整，便于钻机的移机和定位。

②避免形成桩顶蘑菇头，从而降低保护土层清运工作的难度和凿桩头的工作量。

③避免和减轻钻孔排出的泥浆渗水使场地及其周围桩间土层含水量的增高。④避免给钻机的稳定和周边场地的施工带来不利影响。问题与探讨

——及时清运钻泥与成桩质量的关系钻孔时排出的弃土成桩后孔口堆积的弃土、混合料及浮浆清除钻泥问题与探讨

——及时清运钻泥与成桩质量的关系孔口混合料的湿挖与弃土清运保护土层清运后出露的桩头清除钻泥问题与探讨

——及时清运钻泥与成桩质量的关系清理和未清理弃土施工后形成的不同桩头未清理弃土施工后形成的蘑菇头清除钻泥问题与探讨

——及时清运钻泥与成桩质量的关系7、灌注及拔管

1）灌注前试验人员对拌合料进行检查，如坍落度检测，制作150mm×150mm×150mm规格28d抗压强度试块。2）成孔至设计桩底（加固深度必须打穿软弱层至其下持力层不小于0.5m或白云岩基岩面上），当钻头钻至硬层时，钻杆摇晃较大，同时钻机设备的电流值达到150A左右，这种情况下持续钻进50cm以上并达到设计底标高，可以认为达到设计要求，取土样确认地质条件。3）泵送混合料，当钻芯充满混合料后开始拔管，不可先拔管后灌料，施工过程中应经常检查泵送压力、弯头和钻杆状态，防止导管堵塞。

4）混合料的泵送量与拔管速度相匹配，拔管速度控制在2～3m/min,成桩过程必须连续进行，施工过程中如因其它原因不能连续灌注，须避开饱和砂土、粉土层停机。5）泵送过程中，导管应始终埋入混合料内1m左右，以防断桩，每根桩的灌入量不应少于设计量。6）施工桩顶高程应大于设计桩顶高程50cm，确保桩长和桩体质量。混合料泵压入管施工图片混凝土灌注桩顶面混凝土坍落度检测8、移机

一根桩施工完成后，钻机移位，进入下一根桩施工。CFG桩施工应合理安排打桩顺序，避免后序桩施工对已施工桩的损坏。CFG桩施工顺序跳打连打易导致断桩与缩颈振动开裂或振断施打顺序与土性和桩距有关，在饱和软土中成桩，桩机的振动力较小，当采用连打作业时，新打桩将挤压已打桩，使已打桩被挤扁成椭圆形或不规则形，严重的产生缩颈和断桩，而且后打桩沉桩困难，因此宜采用隔桩跳打。在饱和的松散粉土中施工则不宜采用隔桩跳打方案，因为松散粉土振密效果好，先打桩施工完后，土体密度会有明显增加，而且打的桩越多，土的密度越大，桩就越难打。在补打新桩时，一是加大了沉管难度，二是非常容易造成已打桩断桩。当满堂布桩时，宜从中心向外推进施工，或从一边向另一边推进施工。

9、桩间土清除

CFG桩施工完成在混合料初凝后，进行打桩弃土清运，清运弃土不可对其下桩身造成伤害，不可扰动桩间土，清运完毕后，使用小型挖掘机开挖其下50cm保护土层，施工时严格控制标高，不得超挖。打桩弃土清运CFG桩施工完毕，待桩体达到一定强度（一般3～7d）后，可进行开槽，清土和截桩时，不得造成桩顶设计标高以下的桩体断裂和扰动桩间土。10、截桩施工桩间土开挖时，挖掘机易碰撞桩头造成浅层断桩，施工中采取桩头两次截桩方案，避免人为造成桩头破坏。软截桩（湿截桩）硬截桩截桩头和开挖桩间土—工程案例湿截桩：在CFG桩灌注完成后砼凝固之前，采用小挖掘机将桩头砼和钻泥一起清理出去，留30～50cm不截硬截桩：当CFG桩强度达到80%后，使用小挖掘机（斗宽0.6m）开挖桩间土，使用改装后的切割机进行切割，减少对桩体的破坏，切割完成后，断面平整。截桩头和开挖桩间土—工程案例截桩施工截桩后场地六、质量控制及检验1、质量控制（1）水泥、粉煤灰、粗骨料应满足设计和施工要求。（2）CFG桩混合料强度应符合设计要求。（3）CFG桩的数量、布置形式及间距符合设计要求。（4）CFG桩施工中，每台班均须制作检查试件，成桩28d后进行桩身完整性、单桩承载力或复合地基承载力试验。（5）每根桩的投料量不得少于设计灌注量。（6）CFG桩顶端浮浆应清除干净，直至露出新鲜混凝土面，清除浮浆后的有效长度应满足设计要求。（7）桩长、桩顶标高及直径应符合设计要求。（8）褥垫层厚度和密实度应符合设计要求。

CFG桩施工注意事项（1）选择合理的打桩顺序，长螺旋钻机施工可逐行逐点施打，振动沉管灌注成桩施工时宜采用逐行间隔跳打（2）设计桩顶标高离地表的距离不大于1.5m时，保护桩长可取50～70cm，上部再用土封顶；设计桩顶标高离地表的距离较大时，保护桩长可取70～100cm，上部再用粒状材料封顶直到地表。（3）施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m，在开挖基坑时，应将桩顶端施工质量较差的桩段用人工挖除，基槽开挖至设计标高后，多余的桩头需要剔除。CFG桩施工注意事项剔除桩头时宜采取如下措施：①找出桩顶标高位置；②用钢钎等工具沿桩周向桩心逐次剔除多余的桩头直到设计桩顶标高，并把桩顶找平；③不可用重锤或重物横向击打桩体；④桩头剔至设计标高处，桩顶表面不可出现斜平面。如果在基槽开挖和剔除桩头时造成桩体断至桩顶设计标高以下，必须采取补救措施。假如断裂面距桩顶标高不深，可用与桩体材料、配合比相同的混合料接桩至设计桩顶标高，且桩深入混合料不小于10cm。注意在接桩头过程中保护好桩间土。CFG桩施工注意事项(4)长螺旋钻孔管内泵压混合料成桩施工钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量与拔管速度相配合；(5)沉管灌注成桩施工拔管速度应匀速，拔管速度宜控制在1.2～1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度应适当放慢。（6）在饱和软土中成桩，当采用连打作业时，新打桩会对已打桩造成挤压，从而造成已打桩缩颈和断桩。在上部有较硬的土层或中间夹有硬土层中成桩，桩机的振动力较大，对已打桩的影响主要为振动破坏。采用隔桩跳打工艺，若已打桩结硬强度不太高，在中间补打新桩时，已打桩会被震裂。因此宜根据土层情况选择合适施工工艺、设备及成桩顺序。2、质量检验1）所用的水泥和粗细骨料品种、规格及质量应符合设计要求；

检验数量：同一产地、品种、规格、批号的水泥，袋装水泥每200t为一批，散装水泥每500t为一批，袋装水泥不足200t或散装水泥不足500t时也按一批计。同一产地、品种、规格且连续进场的粗、细骨料，分别每400m3为一批，当不足400m3时也按一批计。同一产地、品种、规格且连续进场的粉煤灰每200t为一批，不足200t时也按一批计，各种原材料每批抽样检验1组。

检验方法：检查产品质量证明文件。在水泥库抽样检验水泥强度、安定性、凝结时间，在料场抽样检验粗细骨料含泥量、筛分试验颗粒级配。2）CFG桩混合料坍落度应按工艺性试验确定并经监理工程是师批准的参数进行控制；检验数量：每台班抽样检验3次。检验方法：现场坍落度试验。3）桩身质量、完整性检测方法、数量及标准见《高速铁路路基工程施工质量验收标准》（铁建设[2010]240号）4.14.11：①检测数量：检测总桩数的10%。②检测方法：低应变检测。4）单桩承载力及复合地基承载力检测方法、数量及标准见《高速铁路路基工程施工质量验收标准》（铁建设[2010]240号）4.14.12：①检测数量：总桩数的2‰，且每检测批不少于3根。②检测方法：平板载荷试验。③设计要求：抽取不少于总桩数的0.5‰的桩进行单桩承载力检测，抽取不少于总桩数的1.5‰的桩进行单桩复合地基平版载荷板试验。承载力符合设计要求。现场钻芯取样检测钻芯芯样低应变检测承载力试验CFG桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法序号检验项目允许偏差施工单位检验数量检验方法1桩位(纵横向)50mm按成桩总数的10%抽样检验，且每检验批不少于5根经纬仪或钢尺丈量2桩体垂直度1%经纬仪或吊线测钻杆倾斜度3桩体有效直径不小于设计值开挖50-100cm深后，钢尺丈量5）CFG桩的