路基CFG 樁施工工藝研究
——以贛州至深圳鐵路客運專線為例

耿孝東

（中鐵十二局集團有限公司，太原 030000）

1 引言

高速鐵路快速發(fā)展的同時，也推動著鐵路客運專線路基工程施工技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。路基沉降是工程后期使用過程中較為常見的現(xiàn)象，若路基沉降問題嚴(yán)重，不僅影響工程使用安全性，也極大地降低了工程投資效益。CFG 樁是一種具有高黏結(jié)性的強度樁，在鐵路客運專線工程項目中應(yīng)用，有利于提升施工效率和質(zhì)量。CFG 樁施工過程中配備樁機施工管理系統(tǒng)，可以在更好地降低投入成本，充分滿足鐵路客運專線路基施工各項要求的同時，切實提高工程施工工效和施工水平。

2 路基CFG 樁施工工藝具體應(yīng)用

2.1 工程案例簡述

本文以中鐵十二局集團有限公司承建贛州至深圳鐵路客運專線（江西段）GSJXZQ-1 標(biāo)段為例，該施工段全程37.167 km，總計CFG 樁27 603 根，260 734 m，混凝土強度等級為C15。其中選取DK26+042.00～DK26+105.00 段路基段作為路基CFG 樁施工工藝性試驗工點，試驗工點路基總長63 m，為松軟土路堤，處剝蝕丘陵地貌區(qū)，前接茶山一號隧道，后接茶山二號隧道，地質(zhì)復(fù)雜且變化較大，其中地基處理CFG 樁457 根，共計4 078 m，設(shè)計樁徑0.5 m，樁長4～13 m，樁間距1.8 m，按正方形布置。

2.2 CFG 樁施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

基于工程相關(guān)文件規(guī)定，工藝性試驗工點的CFG 樁施工技術(shù)質(zhì)量要求主要涉及以下幾點內(nèi)容：

1）要求CFG 樁單樁承載力達到設(shè)計數(shù)值，樁徑不小于0.5 m，樁間距（縱、橫）1.8 m。

2）嚴(yán)格按照TB 10005—2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》、TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)規(guī)定，并根據(jù)地下水侵蝕程度和侵蝕類型，在本工點進行工藝性試驗，科學(xué)設(shè)計混凝土配合比，降低地下水對混凝土的侵蝕影響，確保路基CFG 樁施工質(zhì)量。

3）要求樁位偏差控制在50 mm 范圍內(nèi)，樁體垂直偏差不得超過1%，樁體直徑不小于設(shè)計值。

4）地質(zhì)勘察時因工期、成本等原因會出現(xiàn)勘探過程取樣數(shù)量偏少或者部分試驗指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)量不夠，導(dǎo)致地勘成果精度不足[1]。因此，要求詳細記錄鉆機鉆頭貫入地層施工全過程，掌握鉆機貫入地層時產(chǎn)生的反應(yīng)，核查地質(zhì)資料，確保達到設(shè)計文件要求的樁端持力層。

5）待CFG 樁施工結(jié)束后，采用技術(shù)成熟的低應(yīng)變反射波法檢測樁身完整性[2]和平板載荷試驗檢測單樁承載力是否符合要求。

根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》式（9.2.5），對CFG 樁樁基承載力進行復(fù)核，計算公式為：

式中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值；m為面積置換率；Ra為單樁豎向承載力特征值；Ap為樁的截面積；β為樁間土承載力折減系數(shù)；fsk為處理后樁間土承載力特征值。

計算步驟：（1）計算置換率m；（2）計算單樁豎向承載力特征值Ra；（3）計算復(fù)合地基承載力fspk。結(jié)合地質(zhì)勘察報告，確認CFG 樁樁基參數(shù)。

在實際計算過程中，需要根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》式（9.2.6）來計算單樁豎向承載力特征值。結(jié)合由本工程地質(zhì)勘察部門所提供的CFG 樁樁基參數(shù)值與地質(zhì)報告剖面圖計算樁周側(cè)阻力和樁端阻力，確定單樁豎向承載力特征值。最終得出具體CFG 樁樁基承載力，并與原有數(shù)值進行對比，完成本工程項目地基承載力特計算結(jié)果復(fù)核。路基CFG 樁施工技術(shù)要求及相關(guān)參數(shù)參考表1。

表1 路基CFG 樁施工技術(shù)要求及相關(guān)參數(shù)

2.3 CFG 樁施工工藝性試驗

通過對地形、地質(zhì)變化較大地區(qū)開展CFG 樁工藝性試驗，結(jié)合現(xiàn)場情況，將鉆進速度及深度、鉆進和終孔電流值、地質(zhì)資料、混凝土灌注量、提鉆速度等相關(guān)施工參數(shù)進行記錄。通過施工相同或相似地層情況下的試樁，對地質(zhì)資料進行補充驗證，確定工藝參數(shù)，驗證混合料的施工配合比是否符合設(shè)計強度要求，為現(xiàn)場開展制樁作業(yè)提供參考依據(jù)[3]。成樁后檢測試驗樁體質(zhì)量，分析并總結(jié)試驗結(jié)果，最終確定對應(yīng)施工參數(shù)，科學(xué)合理制定施工流程，使采用CFG 樁基施工管理系統(tǒng)的施工工藝在地形變化較大地區(qū)的工程建設(shè)中方便并有效應(yīng)用。

樁基施工管理系統(tǒng)可實時檢測鉆孔深度、電流值、傾斜度、提鉆速度和混凝土灌注量等關(guān)鍵指標(biāo)，在各項指標(biāo)達到臨界值時均有報警提示，并且能夠生成數(shù)據(jù)曲線圖或報表進行存檔和上傳?，F(xiàn)場施工人員和管理人員通過工業(yè)級平板電腦即可輕松掌控現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)。通過樁基施工管理系統(tǒng)可以高效準(zhǔn)確地做好鉆進施工記錄，為后期優(yōu)化施工工藝提供參考依據(jù)。

樁基施工管理系統(tǒng)集成應(yīng)用如圖1 和圖2 所示。

圖1 樁基施工管理系統(tǒng)集成方案

圖2 樁基施工管理系統(tǒng)界面

2.4 CFG 樁施工工藝流程

嚴(yán)格按照國家和行業(yè)相關(guān)規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場采用的樁基施工管理系統(tǒng)，明確路基CFG 樁施工工藝流程，具體包括以下幾點內(nèi)容：

1）測量放樣。結(jié)合CFG 樁設(shè)計圖紙使用測量儀器，確定每根樁的施工樁位，并在現(xiàn)場進行標(biāo)記，同時在樁基施工管理系統(tǒng)內(nèi)存儲對應(yīng)的布樁和放樣數(shù)據(jù)。

2）鉆機就位。待CFG 樁鉆機在施工現(xiàn)場就位后，鉆機操作人員在樁基施工管理系統(tǒng)平板電腦上選擇相對應(yīng)樁號，調(diào)整鉆機對準(zhǔn)樁位中心，然后在平板電腦內(nèi)校正樁位和傾斜度。指標(biāo)達到要求后，由現(xiàn)場技術(shù)人員進行樁位對中及垂直度檢查。

3）鉆進成孔。鉆孔作業(yè)開展之前，施工人員需要先確認鉆頭閥門是否處于關(guān)閉狀態(tài)，對向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面后的情況全過程記錄，待各項準(zhǔn)備工作完成后，即可進入鉆進工序[4]。在樁基施工管理系統(tǒng)平板電腦上操作進入作業(yè)，施工人員應(yīng)遵循先慢后快的基本鉆進原則。

當(dāng)鉆頭到達樁機施工管理系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)定的樁底標(biāo)高，或者持續(xù)保持預(yù)先設(shè)定的電流值，樁機施工管理系統(tǒng)會發(fā)出報警?，F(xiàn)場施工人員根據(jù)鉆機返至地面的渣樣判定是否已進入樁端持力地層，決定是否停止鉆進。經(jīng)質(zhì)檢員和監(jiān)理工程師雙方復(fù)核無誤后，可終孔進行下一步工序施工。

4）混凝土配置及運輸。按照工藝性試驗結(jié)果，確定混凝土原材料配合比，保證計量準(zhǔn)確性，控制攪拌時間及坍落度，從根源上保證混凝土的性能。同時選擇混凝土運輸車輛，并要確保罐內(nèi)混凝土在運輸過程中始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

5）灌注及拔管。按照樁基管理系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先存儲的設(shè)計灌注量，明確每根樁投料量，確保混凝土供應(yīng)量。一般情況下，先潤管操作，再利用輸送泵對其進行灌注。待混凝土將鉆桿芯管填充滿狀態(tài)后，操作平板電腦提鉆按鍵和遠程控制端進行提鉆作業(yè)。與此同時，檢查樁機施工管理系統(tǒng)平板電腦顯示的拔管速度及灌注量，要求混凝土灌注的投料量應(yīng)與拔管速度匹配。施工人員要做到持續(xù)性輸送混凝土，灌注過程保證鉆頭埋入深度達到1m 以上。最后，灌樁作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)妥善處理作業(yè)收尾環(huán)節(jié)。

6）移機。向下一根樁進行移位時，鉆機支撐腳應(yīng)避開灌注完成的樁，操作人員根據(jù)樁基施工管理系統(tǒng)，確認施工樁位是否準(zhǔn)確，避免出現(xiàn)鉆孔遺漏問題。

7）樁頭處理。將提樁頭開至樁帽底部標(biāo)高，并對樁頂處進行標(biāo)記。利用截樁機將多余的樁頭切除。

8）樁基檢測。按照試驗要求，進行相應(yīng)檢測試驗。

3 路基CFG 樁施工過程中應(yīng)注意的問題及解決措施

3.1 混凝土超灌

CFG 樁灌注過程中，其混凝土投料量超出既定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體積，再加上鉆孔作業(yè)期間，受鉆桿離心作用等其他因素影響，致使原有孔洞擴張，進而出現(xiàn)混凝土投料量增加這一情況。

針對混凝土超灌問題，施工操作人員應(yīng)在鉆進過程中嚴(yán)格控制鉆進速度和鉆桿垂直度，灌注結(jié)束時控制樁頂標(biāo)高，降低混凝土超灌問題的發(fā)生頻率。

3.2 縮頸

縮頸是CFG 樁施工完成后較為常見的現(xiàn)象。此問題出現(xiàn)的原因與樁身鉆孔直徑有關(guān)。一是混凝土灌注過程中，由于對鉆桿的提升速度控制不到位，鉆頭未埋入混凝土中，空樁段樁身土體回縮，使得施工結(jié)束后出現(xiàn)縮頸情況；二是鉆頭和螺旋長時間使用導(dǎo)致磨損過于嚴(yán)重，使得樁徑變小。

針對縮頸問題，要求施工人員在此環(huán)節(jié)必須對拔管速度嚴(yán)格把控，保證鉆頭始終埋在混凝土中，嚴(yán)禁停工待料行為。及時更換磨損嚴(yán)重的鉆頭，或者將螺紋鋼焊接到鉆頭磨損部位，以此來避免縮頸情況反復(fù)出現(xiàn)[5]。

3.3 堵管

在進行灌注CFG 樁時，輸泵管發(fā)生混凝土堵管現(xiàn)象，影響混凝土正常輸送，導(dǎo)致CFG 樁灌注質(zhì)量也難以保證。其中混凝土質(zhì)量不達標(biāo)、配管或布管不合理、混凝土供應(yīng)不及時等均會導(dǎo)致堵管問題出現(xiàn)。

針對混凝土堵管問題，需要從混凝土配合比設(shè)計階段做好質(zhì)量把控工作，通過在混凝土中摻用高效減水劑和活性礦物摻合料等途徑來配置高性能混凝土，保證泵送混凝土質(zhì)量[6]。選擇合適的鋼泵管、防爆膠管和彎管，并確定輸送泵停置位置與鉆機的距離，合理使用彎頭并配置好水平管與豎直管的長度比例，保證混凝土及時供應(yīng)，嚴(yán)格控制料斗混凝土余量，可有效規(guī)避上述情況[7]。

4 結(jié)語

綜上所述，鐵路客運專線路基工程中應(yīng)用CFG 樁施工工藝，必須嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范及施工標(biāo)準(zhǔn)來進行操作，做好施工前各項準(zhǔn)備工作。結(jié)合地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)，科學(xué)合理編制施工方案，明確施工工藝流程，重點加強施工全過程質(zhì)量把控，分析與記錄試樁過程中遇到的問題，為優(yōu)化施工方案提供參考依據(jù)，確保CFG 樁施工工藝水平，借助先進的樁基施工管理系統(tǒng)提高工效，為地質(zhì)復(fù)雜變化較大的地區(qū)CFG 樁施工提供了有益借鑒，從根本上保障工程項目高質(zhì)量建設(shè)。