應用CFG樁軟基加固技術的鐵路路基施工研究

摘要：在軟土地區(qū)進行鐵路路基施工時，常常會遇到地基強度不足、沉降變形等問題，對此常應用CFG樁軟基加固技術進行加固。完成CFG樁軟基加固施工設計后，以水泥、粗骨料、粉煤灰為主要原材料配制CFG樁體材料。采用振動沉管法，將配制材料灌注到軟土路基地下土層中，待樁體成型后即可起到鐵路軟土路基加固作用。應用CFG樁軟基加固技術后，檢測實例路基最大沉降量僅26.55mm，滿足施工要求。

關鍵詞：CFG樁；軟基加固技術；鐵路路基施工；軟基加固施工

0 引言

鐵路作為國家重要的交通運輸方式，對于促進經濟發(fā)展、提高人民生活水平具有重要作用。然而，在鐵路運營過程中，路基可能會出現沉降、變形等問題，威脅鐵路運輸安全。因此，加強鐵路路基加固施工是當前鐵路建設的重要任務之一。

鐵路路基加固施工的技術原理主要包括土體加固技術、樁基加固技術、注漿加固技術等。其中，土體加固技術通過改變土體的物理和力學性質來提高承載能力。樁基加固技術通過設置樁基，將荷載傳遞到深層土壤提高承載能力。注漿加固技術通過將水泥漿液注入土體，提高密實度和強度。

近年來，我國專家學者在長期的理論研究和工程實踐的基礎上，針對深厚軟土地基的傳統(tǒng)單一加固方法進行了大量的探索和研究。然而，這些方法并不能完全解決路基的長期變形問題，往往需要幾年后重新修繕。基于此本文設計一種CFG樁軟基加固技術，旨在為推動我國鐵路的健康發(fā)展作出貢獻。

1 CFG樁軟基加固施工設計

在進行鐵路軟土路基加固施工時，首先需要對CFG樁軟基加固施工方案進行設計，其中涉及樁長、樁徑、樁間距、樁體強度等施工參數[1]。

1.1 CFG樁的長度

CFG樁的長度主要根據鐵路路基施工區(qū)域的工程地質情況來確定。為確保CFG樁的樁端可以落在鐵路路基下臥持力層上，CFG樁的設計樁長需要達到淤泥軟土的最大埋深之下約2m左右。CFG樁體進入鐵路路基工程性質較差的下臥持力層，可以充分發(fā)揮出樁體摩阻力和端承力，進而有效控制鐵路路基的變形現象。

1.2 樁徑和樁間距

關于樁徑和樁間距，需要結合鐵路施工段復合地基承載力來確定，根據下式即可計算出復合地基承載力：

（1）

式中：?表示CFG樁復合地基的承載力，η表示CFG樁的面積置換率，F表示單樁的豎向承載力，S表示單樁的截面積，μ表示CFG樁間的路基土體的承載力折減系數，?1表示CFG樁間的路基土體的承載力。

結合式（1）與CFG樁的擴孔效應，即可確定鐵路路基樁體加固施工中的樁徑，再取樁徑的5倍作為樁間距[2]，這樣即可確保加固處理后的軟土路基剛度滿足火車行車需求。

1.3 CFG樁的樁體強度

為確保鐵路路基工程施工質量，設計的CFG樁狀體強度需要滿足下式所示要求[3]：

（2）

式中：P表示鐵路軟土路基加固施工中CFG樁的樁體強度。

確定CFG樁軟基加固施工方案中的CFG樁長度、樁徑、樁間距以及樁體強度等參數，可為后續(xù)CFG樁施工提供數據支撐。

2 配制CFG樁體材料

與傳統(tǒng)樁基加固施工技術不同的是，CFG樁可在保障軟土路基加固效果的同時，采用工業(yè)廢料作為樁體材料，采用工業(yè)廢料作為樁體材料不僅有利于環(huán)境治理，而且有利于提升工程效益[4]。

2.1 原材料選取

配制CFG樁體材料時，需要綜合考慮各水泥的物理性能和實際工程的施工工期，宜采用良好保水性能的水泥。本文選擇早期強度增長較快的P.O32.5號硅酸鹽水泥，作為CFG樁體原材料之一。粗骨料可選用由卵石和碎石混合而成的骨料，其粒徑不能超過1/4的輸送管直徑。

粗骨料碎石之間為點接觸，也就是材料的接觸比表面積較小，所以還需摻入粉煤灰填充粗骨料縫隙，從而提升CFG樁體的抗剪與抗壓強度[5]。粉煤灰主要來源于燃煤電廠，屬于工業(yè)廢料，具有火山灰的活性作用，可以提升CFG樁體混合材料的和易性。其化學成分及變化范圍如表1所示。

2.2 確定水灰比和粉灰比

在選擇水泥、粗骨料、粉煤灰為CFG樁體的主要原材料后，即可按照最佳配合比進行樁體材料的配制。在配制CFG樁體的混合料時，本文按照坍落度3cm來確定水灰比和粉灰比，其表達式如下所示：

（3）

式中：W/N表示水用量W和水泥用量N的比值，C/N表示粉煤灰用量C和水泥用量N的比值。

2.3 確定粉煤灰與粗骨料之間配比

然后再根據下式確定粉煤灰與粗骨料之間配比：

（4）

式中：ε表示石屑率，H表示粗骨料用量。

一般來說，鐵路路基工程中CFG樁體的石屑率控制在0.3左右時，樁體性能最佳，以此可以確定粉煤灰與粗骨料之間的配合比。結合鐵路軟土路基工程的實際情況，根據式（3）與式（4）即可確定CFG樁體材料的最佳配合比，再按照相應配比配制出性能最佳的樁體材料。

3 振動沉管法成樁施工

3.1 CFG樁布樁

綜合考慮鐵路軟土路基工程的實際情況，本文選擇振動沉管法進行CFG樁體下沉施工[6]。首先，需要對鐵路軟基施工現場地質資料進行核查，并結合設計方案將施工場地平整，清除障礙物后進行測量放樣，本文主要采用正三角形滿堂布樁形式，也就是按照圖1所示方案在鐵路路基施工現場進行樁位放樣。

3.2 沉管作業(yè)

確定鐵路軟土路基加固處理的CFG樁的位置后，即可控制樁機進場就位。按照設計樁長確定沉管長度與入土深度，并調整沉管的位置，確保沉管和鐵路軟土路基地面之間的垂直度偏差在1%以下。然后啟動樁機進行沉管作業(yè)，當沉管下放到軟土路基地面下設計深度后停止作業(yè)。

為確保CFG成樁過程順利進行，在沉管過程中需要及時記錄樁機電流參數，保障沉管安全。在沉管完畢并檢查無誤后，即可向管內投放CFG樁體材料，直到樁體材料和樁機沉管進料口齊平后停止投放[7]。振動一段時間讓樁體材料完全灌入到軟土路基地下土層，再進行樁體材料二次填充，以避免成樁后CFG樁端發(fā)生凹陷現象。

3.3 拔管作業(yè)

等到管內投放的樁體材料達到穩(wěn)定狀態(tài)，即可再次啟動樁機進行拔管作業(yè)。一般以1.4m/min左右的速率勻速拔管，拔管過程中禁止將沉管反插，避免影響成樁質量。

3.4 檢查合格后移位

當沉管完全從鐵路路基地層中拔出后，對CFG樁體進行檢查，確保完全符合設計要求，即可采用濕黏土將樁頂封閉起來，再將樁機移動到下一個樁位。以同樣的步驟進行下一根CFG樁的施工。待CFG樁的樁體成型后，即可起到鐵路軟土路基加固作用。

4 實例分析

4.1 工程概況

某高速鐵路途經17個城市，路基全長約1285.0km，軟土地基處理總長為40km。該鐵路鋪軌基地地形平坦、地勢開闊。據現場地質勘測資料顯示，由于線路途徑沿海地區(qū)，所以地基上部土層以黏土、亞黏土為主，地下水位之下則以流塑狀黏土為主，經歸類與匯總得到各土層的主要物理性質參數如表2所示。

實例鐵路工程中，路基含水量較高且孔隙比較大，屬于軟土路基，如果直接進行鋪軌施工難以保障施工安全，所以需要采用本文研究施工技術進行軟基加固施工。

4.2 結果分析

為驗證本文研究的CFG樁軟基加固技術的有效性和正確性，本章需要在實例鐵路工程的路基施工中，進行路基沉降監(jiān)測。在軟土路基施工段每隔10km設置一個監(jiān)測斷面，并在每個監(jiān)測斷面處埋設1根沉降監(jiān)測管，共得到4個沉降監(jiān)測點。鐵路軟土路基監(jiān)測如圖2所示。

自實例鐵路軟土路基開始進行加固施工起，共耗時100d的時間完成了試驗段的CFG樁軟基加固，在整個工期內各監(jiān)測點所得沉降觀測結果如表3所示。從表3數據可以看出，隨CFG樁軟基加固施工工期的不斷推進，實例鐵路工程中軟土路基的沉降量越來越大，但增長速率逐漸減小。

分析認為，一開始軟土路基土體在CFG樁施工時受到了大幅壓縮，所以沉降量較大。但當施工工期達到70d時，CFG樁逐漸成型，其加固軟基的效果慢慢顯現，所以鐵路軟土路基的沉降值趨于穩(wěn)定狀態(tài)。應用CFG樁軟基加固技術的鐵路軟土路基，最終沉降量的最大值為26.55mm，小于我國鐵路路基工程中50mm的限值。由此證明，本文設計的CFG樁軟基加固技術是可行且可靠的，能夠有效加固鐵路路基，顯著改善軟土路基的形變現象。

5 結束語

在軟土地區(qū)進行鐵路路基施工時，常常會遇到地基強度不足、沉降變形等問題?；诖?，本文結合工程實例，闡述了該技術在鐵路路基施工中的具體應用效果。研究結果表明，CFG樁軟基加固技術能夠有效提高鐵路路基的承載力和穩(wěn)定性，降低沉降變形，提高工程質量。因此在軟土地區(qū)進行鐵路路基施工時，可以優(yōu)先考慮采用CFG樁軟基加固技術。我國幅員遼闊，不同鐵路工程的軟土路基特性各不相同，所以今后需要結合更多復雜的工程問題展開深入研究。

參考文獻

[1] 李書昌.CFG樁在道路軟基處理中的應用[J].建筑技術，2022，53（9）：1211-1214.

[2] 宋桂紅，周鵬，胡其志.CFG樁褥墊層厚度設計[J].中國科技論文，2021，16（6）：592-596.

[3] 張大英，楊慶賀，王樹明，等.成本管控下高層建筑CFG樁復合地基優(yōu)化設計[J].建筑技術，2023，54（10）：1190-1194.

[4] 陳天明.董志塬富水黃土隧道地表降水開挖與隧底軟基加固技術研究：以銀西高鐵驛馬一號隧道為例[J].隧道建設（中英文），2021，41（6）：1015-1023.

[5] 章定文，劉涉川，藺文峰，等.旋噴攪拌樁加固含易液化粉土夾層軟基的現場試驗[J].交通運輸工程學報，2022，22（1）：103-111.

[6] 張海寶，鄒佳成，彭澤峰，等.基于北斗RTK定位技術的高速公路路基CFG樁施工質量控制[J].施工技術，2021，50（05）：98-100+116.

[7] 劉濤，胡柏春，楊迅.地下綜合管廊CFG樁土復合地基條件下基坑圍護結構受力性狀研究[J].建筑結構，2022，52（S1）：2583-2587.