预钻孔柱锤冲扩桩+CFG桩复合地基在湿陷性黄土路基中的应用

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摘要：客运专线路基施工后沉降要求严格，地基处理是湿陷性黄土路基施工的基础和关键性环节，本文作者结合某客运专线湿陷性黄土路基地基处理施工实例，阐述了预钻孔柱锤冲扩桩+cfg桩复合地基的工艺性试桩及施工技术，为今后类似工程提供经验借鉴。

关键词：钻孔柱锤冲扩桩 CFG桩 客运专线 湿陷性黄土路基 应用

1 工程概况

工点地属渭河二级阶地，地势开阔，地形平坦。场地属黄土湿陷性场地，湿陷等级为非自重湿陷I级～自重湿陷II级。水位埋深10～13m。地层为第四系上更新统风积，黏质黄土厚9～13m，孔隙比大，中到高压缩性，强度低，具湿陷性，下部分别为细砂、中砂、粗砂及粗圆砾土，水位埋深10～13m，路基基底处理中采取了预钻孔柱锤冲扩桩+CFG桩的施工方法，严格控制施工质量，以满足工后沉降要求。

预钻孔柱锤冲扩桩桩间距1.0m，有效桩长13.0m，自顶面向下1～9m桩身填料为水泥土，9～13m桩身填料为C10素砼，成孔直径0.4m，夯扩后桩径不小于0.6m，按正方形布置。CFG桩设计桩间距2米，桩径0.4m，有效桩长16.0m，施工桩长17m，按正方形布置。

2 地基处理工艺原理

2.1 预钻孔柱锤冲扩桩工艺原理

预钻孔柱锤冲扩桩采用挤密法处理湿陷性黄土地基，挤密作用是一个重要的加固作用，在桩成孔和夯填阶段通过挤压作用，对地基土形成加密效果，使得原桩孔部位的土被挤进周围的土体之中，对桩周围一定范围内的天然土进行了挤密，致使地基的孔隙比降低，密实度提高，摩擦角和干密度增大，有效改变土的物理力学性能，降低黄土的湿陷性，大幅提高了地基的承载力。

2.2 CFG桩工艺原理

在荷载作用下，CFG桩的压缩明显比桩间土小，因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象。大部分荷载将由桩体承受，桩间土应力相应减小，于是复合地基承载力较原来地基承载力有所提高，沉降量亦减小。桩和基础不是直接接触，其间有一层颗粒材料组成的散体垫层，通过该垫层的流动补偿，桩间土与基础始终保持接触，在桩、同作用下，地基土的强度得到一定程度的提高。

3 工艺性试桩

3.1 试桩目的

明确预钻孔柱锤冲扩挤密桩，CFG桩的工艺流程、操作要点；检验设计参数和地基处理效果，确定施工参数、施工设备及施工工艺，为大面积施工和今后施工提供科学依据。

3.2 试桩单元划分

预钻孔柱锤冲扩桩划分为4个单元（如图1所示），分别采用不同参数进行试桩，具体情况为：

①单元1-1采用锤重1.8t。砼填料每层夯实遍数为7次，落距8～10m；水泥土填料每层夯实遍数为9.5m～2m为7次，2m至桩顶为10次，落距为4～5m。

②单元1-2采用锤重1.8t。砼填料每层夯实遍数为8次，落距8～10m；水泥土填料每层夯实遍数为9.5m～2m为8次，2m至桩顶为10次，落距为4～5m。

③单元1-3采用锤重1.6t。砼填料每层夯实遍数为10次，落距8～10m；水泥土填料每层夯实遍数为9.5m～2m为10次，2m至桩顶为12次，落距为4～5m。

④单元1-4采用锤重1.6t。砼填料每层夯实遍数为11次，落距8～10m；水泥土填料每层夯实遍数为9.5m～2m为11次，2m至桩顶为12次，落距为4～5m。

3.3 试桩结论

①单桩复合地基承载力特征值大于200kPa，相应沉降量为3.70mm。单桩竖向承载力在188KN时相应沉降量为5.14mm。

②水泥土挤密桩桩身压实系数平均值λc为0.97，桩间土挤密系数平均值ηc为0.93。

③水泥土挤密桩桩间土湿陷系数δs值最大为0.012，满足桩间土湿陷系数δs＜0.015的要求，表明处理范围内湿陷性已消除。

④CFG桩复合地基承载力特征值fspk为268kPa。单桩竖向承载力特征值为628KN。天然土承载力大于130kPa。CFG桩复合地基变形模量平均值213921KN/m2。

根据试桩成果综合反映，冲扩桩挤密后的桩间土其物理力学性质已有明显改善，黄土的湿陷性已完全消除；通过对冲扩桩桩身的剖桩量测，冲扩后桩径满足大于60cm要求；施工工艺完全满足设计及验收标准要求，说明该工艺对处理黄土地基是一种既可行有效的方法。

4 施工技术

4.1 工艺流程

首先施工预钻孔柱锤冲扩桩，冲扩桩经试验检测满足强度及承载力要求后，进行CFG桩施工。

①预钻孔柱锤冲扩桩施工工艺流程

清理和平整场地测量、定位放线长螺旋转机就位钻孔成孔检测夯机就位夯锤对中填第一层填料第一遍冲击夯实测线检测填夯第N层填料冲击夯实成桩桩身密实度检验承载力试验。

②CFG施工工艺流程

清理和平整场地测量、定位放线钻机、砼泵就位钻孔管内泵压下料钻到设计深度提钻成孔验收。

4.2 设备配备

①液压步履式长螺旋钻机1台，成孔孔径400mm，电机功率75KW，强制式搅拌机、水泥土拌合机各1台，高压混凝土泵1台，卷扬机提升式夯实机4台， 1.6t柱锤2个、1.8t柱锤2个。

②辅助设备与机具：装载机一台、0.12m3小装载机2辆、钢尺、测绳、线坠、孔径仪、水准仪、全站仪、盖板、铁锹。

4.3 主要施工方法

4.3.1 预钻孔柱锤冲扩桩主要施工方法

预钻孔柱锤冲扩水泥土挤密桩采用先外排后里排，隔排隔桩跳打法，每排二序施工，逐级加密，预钻0.4m孔后冲扩成0.6m的设计桩径。见图2

①钻孔。根据桩基轴线标出桩位并复测后钻机就位，底座和顶端平稳，确保在施工中不发生倾斜、移动。在钻机双侧吊锤校正调整钻杆垂直度，使天车中心、回转器中心、桩位中心位于同一垂线上，即“三点一线”。为准确控制钻孔深度，在桩架上做出控制深度的标尺，标志点间隔0.5m。以便在施工中观测、记录。

开孔钻进时，应用低转速、低钻压，防斜为主的方法。正常钻进时，应根据地质土层的变化，及时、合理调整和控制钻进参数。正常工作中，使钻具的实际转速为临界转速的1.2~1.3倍，给进量一般为每转10~30mm，砂土中取高值、粘土中取低值，尽量采用中高转速、低扭矩、少进刀的工艺，使得螺旋叶片之间保持较大空间，提高成孔效率。

钻至预定钻深后，在原深处进行空转清土，然后停止转动、提钻。

②成孔。成孔后及时进行终孔检查，桩底标高以原地面固定点标高进行控制，桩径不小于40cm，桩长不小于设计桩长、倾斜度不大于1.5%，桩位偏差不得大于5cm。

③夯填填料。回填填料前，将场地清理干净，移走长螺旋钻机，夯机就位，将柱状锤对准桩孔中心，提升到指定高度，先对孔底进行夯实。桩底以上4m范围分段灌注夯实C15砼，每一次填料量为0.12m3，每段压实厚度小于50cm。其上分层填夯水泥土，每一次填料量为0.12m3，每层压实厚度不大于24cm。

0.12m3小装载机装料入孔，填料入孔后，柱状锤下落冲击、压实填料。每层填料夯击次数按照工艺性试桩总结参数进行，作下相应记录，施工到设计桩顶以上50cm，用土或保温材料将桩头覆盖。

4.3.2 CFG桩主要施工方法

①采用长螺旋钻机成孔，成孔控制方法与冲扩桩一致。

②孔底虚土清理。钻至预定钻深后，必须在原深处进行空转清土，然后停止转动、提钻。注意在空转清土时不得加深钻进，提钻时严禁回旋钻杆。

③灌注及拔管。CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进。首盘混合料灌注前，用水泥砂浆管道后，开启混凝土输送泵，提前将拌合的混合料充满整个输送管道，并将拌好的填料贮满输送泵料斗，同时搅拌好一罐混合料备用。

将钻杆上提300mm，立即向孔内输送相当于1m长的桩体混合料，利用灌注料的冲击力，自动打开活门，桩底充满混合料，并形成一定的压力，随后边泵送混合料边提钻杆严禁先提管后泵料。钻杆采用静力提拔，成桩过程连续进行，提拔速度控制在2~3m/min，每泵压一次匀速提钻不超过25cm，保证CFG桩混合料淹没钻具1m。泵斗内要有一定容量的混合料，混合料要高于出料口50mm以上，以防进入空气，造成堵管。当泵斗混合料低于进料口时，停止提升钻杆，待混合料搅拌好后再进行了压灌、提钻。灌注成桩完成后，将钻机移位进行下根桩的施工，并用水泥袋或草袋盖好已施工的桩头，加强保护和养生。

④开槽及桩头处理。CFG桩施工完成强度满足要求即可开槽，若基坑深度不大于1.5m采用人工开挖，当基坑深度大于1.5m时，采用人工和机械联合开挖。多余的桩头采用钢钎等工具沿桩周向桩心逐次剔除，直至设计标高，并将桩顶找平。

5 结语

目前此客运专线路基工程已全部施工完毕，所采用的预钻孔柱锤冲扩桩+CFG桩复合地基施工技术取得了良好的效果，单桩承载力和复合地基承载力试验检测全部合格，堆载预压后沉降曲线已稳定，最终沉降值为5～7mm，满足工后沉降预留要求。本文通过对预钻孔柱锤冲扩桩+CFG桩施工工艺介绍，为今后类似工程施工提供经验借鉴。

参考文献：

[1]铁道部工程管理中心.客运专线铁路地基处理技术手册[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[2]铁道部经济规划研究院.客运专线铁路路基工程施工技术指南[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[3]铁道部工程管理中心.高速与客运专线铁路施工工艺手册[M].北京：科学技术文献出版社，2006.