湿陷性黄土地区客运专线长短桩复合地基处理施工技术
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摘 要：在湿陷性黄土地区采用长短桩复合地基能较好地消除上部黄土湿陷性沉降变形又可以控制下部饱和黏性土的压缩变形。其实质是先采用短桩消除湿陷性黄土的湿陷性，再采用长桩（CFG桩）对地基进行加固。本人就郑西客运专线陕西境内地基处理所采用的主要处理措施，对其进行分析总结，在实际施工中发挥了良好的经济效益，对今后类似工程将起到重要的参考和推广应用价值。
关键词：湿陷性黄土 地基处理 长桩 短桩
1 引言
郑西客运专线陕西省境内不少地段地层上部为湿陷性黄土，下部为饱和黏性土。湿陷性黄土地基处理既要消除上部黄土层的湿陷沉降，又要控制路基的工后沉降，以满足铺设无砟轨道的沉降控制要求。湿陷性黄土地基，通常采用灰土挤密桩，素土挤密桩，柱锤冲扩桩等挤密加固措施，挤密桩加固措施虽能较好地消除上部黄土的湿陷性，但下部饱和黏性土层仍有较大的沉降，无法满足无砟轨道铁路对路基工后沉降的要求，采用长、短桩复合地基既可以消除上部黄土湿陷沉降变形又可以控制下部饱和黏性土的压缩变形。其实质是先采用短桩（一般采用水泥土挤密桩、灰土挤密桩）消除湿陷性黄土的湿陷性，再采用长桩（CFG桩）对地基进行加固。长、短桩复合地基用于湿陷厚度大于6m的地段。
2 地基条件及处理措施
地基上部为砂质黄土（Q4al3），湿陷等级Ⅱ～Ⅳ级自重、非自重，湿陷土层厚度一般为6～10m、地层下部为粉质黏土（Q3 al1）或粉土（Q3 al2），地层厚度一般在10～30m，潮湿一饱和。地下水位一般在7～10m，地下水水质量好，对混凝土等建筑材料无浸蚀性。针对以上地层条件，采用长、短桩处理措施，可有效解决地基湿陷变形沉降及压缩变形沉降。短桩一般采用水泥土挤密桩或灰土挤密桩，长桩采用CFG桩，桩位布置一般采用正三角形布置或正方形布置方式，如图1、图2、图3。短桩（水泥土挤密桩）处理深度穿透湿陷性黄土层，长桩（CFG桩）桩长根据工后沉降检算确定，一般深入较好地层且长度控制在20m以内。
图1 长短桩桩位平面呈正三角形布置图 图2 长短桩桩位平面呈正三角形布置图
图3 长短桩桩位平面呈正方形布置图
地基处理范围为：短桩处理至路堤坡脚外侧排水沟范围内，长桩处理至路堤坡脚处，如图4所示。
图4 长短桩复合地基处理横断面示意图
3 关键技术
3.1 长桩（CFG桩）施工关键控制技术
①CFG桩施工优先采用间隔跳打法，也可采用连打法。连打法易造成邻桩被挤碎或缩颈，在粘性土中易造成地面隆起；跳打法不易发生上述现象，但土层较硬时，在已打桩中间补打新桩，可能造成已打桩被振裂或振断。在软土中，桩距较大可采用隔桩跳打，但施工新桩与已打桩时间间隔不少于7d；在饱和的松散粉土中，如桩距较小，尽量不采用隔桩跳打；全长布桩时，应遵循由“由一边向另一边”的原则。
②CFG桩钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。
③混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确，拌合时间不得少于1min。混合料加水量和坍落度控制在16～20cm。
④CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆心充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在2～3m/min，钻头始终埋入混合料内1m左右，成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。灌注成桩完成后，桩顶采用湿黏土封顶，进行保护。
3.2 短桩（水泥土挤密桩、灰土挤密桩）施工关键控制技术
①在应用灰土、水泥土挤密桩进行正式地基处理施工前，通过试验确定天然地基土和制桩材料的最大干密度、最佳含水量及其击实试验曲线，并在现场选择有代表性的地段进行试验或试验性施工，试验内容包含成孔、孔内夯实质量、桩间土挤密情况、单桩桩体强度和承载力特征值、桩间土承载力特征值、复合地基承载力特征值，试验结果应满足设计要求，并取得必要的参数后再进行大面积地基处理施工。
②定桩位、桩机就位根据桩基轴线标出桩位线并复测后，移动桩机至桩孔位置，机身应平稳，管桩应对桩孔对正，并确保施工中不发生倾斜，位移。
③成孔施工顺序先外排后内排，同排桩间隔1～2孔进行。
④检查桩孔的深度、桩径、和垂直度。桩孔中心偏差不宜超过桩距设计值的5%，桩孔垂直度偏差不大于1.5%。
⑤桩孔回填夯实，夯实机就位后应保持平整稳固，夯锤与桩孔中心距要相互对中，使夯锤能自由下落孔底， 夯填前应检查孔径、孔深、孔的倾斜度、孔的中心位置，合格后还应检查桩孔内有无杂物、积水和落土，若有，须清理干净，填料前应先夯实孔底（夯次不得小于8～10次），夯到有效深度以下30cm～50cm，直至空地发出清脆响声位置，然后保证填料含水量接近最佳含水量的状态下，定量分层夯填，填料、夯击交替进行，均匀夯击至设计标高以上20cm～30cm时为止，桩顶至地面空档可采用素土轻击处理，待做桩上灰土垫层时，将超出设计桩顶的桩头和松动土层挖除，为保证夯填质量，规定填入孔内的填料量、填入次数、填料的拌和质量、含水量、夯击次数、夯击时间等均应有专人操作、记录和管理，并对上述项目按不少于总桩数1.5%进行抽样随即检查，对于施工完毕的桩号、排号、桩数应逐个与施工图对照检查，如发现问题应立即返工或补填、补打。
3.3长、短桩地基处理取得效果
通过精心组织，运用系统工程的方法对施工全过程进行动态管理，全面实现了各项既定指标，取得了明显的经济效益和社会效益。湿陷性黄土地区路基施工的沉降满足了高速铁路“零”沉降及后期运营安全的要求。
4 质量检测
施工质量检验主要检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度等；水泥粉煤灰碎石桩地基竣工验收时，承载力检验采用复合地基载荷试验；水泥粉煤灰碎石桩地基检验在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在施工结束28d后进行；试验数量宜为总桩数的0.5%～1%，且每个单体工程的试验数量不少于3点，抽取不少于总桩数的10%的桩进行低应变动力试验，检测桩身完整性。
质量检验标准
项目 序号 检查项目 允许偏差或允许值 检查方法
单位 数值
主控项目 1 桩体及桩间土干密度 设计要求 现场取样检验
2 桩长 mm +500 测管桩长度或锤球孔深
3 地基承载力 设计要求 按规定方法
4 桩径 mm -20 钢尺量
一般项目 1 土料有机质含量 % ≤5 实验室焙烧法
2 石灰粒径 mm ≤5 筛分法
3 桩位偏差 ≤0.25D（D为桩径） 钢尺量
4 垂直度 % ≤1.5 经纬仪测桩管
5 结束语
在郑西客专湿陷性黄土地区，采用长短桩复合地基处理措施很好地解决地层上部为湿陷性黄土、下部为黏性土层的地基变形问题。经长短桩复合地基处理后的湿陷性黄土地基，在路基填筑完成后的沉降变形满足铺设无砟轨道的沉降控制要求。长短桩复合地基处理措施是郑西客运专线路基地基处理的主要措施之一，在类似湿陷性黄土地区有重要的参考和推广应用价值。
参考文献
[1] 客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南[S].铁建设[2006]158号，2006.8
[2] TB10751-2010 高速铁路路基工程施工质量验收标准[S]，2010.12
[3] 阎明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践.中国水利水电出版社，2001.1
[4] 阎明礼主编.地基处理技术.中国环境科学出版社.1996