软土路基中CFG桩的质量缺陷分析及防治措施研究

　　摘要：通过分析某新建铁路路基试验段CFG桩基质量检测的数据，总结出浅层断桩和缩径是CFG桩最主要的质量缺陷，并分析了造成此类缺陷的主要因素，最后从加强员工教育和培训、掺入早强剂、优化施工顺序、控制提管速度、设置保护桩长等五个方面提出了防治措施。
　　关键词：CFG桩，软土路基，质量缺陷，防治措施，优化
　　
　　0引言
　　CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩（cementfIying-ashgravelpile）的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，在砂土、粉土、粘土等路基中均有大量成功应用的实例。但在处理软土路基时却一直存在单排桩或单根桩的成桩质量差的现象，一定程度上制约了该技术的推广应用。笔者以某铁路路基工程为背景，就CFG桩主要的质量缺陷类型和成因进行分析，探讨出防治质量缺陷的有效措施。
　　1工程概况
　　某新建铁路站路基段处于某剥蚀丘陵边缘与海积平原区，海积平原区地形平坦开阔，多辟为农田，为典型的软土地基。车场全长2800m，站场设六股道，为Ⅰ级双线电气化铁路站场，设计行车速度200Km/h，近期运营为客货双层集装箱混合运输，远期为客运专线。
　　为满足客运专线铁路路基的技术要求，经铁道部审核，设计院确定在该线首次采用“桩—网”结构加固铁路软土地基工程。“桩”是指CFG桩，“网”是指桩帽顶铺设的土工格栅和褥垫层，CFG桩与桩顶上铺设的土工格室和褥垫层形成“桩—网”结构，“桩—网”结构相对于复合地基突略了桩间土的受力作用，形成“路基桥”的作用。
　　CFG桩直径为0.5m，路基面宽度范围内桩间距1.6m，路基面宽度范围以外桩间距1.8m，呈正方形布置。CFG桩的设计要求单桩竖向承载力为500kN，CFG桩桩底嵌入硬底：卵石土、碎石土层内不小于0.5m，黏土、粉质粘土、花岗岩全风化层内不小于4.0～6.0m，桩长5.5～23m。
　　项目组取100m试验段进行研究，共成桩1040根。待成桩以后，组织质量检测，检测结果为：①小应变检测1040根，其中I类桩851根，Ⅱ类桩18根，Ⅲ类桩171根；Ⅲ类桩比率达16.5%。②桩静载试验200根，承载力均大于500kN，最大极限承载力达1000kN，承载力达标率为100%。
　　2质量缺陷及其产生原因分析
　　2.1质量缺陷分析
　　鉴于Ⅲ类桩比率高达16.5%，项目组从现场随机抽取55根（抽查率32%）进行调查分析。调查发现，Ⅲ类桩质量问题主要有断桩、混凝土离析、缩径、浮桩等，具体情况如表1所示。
　　表1：缺陷CFG桩质量情况统计表
　　分布部位 根数 占Ⅲ类桩百分比%
　　浅层断桩和缩径 40 73%
　　浅层疏松 9 16.4%
　　深层缩径 5 8.8%
　　其它 1 1.8%
　　合计 55 100%
　　从表1中可以看出，浅层断桩和缩径是主要的质量问题。CFG桩浅层断桩和浅层缩径形态如图1、图2所示。
　　
　　图1：CFG桩浅层断桩
　　
　　图2：CFG桩浅层缩径
　　2.2缺陷原因分析
　　2.2.1非主要因素分析
　　（1）桩机存在缺陷。机自身操作系统存在缺陷，如需要较大的配重导致桩机总重较重，机械本身的缺陷不可避免。
　　（2）桩机转动半径大。桩机移位时转动半径过大，桩机自身重量传递至桩身上部。
　　（3）混合料坍落度大。混合料坍落度过大，提管至桩身顶部时，混合料内部压力较小无法抵抗桩周侧向土压力。
　　（4）浅层淤泥含水量高。本路基淤泥层为典型的海积滩涂，具有三高一低的特点。
　　2.2.1主要因素分析
　　（1）质量意识不强。施工人员质量意识差，技术水平不稳定，易产生质量问题。
　　（2）打桩顺序不合理。现场全面施工时，有部分机械为了提高打桩速度，并没有完全按指导书意见——隔桩跳打，造成对已施完工但强度不高的“碎性桩”产生过大的水平剪力。
　　（3）提管速度过快。振动沉管桩机为人为操作机械，不能很准确的控制提管速度，使得提管速度过快，由于提管速过快混合料未充分振捣，当提管至桩身顶部时，砼由于提管速度过快使桩体抵抗桩周侧向土压力的能力太少（容易产生缩径）。
　　（4）未设置保护桩长。桩在加料时，未比设计桩长多加0.5～0.7m米，施打结束后，上部也未用土封顶，桩顶压力不够，新打桩振动引起已打桩受振动挤压从而导致混合料上涌使桩径缩小。
　　（5）凝固速度不合理。混合料的早期凝固速度太慢，导致邻桩施工时还未达到一定强度，桩体处于碎性状态即“碎性桩”，无法抵抗水平剪力。
　　3防治措施研究
　　针对得出的主要因素，项目组有针对性地制定了如下防治措施。
　　3.1加强员工教育和培训
　　（1）健全项目部质量管理系统，编制了技术管理办法和质量管理办法等。
　　（2）加强培训和教育，施工人员在入场时进行入场“三级教育”培训，经过考试合格后方能入场参加工作；
　　（3）落实岗位职责，制定相应的奖罚制度，如将CFG桩的成桩质量与工资、奖金挂钩，充分发挥各个岗位的岗位职责。
　　3.2掺入早强剂
　　在混合料的拌合过程中掺入早强剂，使混合料的凝固速度加快，缩短桩体处于“碎性”状态的时间。
　　3.3优化施工顺序
　　桩机横线路、朝向路基外侧方向架设侧向位移打桩，从路基中线向路基两侧隔排连续施工，按S形走行，隔排回打的间隔时间不少于7天。走桩施打顺序如图3所示。
　　
　　图3：走桩施打顺序示意图
　　3.4控制提管速度
　　（1）提管时提管速度控制在1m/分钟内，以使桩身砼得到充分振捣；
　　（2）提管到顶部时每提管50cm留振5秒。
　　3.5设置保护桩长
　　桩在加料时，比设计桩长多加0．5米，将沉管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混合料加振3～5秒。
　　
　　4结束语
　　将上述五点防治措施，严格运用到后续CFG桩施工中。经桩基检测发现，I类桩达98%；4个月的沉降观测显示桩顶最大累计沉降量为3mm，桩身质量和承载力完全可以满足设计要求。
　　
　　参考文献
　　[1]陈东佐、梁仁旺.CFG桩复合地基的试验研究[J].建筑结构学报,2002(04)
　　[2]姜蓉,李昌宁.软土地基CFG桩加固技术[J].交通运输工程学报,2004(03)
　　[3]冯震,王连俊等.CFG桩横向荷载作用下竖向沉降和承载力的试验研究[J].北京交通大学学报,2007(04)
　　[4]冯玉芹,王英浩.CFG桩复合地基承载力及沉降分析[J].内蒙古科技大学学报,2007(04)