曾卫贤
中铁四局集团第一工程有限公司
摘要： 文章结合印尼雅万高铁路基软基处理工程实践，介绍了CFG桩复合地基桩身、桩帽、褥垫层的施工技术要点及成桩施工工艺参数的确定，经试验检测验证，施工质量达到中国技术标准要求，可为海外类似工程施工提供借鉴。
关键字：雅万高铁、CFG桩、复合地基、褥垫层、软基处理
一、工程概况
雅万高铁是中国标准、中国方案完整体系走出去的高铁第一单，是在两国政府高度关注下按照商业模式推进的重点工程，是“一带一路”倡议实施的旗舰项目，对中国铁路走向海外具有重要示范效应。
雅万高速铁路连接印度尼西亚首都雅加达和印尼第四大城市万隆，线路正线全长142.3Km，其中雅加达市范围内约3.6Km，西爪哇省范围约138.7Km。铁路沿线穿越不良地质地段多，中国中铁印尼雅万高铁二分部施工的DK126+216.07～DK128+121.44段53#路基工程就位于深厚软土地段，总长1905.37m，桩基总数8971根。预应力管桩工程造价成本相当较高、施工对周边扰动和噪声影响大、该段地层下部存在较密实砂层贯入困难及当地管桩生产能力不足无法满足工期需求等原因，经设计勘察调研优化，53#路基地基处理将φ0.4预应力管桩变更为φ0.5CFG桩复合地基。
CFG桩设计桩径0.5m，桩间距2.0m,矩形布置，桩顶设置C40混凝土桩帽+厚0.5m褥垫层, 其中桩帽尺寸为1.2m*1.2m*0.4m,褥垫层由0.2m碎石垫层+横向土工格栅+0.2m碎石垫层+纵向土工格栅+0.1m碎石垫层组成。CFG桩混凝土等级为C20 ,各类桩型对照单桩承载力特征值分别为:15 m--550kN，18 m--650kN，23.0m-760kN。
二、工程地质条件
53#路基工点位于印度尼西亚万隆市，山间盆地，地势平缓，周围火山环绕，地质多为火山堆积层，勘探深度范围内揭露地层主要有：第四系全新统人工堆积层（Qml）填土，第四系更新统火山堆积层（Qyt）黏性土、砂类土。地基土层自上而下分别为：
①杂填土，黄褐色，软塑，成分以粉质粘土及碎石为主，层厚约0.5～2.2m，普遍分布。②黏土，硬塑为主，局部软塑，含少量粉土，砂粒及砾石，层厚约0.7～8.2m，普遍分布。③粉质粘土，硬塑，含砾砂及砂粒。坚硬为主，局部硬塑，具胶结作用，层厚约0.6～6.5m。④粉土，密实，饱和，具胶结作用，层厚约0.5～7.25m。⑤粉砂，灰褐色，密实，饱和，主要成分为火山碎屑，层厚约2.9m。⑥细砂，黑灰色，密实，饱和，主要成分为火山碎屑，层厚约0.5～18.0m。⑦中砂，灰黑色，密实，饱和，主要成分为火山碎屑，局部具半胶结作用，层厚约0.8m。⑧粗砂，灰色，密实，饱和，主要成分为火山碎屑，岩芯具半胶结作用，呈块状，锤击易碎，岩芯夹少量砾石，角砾，层厚约1.1～2.2m。
三、CFG桩复合地基处理
1. 施工参数确定及工艺性试验：CFG桩施工按设计要求选用长螺旋钻机，施工前选取了3根CFG桩基进行成桩工艺性试验。先后确定了材料指标和成品混凝土抗压强度满足设计要求的C20泵送混凝土的原材料和配合比，成桩速度快、效果佳的长螺旋钻机成孔及芯管泵送混凝土灌注的施工方法，经试桩验证混凝土搅拌时间为120s，塌落度为160～200mm，CFG桩灌注速度控制在1.2/min～1.5m/min。根据选定的工艺，在现场选择有代表性的地段DK126+600、DK126+850、DK126+980三处进行工艺试验，完成长度分别为 15m、18m、23 m的试桩3根,经低应变和载荷试验对完整性和单桩承载力检测，承载力分别达到1100 kN、1300 kN、1520 kN后桩基完好，均满足设计要求。根据上述CFG桩工艺性试验参数，开展路基后续施工。
2. 雅万高铁53#路基CFG桩复合地基施工工艺流程,如图1所示；
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3. 53#路基CFG桩施工技术要点
3.1 路基CFG桩施工采用优先施工靠近左侧房屋、人行天桥、桥台、涵洞等结构物的1～2排桩，待其强度达到设计要求后再施打附近的桩，确保周边结构稳定。
3.2 测量放线。根据设计要求结合53#路基里程参数进行桩位布置，按照线路里程每20米进行坐标计算和测量放样，每个断面不小于个控制点，中间点位采用直尺丈量确定，在每个桩位打入竹片桩并用白灰标注。
3.3 CFG钻机就位。在测量放样结束后，对钻机就位桩点设置护桩，以便于钻机就位后复测桩位，并在机器精准就位时检验塔身导杆，校正位置，确保CFG桩机器就位后钻杆垂直对准桩位，垂直度偏差＜1%，桩位偏差＜100mm。
3.4 混凝土拌和与运输。CFG桩基采用泵送C20混凝土，施工配合比为：水泥：粉煤灰：细骨料：粗骨料：引气剂：减水剂：水=1:0.25:2.8:3.71:0.006:0.013:0.54，在雅万4#梁场SZ120拌合站集中拌制，混凝土搅拌采用混凝土搅拌采用二次投料的工艺，搅拌时间控制在120s，塌落度为160～200mm，由罐车运输至53#路基施工现场泵送使用。
3.5 CFG桩成孔。钻机就位钻孔正式开始以前，保证钻头阀门关闭，根据3.3要求钻机精准就位后向下移动钻杆，并钻头触及地面，开始CFG桩基钻进。CFG钻进速度控制在2/min～3m/min，并且控制钻进速度先慢后快以便于早期纠正。钻进过程中，如遇地层坚硬出现钻杆摇晃或钻进艰难，适当放慢进尺速度，并及时控制好钻杆垂直度，严防桩孔偏斜或位移，以及造成钻杆、钻具的损坏。CFG桩基施工过程中，做好详细的施工记录，包括每米电流变化、突变位置的电流值、并留取渣样，作为后期地质复核参考。
3.6 CFG桩灌注与拔管。经技术人员验收，CFG桩钻进深度达到设计要求成孔后，停止钻进，采用混凝土拖泵配合，泵送C20混凝土开始CFG桩成孔灌注，直到钻杆芯管充满混凝土后方可拔管，禁止先提管后泵料，造成断桩现象。成桩的速根据不同段落地质有关，53#路基根据工艺性试验确定应控制在1.2～1.5m/min，CFG桩基混凝土灌注施工过程中必须保证混凝土持续供应，确保拔管成桩过程连续进行，均匀提升，且钻头始终埋在桩基混凝土中。每完成一根桩基的混凝土灌注，及时用砂带袋覆盖桩头以做保护。CFG桩基的桩底必须深入设计规定的地层中，并且桩径不小于φ0.5m，桩顶高程超灌0.5m，确保桩基完整性质量。CFG桩桩顶高程高差较大时，按照从低至高分台阶施工，桩顶高程较低的CFG桩施工完成并填筑填料至相邻段CFG桩桩顶高程后，再施工邻近段CFG桩。
4.4 桩帽施工技术要点
1.桩头开挖与桩间土清理。CFG桩施工过程中应及时清运钻渣弃土，钻渣清运为不造成对设计桩顶标高以下的桩身造成破坏不扰动桩间土，不破坏未施工工作面的桩位标识，采用小挖机和人工配合的方式完成，并且安排专人看护与指挥。CFG桩基施工完成后并且桩体强度达到15MPa以后，方可对桩头进行开挖并清理桩间土，同样采用小型挖机和人工辅助的方式进行施工，确保开挖过程不对桩体产生破坏，开挖清运保护土层时及时测量高程，并标识开挖深度，做到不超挖，不扰动基底，不破坏桩体，小挖机开挖和清理完成后，再由人工进行精细的清理并整平。
2.桩头切除与处理。桩头开挖清理后，测量并标识桩顶设计标高位置，采用环切机器切除桩头，并及时将切除的桩头清运出场用截桩机截除。桩顶高程控制偏差在±50mm。如遇桩顶高程以下桩体破坏必须接桩至设计桩顶标高，首先重新开挖基槽至桩顶剔平凿毛桩顶，按照设计要求采用C35混凝土接桩处理，直径为0.7m，如图2所示。
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3．桩帽施工。桩帽施工应在桩检合格后进行，采用C40钢筋混凝土现场浇筑前应先人工整平基底，采用小型打夯机进行夯实，桩帽施工严格按照设计图控制好尺寸和高程，施工完成后及时覆盖养生。
4.5 褥垫层施工技术要点
褥垫层厚0.5m，由三层碎石和两层土工格栅组成，结构形式如图3所示。褥垫层能够减少基础底面的应力集中，避免了冲切破坏，调整桩、土荷载的分担比例，使地基达到协调变形。
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1．CFG桩基在桩帽施工完成并达到设计强度后方可进行褥垫层施工，褥垫层分三层填筑压实，总厚度为0.5m。选用粒径≤50mm，含泥量≤10%，级配梁良好，不含草根、树皮等杂质的较好填料，采用20t压路机以静力压实法进行碾压，按照自两侧至中间的顺序，以半轮碾压法控制速度先慢后快，正常速度不超过4km/h，碾压不少于六遍，确保达到设计要求的压实度不低于92%、K30≥130。
2．褥垫层内土工格栅分两层铺设，下层为横向GGR/HDPE/US160土工格栅、上层为纵向GGR/HDPE/US120土工格栅。完成桩帽间碎石回填并夯实后，继续桩顶回填10cm厚碎石垫层并碾压密实，铺设并固定下层横向土工格栅，再回填20cm厚碎石垫层并碾压密实，铺设并固定上层纵向土工格栅，完成剩余20cm碎石垫层填筑并碾压密实，褥垫层施工完成计入路基基床底层施工工序。
四、CFG桩检测及效果
1．CFG桩检测。按规范要求检验频次对53#路基抽取CFG桩基进行CFG桩桩身完整性及单桩承载力检测，并结合《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2019）要求（1）成桩28天后，进行单桩静荷载试验，数量为总桩数的2%，且不小于3根；（2）成桩后7天内进行低应变检测，数量为总桩数的10%，且不小于3根；（3）CFG桩质量检测应满足《高速铁路路基工程质量验收标准》和设计文件的要求，对检测不合格的桩应进行取芯检测和评估，分别抽取了882根桩进行低应变桩身完整性试验和9根桩进行单桩承载力试验，结果符合设计及规范要求，详情如下所述。
2．桩身完整性检测。按规范抽取882根桩进行了低应变检测桩身完整性试验，其中1类桩占99.5%，Ⅱ类桩占0.5%，如图4所示。检测结果均满足设计要求。
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3．单桩承载力检测。试验桩开挖并按检测要求处理桩头，单桩承载力试坑开挖至桩顶标高，保证试坑底面与桩顶标高一致。安置承压板前，凿平桩头并用水平尺找平，使承压板与桩头平整接触。
按规范要求频次抽取9根桩进行了复合地基单桩承载力试验，最大极限承载力1910kN,最小极限承载力1360kN, 如图5所示。试验结果均满足对应桩长单桩承载力设计及规范要求。
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试验结果满足设计及规范要求，CFG桩软基处理达到预期效果。
五、结语
在雅万高铁建设过程中，施工环境异常复杂，本次采用CFG桩复合地基施工技术，经试验检测验证，达到预期效果，满足设计及规范要求，确保了路基软基处理的施工质量，解决了预应力管桩供应短缺的工期问题，实现梁场首架的形象进度节点，为桥梁的顺利架设提供了保障。CFG桩施工工艺简单、对周围环境影响小，避免了管桩施工对周围居民造成的干扰。同时CFG桩较预应力管桩施工造价低，为雅万建设节约了成本并创造了效益，为印度尼西亚高铁向泗水延伸积累了宝贵的经验。
参考文献：
[ 1 ] TB 10751-2018 高速铁路路基工程施工质量验收标准
[ 2 ] QCR 9602-2015 高速铁路路基工程施工技术规程
[ 3 ] TB 10218-2019 铁路工程基桩检测技术规程
[ 4 ]JBHSR-1-RS-DR-T18 雅加达至万隆高速铁路工程CFG桩地基加固设计图及说明