《高速铁路路基施工与维护（第3版）》课件 任务2-1.CFG桩施工（软土一）

高速铁路路基基底加固高速铁路路基基底加固目标学习目标：掌握软土地基加固方法的适用条件、原理；掌握CFG的施工工艺及控制条件；掌握CFG桩质量检验项目和检验方法。技能：能够根据不同地质条件或土的物理力学性质指标选择合适的地基加固方法；能够熟练选择和使用相应的施工机具；能够熟练掌握各种地基加固方法的施工管理和质量控制；能够熟练进行各种地基加固方法质量验收工作。素质：具有很强的团队精神和协作意识；养成吃苦耐劳、严谨求实的工作作风；具备一定的协调、组织管理能力。12软土的概念和特性CFG桩施工任务2-1软土地区基底加固11.软土概念2.软土特性软土的概念和特性软土地区基底加固1.软土的概念定义：软土就是强度低、压缩性高、孔隙比大、含水率高的软弱土层。根据软土的孔隙比及有机质含量，将软土划分为软黏性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土及泥炭五种类型。软土地区基底加固1.软土的特性特性：天然含水量高、孔隙比大、透水性差、压缩性高、抗剪强度低、具有触变性、流变性显著。按照处理目的分为沉降处理和稳定处理两大类。稳定处理原理是阻止强度降低、控制剪切变形，增加抗滑阻力、促进强度增长，沉降处理原理是减小总沉降量、加速固结沉降。软土地区路基基底加固方法主要有：真空预压砂井法、CFG桩法、石灰桩加固法、高压旋喷桩、多向搅拌桩等。

清远某一级公路软土路基几乎遍布全线，软土最大厚达20m。软土地基主要以淤泥质亚黏土为主，地表有1.0~2.0m的硬层，但多为软黏土，软土层埋深2.0~8.0m，具有含水率大、有机质含量高、抗剪强度低、高压缩等不良特性，地基承载力低，沉降量大。

该公路于2006年大修采用抛石挤淤方式处理软基，但是效果较差，并未有效解决软基问题，导致道路病害严重，于2011年9月对其进行全面大修。

CFG桩在软土加固中的应用抛石挤淤软土路基加固

大修设计采用CFG桩复合地基方案处理深层软基。通过CFG桩、高压旋喷桩加固软弱地基的桩体作用、挤密作用和褥垫层作用彻底解决深层软基问题。12软土的概念和特性CFG桩施工21.

CFG桩的加固原理2.CFG桩设计思路CFG桩施工3.

CFG桩的适用范围4.

CFG桩的设计步骤5.

CFG桩的设计参数6.

CFG桩的一般规定7.

CFG桩的施工工艺流程8.

CFG桩的施工工序9.

CFG桩的质量控制CFG桩施工1.CFG桩的加固原理CFG（CementFlying-ashGravelPile)桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和，采用各种成桩机械形成的高粘结强度桩体，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。它是我国建筑科学研究院地基所在20世纪80年代末开发的一项新的地基加固技术，是在碎石桩的基础上加进了一些粉煤灰和少量水泥，加水搅拌制成的一种具有一定黏结强度的桩。CFG桩施工1.CFG桩的加固原理京-津客运专线中的CFG桩实景图

高速无砟轨道铁路因其平稳舒适和免维护的优势使其成为我国高速铁路发展方向。

无砟轨道结构型式对路基的工后沉降提出了严格的要求，从而高速铁路路基的加固处理和工后沉降预测成为高速铁路路基研究的重要课题。

中铁六局承建的京津城际轨道交通工程北京段就CFG桩复合地基施工、路基沉降监测及工后沉降预测等进行了系统研究分析及应用，并得到很好地应用效果。CFG桩施工1.CFG桩的加固原理武-广客运专线中的CFG桩实景图

武广客运专线某标段内软土分布广泛，岩溶地基（主要分布在咸宁车站）较普遍，且岩溶多呈串珠状分布。

为控制路基施工后沉降、保证满足无砟轨道技术和质量要求，客运专线路基部分地段采取了复合地基——CFG进行基底处理。本工区内CFG桩施工总长度达106328m主要集中在新咸宁车站范围内。CFG桩施工1.CFG桩的加固原理对于津京、郑西、武广客运专线，由于是350km/h无砟轨道标准，为了有效地控制地基沉降，在软土和松软土地基段大量采用CFG桩进行地基处理。其处理深度30m以内较经济。CFG桩特点这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点：施工工艺和普通振动沉管灌筑桩一样，工艺简单，与振冲碎石桩相比，无场地污染，且振动影响也小；所用材料仅需少量水泥，便于就地取材，这也是比水泥搅拌桩优越之处。CFG桩施工1.CFG桩的加固原理碎石桩CFG桩施工1.CFG桩的加固原理CFG桩施工现场CFG桩施工1.CFG桩的加固原理CFG桩法是通过在地基中形成桩体作为竖向加固体，与桩间土组成复合地基，共同承担基础、回填土及上部结构荷载。当桩体强度较高时，CFG桩类似于钢筋混凝土桩(常称为刚性桩)，这样，在常用的几米到20多米桩长范围内，桩侧摩阻力都能发挥，不存在散体桩或柔性桩存在的有效桩长的现象。其加固软弱地基主要有三种作用：桩体作用；挤密作用；褥垫层作用。CFG桩施工1.CFG桩的加固原理1.桩体作用2.桩体的挤密作用3.CFG桩的褥垫层的作用CFG桩施工1.CFG桩的加固原理桩体作用CFG桩不同于碎石桩，是具有一定黏结强度的混合料。一般情况下不仅可全长发挥桩的侧阻，如桩端落在好土层上，还可很好地发挥端阻作用。①CFG桩长可全长发挥桩的侧阻力，也可发挥端阻力作用；②CFG桩具有刚性桩特点，使桩的作用大大加强；③在荷载作用下CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变化逐渐集中到桩体上，使地基土承载力提高大约20—35倍。CFG桩施工1.CFG桩的加固原理挤密作用CFG桩采用振动沉管法施工，利用振动和挤压作用使桩间土得到挤密。经加固后地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所减小，重度、压缩模量均有所增加，说明经加固后桩间土已挤密。

在较好透水层上面还有较差的土层时，刚刚施工完的CFG桩体将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFC桩体结硬为止，这样的排水过程持续几个小时。加固前后土的物理力学指标对比CFG桩施工1.CFG桩的加固原理CFG桩的褥垫层的作用褥垫层技术是CFG桩复合地基的核心技术，复合地基的许多特性都与褥垫层有关。褥垫层的作用如下：1.保证桩、土共同承担荷载2.调整桩、土垂直荷载分担比3.减小桩顶对基础底面的应力集中4.抗水平力作用褥垫层铺设褥垫层铺设21.

CFG桩的加固原理2.CFG桩设计思路CFG桩施工3.

CFG桩的适用范围4.

CFG桩的设计步骤5.

CFG桩的设计参数6.

CFG桩的一般规定7.

CFG桩的施工工艺流程8.

CFG桩的施工工序9.

CFG桩的质量控制2.CFG桩设计思路当CFG桩桩体强度较高时，具有刚性桩的性状，但在承担水平荷载方面与传统的桩基有明显的区别。桩是一种细长杆，它传递水平荷载的能力远远小于传递垂直荷载的能力。而

CFG桩复合地基通过褥垫层，改变了过分依赖于桩承担垂直荷载和水平荷载的传统思想。根据试验结果，桩、土剪应力比随褥垫层厚度增大而减小。设计时可通过改变褥垫层厚度调整桩、土荷载分担比。CFG桩施工CFG桩施工2.CFG桩设计思路CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，保证桩间土始终参与工作。因此垂直承载力设计首先是将土的承载能力充分发挥，不足部分由CFG桩来承担。CFG桩不只是用于加固软弱的地基，对于较好的地基土，若荷载较大，天然地基承载力不够或变形不能满足要求，就可以用CFG桩来补足。

CFG桩是一种灵活的桩，CFG桩不仅可以采用同一桩长，也可以根据设计条件和地质条件采用不同桩长、不同桩长间作，甚至CFG桩与其他桩型组合，如CFG桩与夯实水泥土桩、碎石桩等间作，形成桩型复合地基。CFG桩施工3.CFG桩的适用范围就土性而言，适用于处理黏性土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基。CFG桩既可以用于挤密效果好的土（挤密作用+置换作用），又可以用于挤密效果差的土（提高承载力）。CFG桩不仅用于承载力较低的土，对于承载力较高的土(如200kPa)，对于变形不能满足要求的地基，也可采用CFG桩来减少地基变形。CFG桩施工4.CFG桩的设计步骤1、根据地基土质、施工设备、布桩方式等条件初步确定桩径和桩距，由桩径和桩距求出置换率；2、由要求达到的复合地基承载力确定桩长；3、桩身强度设计；4、配料设计；5、确定褥垫层厚度。21.

CFG桩的加固原理2.CFG桩设计思路CFG桩施工3.

CFG桩的适用范围4.

CFG桩的设计步骤5.

CFG桩的设计参数6.

CFG桩的一般规定7.

CFG桩的施工工艺流程8.

CFG桩的施工工序9.

CFG桩的质量控制CFG桩施工5.CFG桩的设计参数CFG桩处理软弱地基，应以提高地基承载力和减少地基沉降为其主要加固目的，其途径是发挥CFG桩的桩体作用。

CFG桩复合地基的设计参数共6个，分别为桩径、桩距、桩长、桩体强度、褥垫层的设计以及桩的布置。CFG桩施工5.CFG桩的设计参数（1）桩径d：CFG桩桩径d宜取350～600mm，受管径约束影响。（2）桩距s：桩距的大小取决于设计要求的复合地基承载力和变形量、土性及施工机具，所以选用桩距需考虑承载力的提高幅度应能满足设计要求、施工方便、桩作用的发挥、场地地质条件以及造价等因素。试验表明，其他条件相同，桩距越小复合地基承载力越大，当桩距小于3倍的桩径后，随着桩距的减小，复合地基承载力的增长率明显下降，从桩、土作用的发挥考虑，桩距宜取3～5倍桩径为宜。CFG桩施工5.CFG桩的设计参数设计的桩距首先要满足承载力和变形的要求。从施工角度考虑，尽量选用较大的桩距以防止新打桩对已打桩的不良影响。对挤土成桩工艺和不可挤密土，宜采用较大的桩距。在满足承载力和变形的要求的前提下，可以通过调整桩长来调整桩距，桩越长，桩间距可以越大。CFG桩施工6.CFG桩的一般规定（1）施工前应进行成桩工艺试验(不少于2根)，以复核地质资料以及设备、工艺、施打顺序是否适宜，确定混合料配合比、坍落度、搅拌时间、拔管速度等各项工艺参数，报监理单位确认后，方可进行施工。（2）CFG桩施工开始后应及时进行复合地基或单桩承载力试验，以确定设计参数。（3）采用振动沉管成桩时，设备型号选择应根据地质条件及桩径、设计深度要求确定，其施工应符合下列要求：CFG桩施工6.CFG桩的一般规定①振动沉管桩机沉管表面有明显的进尺标记，根据设计桩长、沉管入土深度确定机架高度和沉管长度。②沉管过程中每沉1m应记录一次，并对土层变化处予以说明。③混合料应按设计配合比经搅拌机拌合，坍落度拌合时间应按工艺性试验确定的参数进行控制，且拌合时间不得少于1min。④拔管速率应按工艺性试验确定并经监理工程师批准的参数进行控制，拔管中严禁反插。⑤每根桩的投料量不得少于设计灌注量。⑥成桩后桩顶控制标高应考虑除浮浆后的桩长，满足设计要求。CFG桩施工6.CFG桩的一般规定（4）采用长螺旋钻管内泵压混合料灌注成桩（长螺旋钻孔灌注桩）时，设备型号选择应根据桩径、设计加固深度要求确定，其施工应符合下列要求（注意：可采用长螺旋钻孔灌注桩施工工艺来制作CFG桩，但长螺旋钻孔灌注桩并不是CFG桩）：CFG桩施工7.CFG桩的施工工艺流程CFG桩振动沉管灌注施工流程图CFG桩长螺旋钻管内泵压混合料灌注成桩施工流程图21.

CFG桩的加固原理2.CFG桩设计思路CFG桩施工3.

CFG桩的适用范围4.

CFG桩的设计步骤5.

CFG桩的设计参数6.

CFG桩的一般规定7.

CFG桩的施工工艺流程8.

CFG桩的施工工序9.

CFG桩的质量控制CFG桩施工8.振动沉管成桩，CFG桩的施工工序（施工准备、桩机就位、质量检测）1、施工准备：（施工前应具备的资料和施工条件、施工技术措施内容保障、施工前的工艺试验开展）1.1施工前应具备的资料和条件：①工程地质报告书（地层岩性、地质地貌、水文地质、气候条件、不良地质现象）。②CFG桩布桩图，图应注明桩位编号，以及设计说明和施工说明。③施工场地临近的高压电缆、电话线、地下管线、地下构筑物及障碍物等调查资料。④施工场地的水准控制点。⑤具备“三通一平”条件（通电、通水、通路和地面平整）。

CFG桩施工8.CFG桩的施工工序1.2施工技术措施内容：①确定施工机具和配套设备；②标明材料规格、参数要求、数量；③施工混合料配合比确定；④不少于2个试孔（并获取单桩承载力、复合地基承载力、动力触探、地基变形等参数），复核地质资料、设备、工艺、技术参数。⑤按施工平面图放好桩位。⑥确定施打顺序。⑦复核测量基线、水准点及桩位、CFG桩的轴线定位点。振动沉管机沉管表面应有明显的进尺标记。CFG桩施工8.CFG桩的施工工序1.3施工前的工艺试验主要考虑新打桩对未硬结和硬结的已打桩的影响。对挤密效果好的土(如饱和松散的粉土)，打桩振动会引起地表的沉降，桩顶一般不会上升，断桩的可能性小。当发现桩顶向上的位移过大时，桩可能发生断开，若向上的位移不超过1cm，断桩的可能性很小。2以上工作准备就绪，桩机就位，CFG桩施工。CFG桩施工8.CFG桩的施工工序3、施工监测施工过程中，特别是施工初期应做如下观测：①施工场地标高观测。②桩顶标高的观测。①施工场地标高观测。施工前要测量场地的标高，注意测点应有足够的数量和代表性。打桩过程中随时观测地面是否发生隆起，因为断桩常常和地面隆起相联系。②桩顶标高的观测。施工过程中应注意已打桩桩顶标高的变化，特别要注意观测桩距最小部位的桩。对桩顶上升量较大的桩(>1cm)或怀疑发生质量事故的桩应开挖查看，或采取逐桩静压的办法加以处理。CFG桩施工8.CFG桩的施工工序4、施工中的注意事项①混合料坍落度的控制大量工程实践表明，混合料坍落度过大，桩顶浮浆过多，桩体强度也会降低。长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工的坍落度应控制在160～200mm、振动沉管灌注成桩施工的坍落度应控制在30～50mm，和易性好，当拔管速率为1.2～1.5m／min时，一般桩顶浮浆可控制在20cm以内，成桩质量容易控制。②拔管速率的控制拔管速率太快，会造成桩径偏小、缩颈、断桩的现象。大量工程实践证明，拔管速率为1.2～1.5m／min时是适宜的。CFG桩施工8.CFG桩的施工工序4、施工中的注意事项国产振动沉管机拔管速率都较快，可以通过增加卷扬系统中滑轮组的动滑轮数量来改变拔管速率，也可通过电动机——变速箱系统来实现。③保护桩长的设置所谓保护桩长是指成桩时预先设定加长的一段桩长，施工时将其剔除。保护桩长是基于以下几个因素而设置的：a.成桩时桩顶不可能正好与设计标高完全一致，一般要高出桩顶设计标高一段长度。b.桩顶一般由于混合料自重压力较小或由于浮浆的影响，靠桩顶一段桩体强度较差。CFG桩施工8.CFG桩的施工工序4、施工中的注意事项④桩头处理清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂或扰动桩间土。如果在剔除桩头时造成桩体断至桩顶设计标高以下，必须采取补救措施。假如断裂面距桩顶标高不深，可用混凝土接桩至设计桩顶标高。注意在接桩头过程中保护好桩间土。CFG桩施工8.CFG桩的施工工序⑤冬季施工冬季施工时应采取措施避免混合料在初凝前遭到冻结，保证混合料入孔温度大于5℃，根据材料加热的难易程度，一般优先加热拌合用水，其次是砂和石。混合料温度不宜过高，以免造成混合料假凝无法正常泵送施工。泵头管线也应采取保温措施。施工完清除保护土层和桩头后，应立即对桩间土和桩头采用草帘等保温材料进行覆盖，以防止桩间土冻胀而造成装体拉断。⑥褥垫层铺设褥垫层所用材料多为粗砂、中砂、级配砂石、碎石等，粒径宜为8～20mm，最大粒径不宜大于30mm，不宜选用卵石。当基础底面桩间土含水量较大时，应进行试验确定是否采用动力夯实法，避免桩间土承载力下降。对较干的砂石材料，铺后可适当洒水，进行碾压或夯实。褥垫层厚度一般15～30cm。21.

CFG桩的加固原理2.CFG桩设计思路CFG桩施工3.

CFG桩的适用范围4.

CFG桩的设计步骤5.

CFG桩的设计参数6.

CFG桩的一般规定7.

CFG桩的施工工艺流程8.

CFG桩的施工工序9.

CFG桩的质量控制CFG桩施工9.CFG桩的质量控制CFG桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法CFG桩施工9.CFG桩的质量控制a．所用的水泥和粗细骨料品种、规格及质量应符合设计要求。检验数量：同一产地、品种、规格且连续进场的水泥，袋装水泥200t为一批、散装水泥500t为一批，当袋装水泥不足200t或散装水泥不足500t时也按一批计。同一产地、品种、规格且连续进场的粗、细骨料，分别以400t为一批，当不足400时也按一批计。各种原材料施工单位每批抽样检验1组。检验方法：检查产品质量证明文件，在水泥库抽样检验水泥强度、安全性、凝结时间,在料场抽样检验粗细骨料含泥量、筛分试验检验其颗粒级配。CFG桩施工9.CFG桩的质量控制b．CFG桩混合料坍落度应按工艺性试验确定并经监理工程师批准的参数进行控制。检验数量：施工单位每台班抽样检验3次。监理单位按