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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、土共同作用下，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，用水泥砂浆润滑管道后，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.
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、土共同作用下，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，用水泥砂浆润滑管道后，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.