郑西高铁在含有姜石钙质结核层黄土地区CFG桩施工分析

2023年12月27日发(作者：临时停车场)

郑西高铁在含有姜石钙质结核层黄土地区CFG桩施工分析

李智杰

【期刊名称】《《交通世界（建养机械）》》

【年(卷),期】2012(000)009

【总页数】2页(P136-137)

【作 者】李智杰

【作者单位】中铁十二局集团第三工程有限公司

【正文语种】中 文

工程概况

郑西高铁设计时速为350km/h，工后“零”沉降，位于黄土丘陵区，地势整体平缓，由东向西缓慢升高，黄河支流洛河之横向黄土冲沟发育，部分深切呈“V”型谷，冲沟深数十米，岸坡陡峭。地质情况为：黄土丘陵地貌，第四系中下更新统黏质黄土、钙质结核层、圆砾土，局部表层松软土厚0～10m，下伏第三系砾岩、泥岩、砂岩。黏质黄土普遍具有弱膨胀性。路基段地基处理主要为CFG桩加固，设计桩长范围为5～20m，均采用梅花型，其中桩长小于15m采用φ40桩径，桩间距为1.2及1.3m；桩长在15～20m之间的采用φ50桩径, 桩间距为1.4m。桩顶铺设80～100cm厚二八灰土垫层夹两层土工格栅。要求桩身混凝土强度不小于C10。

姜石钙质结核层黄土地区CFG桩施工机具型号选择

按照设计要求，试验数量为总桩数的0.5%～1%，且每个单位工程的试验数量不

应少于3点。根据CFG桩施工的两种常用方法即振动沉管成桩法和长螺旋钻机成孔、管内泵压混凝土成桩法进行试验。

采用振动沉管法进行成孔试验，发现振动沉管法在Q2黏质黄土4m以下即无法继续深入，预计在钙质结核层及圆砾土，由于地质坚硬，振动沉管钻机根本无法使用，只能选择步履式长螺旋杆钻机。

根据现场不同地质情况采用不同长螺旋钻杆管内泵压混凝土的施工工艺进行施工，由于普通机型采用的钻杆钻头在穿透姜石层时经常损坏，因此钻杆钻头则采用专门的合金材料制作，同时根据设备机型的许用拔钻力、主机转速、输出扭矩、主卷扬机以及动力头功率配置等条件，在全国几个大的生产设备厂家产品中进行钻机选型，即姜石层越厚越需动力头功率越大的机械施工，保障扭矩使钻头有足够的力旋转下钻，保障主卷扬机动力使钻头钻杆有足够的力拔出，避免卡钻。

通过现场多次试验分析，对钙质结核层含量比例与机具设备的选择得出表1结论，供同仁们参考。

CFG桩施工注意事项

CFG桩施工过程控制有很多的参考文献，本文不再详细阐述，需要注意的是在测量放样，场地平整，钻机就位等等工序后进行钻进成孔时，根据补勘地质资料（开工前应对地质情况每隔50～100m进行补勘）及设计地质资料情况对有姜石夹层地段提前更换合金钻头和钻杆，以免造成损坏普通钻头或卡钻现象。钻头进入姜石夹层时主要表现为钻进速度会明显减慢，此时不可过分加大马力，以防扭断钻杆。

成孔后，施工工艺顺序为灌注混凝土及拔管→移机钻孔下一根桩→清除桩间土→凿除桩头→桩体质量检测→褥垫层施工，施工方法按照正常工艺实施即可。

CFG桩施工质量采用无损检测进行检验，加固效果检测采用荷载试验。检测结果必须符合《铁路工程基桩检测规程》及《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》的要求。

姜石钙质结核层黄土地区CFG桩施工工效分析

针对黄土地区姜石结钙质核层含量的不同，必须选用不同的机具设备，同时对钻头及钻杆的强度要求也相对较高，经过对全标段24段黄土地区，不同含量姜石钙质结核层CFG桩施工段落的实际工效统计得出表2的结论。

由上表结论可以看出，在含有姜石钙质结核的黄土地区（姜石含量在35%以下）对于CFG桩施工，其工效明显低于一般的软土地基CFG桩施工，且姜石钙质结核含量越高，对于设备的性能要求也就越高，而工效也越低（仅为一般地基的40%左右）。因此，对于姜石钙质结核的黄土地区CFG桩施工的成本是非常有必要进行分析的。

姜石钙质结核层黄土地区CFG桩施工成本分析

郑西高铁CFG桩合同单价为50元/m左右，结合实际情况，该费用严重不足，主要是因为CFG桩在黄土姜石钙质结核层中的工效低，设备要求高以及高铁对CFG桩施工工艺要求较高，已经脱离了传统意义的混合料桩。

影响长螺旋CFG桩成本的主要因素

桩的性质已经发生变化

传统意义上的CFG桩桩体是水泥、粉煤灰、碎石组成的混合料，并不是混凝土，而郑西高铁为了提高地基处理质量，同时为了保证CFG桩灌注桩体的质量将桩身材料提高为高性能C15混凝土。同时，作为长螺旋芯管泵送混凝土施工，C15混凝土难以满足泵送和易性要求，实际的混凝土强度均超过C15。因此，CFG桩在高铁的使用过程中实际上已经不再是传统意义的CFG桩，而是实实际际的小桩径钻孔桩。

机具设备投入大，工效低，无法发挥正常的机械效率

结合前文分析，在含有姜石结核层的位置施工CFG桩，首先必须使用合金钻头，使用比在一般正常软基位置许用拔钻力、主机转速、输出扭矩、主卷扬机以及动力

头功率均大一级甚至几级的设备进行钻孔，而且工效低30%～60%，这些均造成设备必须加大投入数量，增加钻孔成本。

为确保高铁混凝土施工质量，所有混凝土均在拌合站集中拌合，通过混凝土运输车运至现场。由于桩体直径小，造成与之配套使用的混凝土运输车，混凝土输送泵工艺性间隔等待时间长，现场需要反复等待桩位清土，钻机移位，就位，钻孔等，机械效率无法正常发挥，往往一车混凝土需要几个小时才能泵送完毕。

桩身排土清理及凿桩头等工序费用较高

长螺旋钻机施工桩身主动排土，增加了桩身排土清理工序。为了防止断桩不能使用大型设备进行清理，只能人工配合手推车推出路基范围，在采用挖掘机装车运至弃土场。

凿桩头采用电动切割机沿着桩体环向切割一圈后，使用风镐配合人工将桩头拉断，人工将桩头运至路基范围以外采取挖掘机装车至弃土场深埋，最后对桩头进行修造。

实测长螺旋CFG桩成本分析

根据长螺旋钻机现场施工情况，结合高铁关于CFG桩施工技术、质量标准要求和全国基础定额，直径400mm的长螺旋CFG桩在含有姜石结核夹层的黄土地区实际综合单价为126.86元/m，在一般黄土地区的综合单价为104.1元/m。工作内容包括：施工准备；桩机就位和移位、校测、钻孔；混凝土拌合、运输（均5km）、泵送、灌注；清理钻孔排土、人工倒运（均50m）；破桩头及清理。

表1 CFG桩在姜石钙质结核层含量机具型号选择主要指标表序号 姜石钙质结核层含量比例（%）步履式长螺旋钻机设备主要性能要求m） 主卷扬机 动力头功率（kw）1 ﹤5% 180 21 34 5T（22kw） 45×2 普通钻头备注许用拔钻力 输出扭矩（kN.（KN）主机转速（r/min）2 5%～9% 240 21 39 5T（22kw） 45×2 合金钻头3 9%～13% 300 21 48.5 5T（22kw） 45×2 4 13%～20% 400 18.5

48.5 8T（30kw） 55×2合金钻头和钻杆5 20%～30% 640 16 63.7 8T（30kw）

55×2 6 30%～35% 800 12 83 8T（30kw） 75×2 7 ﹥35% 难以成孔，功效极低变更旋喷桩

表2 不同含量姜石钙质结核层CFG桩施工工效结论分析表序号 地质 土壤类别 施工机械型号 特殊措施 平均台班产量（m/台班） 备注CFG18 90kw动力头 170 1

一般软土地基 I参考其它软基项目CFG20 90kw动力头 206.6 CFG20 标配钻头钻杆、90kw动2黏质黄土-硬土（姜石比例﹤5%）III 力头 92.63 普通钻头每打一根就需维修，基本无法使用CFG20 合金钻头、90kw更换为110kw动力头

113.33 3 含姜石层地基（5%～30%）CFG26 合金钻头钻杆、110kw动力头

58.75 CFG31 合金钻头钻杆、110kw动力头 71.31普通钻头钻杆发生卡钻、钻杆断裂现象，基本无法施工4 含姜石层地基（30%～35%） CFG31 合金钻头钻杆、150kw动力头 54.62

结语

长螺旋CFG桩具有机械化程度高、进度快、灵活性强、地质适应性强等优点，完全能够满足高铁地基处理的标准及要求。但就CFG桩的原材料问题、造价问题以及针对不同的地质情况CFG桩钻机的机型选择问题等等，以下结论望对同仁们能有所帮助。

CFG桩在高铁中的应用已经脱离了传统的CFG桩本身意义，其实已经成为了借助CFG桩施工工艺的小型混凝土钻孔桩。

黄土地区地基处理不适用于振动沉管钻机成孔，仅适用于长螺旋CFG桩成孔工艺，而在含姜石钙质结核夹层的黄土地区地基处理需要慎重，对地基需要提前进行更为细致的勘察，防止卡钻损坏设备。

黄土地区姜石钙质结核夹层含量小于35%时，CFG桩成孔工艺必须采取合金钻头或者加大设备功率方可实施；含量大于35%时不适用CFG桩成孔，只能选择其他地基处理方式。

直径400mm的长螺旋CFG桩在含有姜石结核夹层的黄土地区实际综合单价为126.86元/m，在一般黄土地区的综合单价为104.1元/m，其综合单价比起一般软基施工高出25%左右。