高速路基CFG桩处理及施工技术-建筑类毕业论文.doc

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XXXXXXX学院

毕业设计

题目

姓名

学号

专业班级

分院

指导教师

20XX年XX月XX日

摘要

世界铁路产业自其产生到上世纪五十年代，一直处于大发展之中。

随后，由于受到航空业和高速公路的挑战，铁路发展速度逐渐减缓。

至1964年世界第一条高速铁路----日本东海道新干线建成并投入运营，一起速度快，运能大，节省资源，确保其安全准时，污染少等综合优势博得世人青睐，极大地提高了世界各国发展高速铁路的兴趣，从而使铁路产业出现了一个兴旺时期。

高速铁路的出现对传统铁路的设计、施工和养护维修提出了新的挑战，在许多方面深化和改变了传统的设计观念或思想。

高速铁路路基作为高速运营的列车轨道基础，就线路结构领域看，目前已经突破了传统的轨道/道床/土路基这种结构形式，既有碴轨道也有无碴轨道在有碴轨道中，从轨道至基床这个过渡层范围内，除了道碴/土这种两层系统外还有多层系统。

各种不同的结构形式所企图达到的首要目的是为高速线路提供高平顺性和稳定的轨下基础。

对其的讨论研究是为了更好的为高速铁路的发展奠定基础。

目前正是我国高速铁路蓬勃发展的时期，环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区将建成城际客运系统，同时既有线提速达到2万km，形成我国铁路快速客运网，为广大旅客提供更加安全、快捷、舒适的服务。

中国铁路客运面貌将为之一新，高速化快速化势不可挡。

关键词：

高速铁路；路基施工；CFG桩；施工工艺

-I-

目录

摘要 I

引言 1

1绪论 2

1.1路基总体施工方案 2

2地基加固处理 3

2.1该段线路具体地质情况 3

2.2地基处理施工方案 3

2.2.1CFG桩相关介绍 3

2.2.2CFG桩施工方案 4

2.3CFG桩施工工艺 6

2.3.1施工现场准备 6

2.3.2桩基施打顺序 6

2.3.3工艺流程 7

2.3.4桩帽、钢筋混凝土板施工 9

2.3.5褥垫层施工 10

2.3.6施工注意事项 10

3路基本体施工方案 11

3.1路基填料施工方案 11

3.1.1路基填筑施工工艺流程图 11

3.1.2工艺要点 11

3.2路基基床施工方案 12

3.2.1路基基床底层施工工艺及方法 12

3.2.2堆载预压法 14

3.2.3路基基床表层施工 15

3.4路基防护及排水工程施工方案 18

3.4.1拱形骨架护坡 18

3.4.2土工合成材料铺设 19

3.4.3路基排水工程 19

结论 20

致谢 21

参考文献 22

-III-

XXXXX技术学院毕业设计（论文）

引言

高速铁路路基是经开挖或填筑而形成的直接支撑轨道、满足轨道铺设和运营条件而修建的土工结构物，是铁道工程的重要组成部分。

它承受着轨道及机车车辆的静荷载和动荷载，并将和在向地基深处传递扩散，因此路基应具有足够的强度和稳定性，应能抵抗自然因素的破坏而不致产生有害变形。

从纵断面上，路基必须保证线路需要的高程；在平面上，路基遇桥梁、隧道连接组成完整贯通的线路。

路基工程包括路基本体工程、路基防护工程、路基排水工程、路基支挡和加固工程，以及由于修筑路基可能引起的改河、改沟等配套工程。

如何保证在路基施工的质量将成为路基施工的一大挑战。

在特殊路段纯在大量不良地质情况，例如荷塘水池、地下水富集、或地质不稳定等，我们要做的就是保证路基在以后长期运营中不发生病害。

能够为列车提供较稳固的基础。

在长期的实践中，较多的软基处理采用CFG桩施工，对路基进行加固。

能够达到合格的施工要求，满足叫严格的恭候沉降。

1绪论

1.1路基总体施工方案

路基主要施工内容有：

基底加固处理、路基填筑、路堤坡面防护等。

地基加固处理主要有强夯加固和CFG桩加固两种形式。

由于该段粉质黏土、粉土分布广泛分布，工程性质相对较差，如处理不当将会造成路基病害，施工中地基处理施工是该标段路基工程的重点，保证路基填筑质量，控制工后沉降，是工程的难点。

所以应选用施工经验丰富的地基处理专业施工队，施工前按照设计的处理方案，先进行工艺性试验，待工艺试验检验满足设计和质量要求后，进行大面积施工。

土石方就近调运，路基按“三阶段、四区段、八流程”填筑施工。

填筑前，先选一段路基作为试验段，进行填筑压实试验，确定满足压实要求的各项工艺参数，再推广到大面积施工。

级配碎石的生产采用厂拌法集中拌和，严格按照配合比，控制成料的含水量与颗粒级配。

填筑前先进行填筑压实工艺试验，确定工艺参数，再进行大面积施工。

过渡段与相邻路基按相同高度一体同层施工。

为满足路基对沉降控制的要求，路基填筑到基床表层底面，基床表层填筑前填筑预压土，预压土高度3.0m，预压土卸载时间不少于6个月。

工后沉降控制标准高。

为满足无砟轨道工后沉降控制技术要求，路基工程须严格控制地基和路堤的工后沉降，分析评估沉降稳定满足设计要求后方可铺设无砟轨道。

由于该标段粉质黏土、粉土分布广泛分布，工程性质相对较差，如处理不当将会造成路基病害，施工中地基处理施工是该标段路基工程的重点，保证路基填筑质量，控制工后沉降，是工程的难点。

2地基加固处理

2.1该段线路具体地质情况

该段位于山前冲洪积平原，地势平坦开阔。

良乡至石家庄属于太行山东麓山前冲洪积平原，地势由西向东倾，南北向呈以漕河为最低点，向两侧逐步增高趋势，地面高程一般在10.1m～60.0m之间。

沿线表覆第四系地层，其成因类型可分为人工堆积层、冲洪积层、风积层、坡洪积层；地层分布情况为：

粉质粘土，黄褐色，硬塑，加少量粉土，厚0-4米：

中砂，褐黄色，中密，稍湿，含少量砾石，厚2-6米；粗砂，褐黄色，中密，潮湿，局部含少量细圆砾跟砾石，厚2-10米；粉质黏土，褐黄色，硬塑，厚1-4米；以下为中砂，褐黄色，密实，潮湿。

地下水埋深14.5-16.7米，变幅2-3米，对混凝土不具侵蚀性。

由于粉质黏土、粉土分布广泛分布，工程性质相对较差。

全部路基均需要进行地基加固，路基基底采用CFG桩处理，路基基床底层填筑完成，基床表层填筑前填筑3.0m高的预压土进行路基沉降观测，直到经过沉降观测数据评估满足工后沉降要求后，才能卸载土方。

2.2地基处理施工方案

在该段线路中由于其特殊地质状况，在地基处理的施工方法中宜选用强夯地基处理施工，但考虑到强夯特有的施工特点——噪声大，影响周边村民的日常生活，故改为复合地基——CFG桩地基处理施工方案。

2.2.1CFG桩相关介绍

（1）什么是CFG桩

CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩。

其施工工艺与普通沉管碎石桩基本相同。

（2）相关工程材料

粉煤灰是燃煤发电厂排出的一种工业废料。

它是磨至一定细度的粉煤灰在煤粉炉中燃烧（1100～1500。

C）后，由收尖器惧的细灰（简称干灰）。

其主要化学成分有SiO2、Al2O3和MgO等，其中粉煤灰的活性决定于各种粒度Al2O3和SiO2、的含量，CaO对粉煤灰的活性也极为有利。

粉煤灰的粒度组成是影响粉煤灰质量的主要指标，一般粉煤灰越细，球形颗粒越多，因而水化及接触界面增加，容易发挥粉煤灰的活性。

碎石为不溶于地下水或不受侵蚀影响的硬骨料，一般采用砾石、碎石等，其粒径为20～50mm，密度为2.7t•m3，松散密度为1.39t•m3，含水率0.96%，含泥量不得大于5％。

石屑掺入一定数量的石屑是填充碎石的孔隙，使其级配良好。

石屑宜选用与同一种碎石原料进行加工，掺入的数量应由试验确定，不能随意添加。

其各项参数如下：

粒径2.5～10mm，密度2.7t•m3，松散密度1.47t•m3，含水率1.05%，含泥量不得大于5％。

水泥一般采用425号普通硅酸盐水泥，质量优良，新鲜无结块。

（3）相关机具设备

主要机具振动打桩机是振动沉管法施工的主要机具。

目前国产型号有DZ60KS/DZ30/DZ20/DZ60／DZ120等，对于地质情况较复杂的地基，功率大的打桩机比功率小的效果好，在一般的砂粘性土地基DZ90能满足孔径小于80cmCFG桩的施工。

吊机的起吊能力应不小于10t，可用起落架代替吊机。

电气控制设备是施工机械的心脏，控制电流操作台要有250A以上容量的电流表3块，500V电压表3块。

加料可用架子车或小翻斗车完成，按一次不超过0.5立方计算需要运输工具的数量。

（4）施工准备施工前，应作好以下准备工作：

①认真核对施工现场地质情况，防止施工时沉管振动破坏；

②按设计要地求布置桩位，绘出布桩平面图，标出打桩顺序和注明桩位编号，具体施工注意事项应详加说明；

③对现场及邻近的地下管线、地上建筑物等应事前进行清理；

④搞好现场测量工作，水准控制点及平面控制点应按测规要求引至现场，以控制桩的调程及位置；

⑤完成施工现场“三通一平”工作，保证沉管机械进场。

（5）施工方法CFG桩施工前，一般须进行试验，以便确定成桩有关技术参数，待参数确定后再行组织施工。

2.2.2CFG桩施工方案

CFG桩一般采用桩网结构，桩顶设碎石垫层厚0.5m，垫层内夹铺两层双向100Kn/m土工格栅；桥头过渡段采用桩板结构，桩顶设0.2m厚的碎石垫层，碎石垫层顶部设0.1m厚C20素混凝土垫层，混凝土垫层顶部设0.5m厚C30钢筋混凝土板。

CFG桩桩端持力层为低压缩性土时，桩顶设C25钢筋混凝土扩大桩头，尺寸为1.0×1.0×0.3m。

布置型式见下表

2-1各区段CFG桩布置图

序号

位置

布置型式

1

正线区间非桥头过渡段

无砟轨道混凝土底座应力扩散角以内正方形布置，间距1.5m，以外纵向间距按1.5m布置，横向间距按1.8m布置，横向最外一排桩位于边坡护坡基础内缘，最外两排桩间距可适当放大，但不得大于2.0m。

2

桥头过渡段

无砟轨道混凝土底座应力扩散角以内正方形布置，间距1.5m，以外纵向间距按1.5m布置，横向间距按1.6～1.8m布置，横向最外一排桩位于边坡护坡基础内缘，最外两排桩桩间距可适当放大，但不得大于2.0m；采用桩板结构，桩顶设0.2m厚的碎石垫层，碎石垫层顶部设0.1m厚C20素混凝土垫层，混凝土垫层顶部设0.5m厚C30钢筋混凝土板。

3

正线区间桥头过渡段桩端持力层为低压缩性土

无砟轨道混凝土底座应力扩散角以内CFG桩形式不变，桩间距可由1.5m调整为1.6m，并加C25钢筋混凝土扩大桩头，尺寸为1.0×1.0×0.3m。

无砟轨道混凝土底座应力扩散角以外桩布置形式不变纵向间距可由1.5m调整为1.6m，横向间距按1.8m布置，过渡段范围桩布置形式不变，采用桩帽地段，全断面CFG桩均加桩帽，以利施工。

CFG桩根据现场地质条件，采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩方法施工。

施工前按设计要求先由试验室进行配合比试验，确定混合料配比，并选择CFG桩施工机械，进行现场工艺试验，确定处理施工参数。

场地清理后，按施工平面图放好桩位，长螺旋钻机施工可逐行逐点施打，场区施工完毕，至规定的龄期进行检验。

CFG桩施工的主要机具设备有长螺旋钻机、混凝土泵、混凝土拌和站、推土机等。

⑴配合比设计要求

①混凝土的强度等级采用C20普通混凝土，坍落度控制在160～200mm。

②水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥；碎石粗骨料满足级配要求，松散堆积密度大于1500Kg/m3；砂采用中粗砂，含泥量小于5％；石屑率在0.25～0.33之间；粉媒灰细度不大于45％。

2.3CFG桩施工工艺

水泥粉煤灰碎石桩（CFG）施工有两种施工工艺，分别是振动沉管CFG桩施工工艺和长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺。

该段CFG桩全部采用长螺旋成孔、芯管内泵压混凝土成桩，桩径50cm。

2.3.1施工现场准备

（1）场地平整。

地表处理采用人工配合挖掘机、推土机进行，处理后的基底要求平整，无草皮、树根等杂物，且无积水、无软土地带，确保桩机在施工过程中不下沉、不倾斜。

根据设计文件要求，场地整平至高出设计桩顶标高不小于50cm，并用压路机碾压至地基系数K30≥60MPa/m2。

水塘地段排水疏干后基底填2.0m普通土，填土顶面设置4%横向排水坡，旱地及旱田地段挖除地表植物根系，用土回填至原地面。

并碾压至规定密实度。

对路基范围内的管线进行调查核实和迁改，并对可能对其造成影响的管线，加强施工防护。

采集该工点土样，CFG桩混合料在施工前按《建筑地基处理技术规范》进行室内配比试验，要求桩体混料试块（边长15cm立方体）标准养护28天立方体无侧限抗压强度不小于20Mpa

（2）现场测量放线定位：

根据分区及编号，桩位采用全站仪放样，设好控制桩，用钢尺量测出每根CFG桩的准确位置，以30cm木签设标志。

可采用在每排控制桩间横向通常设测绳、根据测绳量出的桩间距确定每根CFG桩的准确位置。

测绳距地面1m高，确保横向拉通时不受桩间土干扰。

也可用细铁丝紧贴地面做十字拉线，十字拉线纵、横向拉至控制桩位处，十字交叉点对正桩位。

还可将桩点钉成20cm深的孔洞，以白灰填充，以便在施工过程中快捷地确定被桩间土掩埋的CFG桩位。

（3）长螺旋钻机、混凝土输送泵、混凝土输送管路等设备经检查、维修后确认状态良好，保证浇筑过程顺利进行。

2.3.2桩基施打顺序

CFG桩施工一般优先采用间隔跳打法，也可采用连打法，具体施工方法由现场工艺试桩来确定。

连打法易造成邻桩被挤碎或缩颈，在粘性土中易造成地面隆起，跳打法不易发生上述现象；但土层较硬时，在已打桩中间补打新桩，可能造成已打桩振裂或振断；在软土中，桩距较大可采用隔桩跳打，但施工新桩与已打桩时间间隔不少于7d；在饱和的松散的粉土中，如桩距较小，不宜采用隔桩跳打；全长布桩时，应遵循“由一边向另一边”的原则。

2.3.3工艺流程

CFG桩施工工艺见《CFG桩工艺流程图》所示。

2-3CFG桩工艺流程图

现场三通一平

地泵安装调试

定桩位、复核

水泥、砂石料进场

钻机安装、调试

铺设混凝土输送泵管

钻机定位、检测检测

钻孔

钻至桩底标高

终孔验收

钻机软管与泵管连通

压灌混凝土至整平标高

标高

清土、提升钻杆

做混凝土配合比

搅拌站准备

混凝土搅拌

做试件

成桩验收

施工桩板、桩帽等褥垫层板、桩帽

养护

凿桩头、清理桩间土或桩顶部土

（1）机具就位

钻机就位后，用塔机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心。

应使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG桩桩位偏差不大于5cm、垂直度偏差不大于桩长的1%。

（2）现场控制：

①测量与相邻桩位的距离确定本CFG桩桩位偏差；2）在钻架上挂垂球的方测量该桩孔的垂直度，也可采用钻机自带垂直度调整器控制钻杆垂直度；3）测量钻机塔身上的进尺标记，确保CFG桩底标高及桩长满足设计要求。

每根CFG桩施工前由现场质检工程师进行桩位对中、垂直度、钻机塔身上的进尺标记检查，确认满足要求后，方可开钻。

②钻进成孔

钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触地面，启动马达钻进，钻孔开始时先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。

在成孔过程中，发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移及钻杆、钻具损坏。

根据钻机塔身上的进尺标记，成孔到达设计标高，并确保已入硬层不少于2.0m时，停止钻进，然后空转清土,在灌注前不得提钻。

③混合料搅拌

混凝土按施工配合比进行配料。

上料顺序为：

先装碎石或卵石，再加水泥、粉煤灰和外加剂，最后加砂搅拌均匀，放入搅拌桶。

每盘料搅拌时间按照普通混凝土的搅拌时间控制在60～120s。

混凝土坍落度控制在160～200mm。

在泵送前混凝土泵料斗、搅拌机搅拌筒备好熟料。

④混凝土灌注及拔管

CFG桩成孔到设计标高后,停止钻进,开始泵送混合料,当钻杆芯管充满混合料后开始拔管,严禁先拔管后泵料。

在施工时钻机提拔速度宜控制在2m/min～3m/min,根据提拔速度进行泵送量的匹配,严禁超拔。

混凝土泵送量应与拔管速度相配合，边灌注边提钻，保持连续灌注、均匀提升，同时保证钻头始终埋入混合料中，施工中因其他原因不能连续灌注，须避开饱和砂土、粉土层停机。

施工桩顶标高应比设计标高高0.5m，以保证桩顶标高和桩顶混凝土质量均符合设计要求。

灌注成桩完成后，桩顶盖土封顶予以保护。

灌注混凝土时采用静止状态下提拔钻杆，在特殊情况下采用边转边提进行灌注，如遇有圆砾层等情况时。

在灌注混凝土时，对于混凝土的控制采用记录泵压次数的办法，对于同一种型号的输送泵每次输送量基本上是一个固定值，根据泵压次数来计量混凝土的投料量。

⑤移机　

当一根CFG桩施工完毕后,对钻机头进行保护，钻机移位,进行下一根CFG桩的施工。

⑥现场试验　

对于每车混凝土，试验人员都要进行坍落度的检测，合格后方可进行灌注；在成桩过程中抽样做混凝土试块，每台班或每日留取试块1～2组，测定其28天抗压强度。

⑦施工过程中认真填写施工记录。

⑧截桩头

第一步清土。

成桩5天后采用人工挖除桩周土至设计桩顶标高。

也可在成桩28天后采用小型机械设备（如小型轮式挖掘机、小型自卸车）挖除庄周土，但施工现场必须有专人指挥，并严格遵循“先内后外”的施工顺序（由施工便道的对面向施工便道方向一排排地挖除桩周土），避免破坏CFG桩。

第二步截桩头。

挖除桩周土后立即截除桩头，避免因桩身强度提高较造成截除桩头困难。

截桩头宜用无齿锯在有效桩顶标高（设计桩顶标高）处切深10～15cm的圆环,采用3根钢钎间隔120°，沿径向楔入桩体，直至上部桩体断开，桩顶采用小钎修平。

桩顶标高用水准仪严格控制，桩顶允许偏差0～+20mm。

截桩过程中，不得造成桩顶设计标高以下的桩体断裂和扰动桩间土。

如果发生断裂，必须及时清除桩头余土，桩顶凿毛并清理干净后采用同标号的混凝土补齐到设计标高（接桩头）并做好养护。

接桩头的半径应超出CFG桩半径10cm、地面标高应低于接桩面10cm。

2.3.4桩帽、钢筋混凝土板施工

（1）CFG桩桩端持力层为低压缩性土或CFG桩距桥头40m-80m地基处理过渡段范围，CFG桩桩顶设C25钢筋混凝土桩帽，桩帽采用在附近预制厂家预制，现场安装。

桩帽施工应在桩检测合格后进行，尺寸为长100cm、宽100cm、高30cm。

桩帽模板拆除后桩帽四周应回填与垫层同种类碎石并碾压密实，然后铺设50cm厚垫褥层。

（2）靠近桥头40m地基处理过渡段范围，CFG桩桩顶设0.2m厚碎石垫层和0.1m厚C20素混凝土垫层，垫层顶部设C30钢筋混凝土板，板长40m、板厚0.5m、板宽根据路堤宽度确定；于板长20m处设一道通常的伸缩缝，缝宽0.03m。

2.3.5褥垫层施工

CFG桩检测合格后，除设置钢筋混凝土板地段，桩顶（或桩帽顶）均铺0.5m厚碎石垫层，垫层内夹铺两层双向100KN/m高强土工格栅。

垫层用碎石应由未风化的干净砾石或轧制碎石而成，级配良好，粒径小于2mm的部分不应超过总重的45%，最大粒径不应大于50mm，含泥量不应大于5%，不含植物残体、垃圾等杂质。

褥垫层铺设宜采用静力压实法；当基础底面桩间土的含水量较少时，也可采用动力夯实法。

褥垫层内铺设双层土工格栅时，先铺设0.1m厚碎石垫层，碾压密实，其上铺设一层土工格栅，再铺设0.2m厚碎石垫层，碾压密实后铺设上层土工格栅，然后填筑最后一层碎石，碾压密实。

（1）土工格栅铺设前先按幅宽在铺筑层划出白线，然后用铁钉固定格栅的端部（每米宽用钉8根，均匀分布、固定牢固）。

（2）固定好土工格栅端部后，用铺筑机将土工格栅缓缓向前拉铺，每铺10m长进行人工拉紧和调直一次，直至一卷土工格栅铺完，再铺下一卷，操作同前。

（3）铺完一卷后用压路机从起始点向前进方向碾压一边即可。

（4）以卷长为单位作为铺设的段长，在应铺格栅的段长内铺满以后，再整体检查一次铺筑质量，然后铺筑下一段。

下一段铺筑时，格栅与格栅搭接10～15cm，并用铁钉固定后继续向前进方向铺设。

2.3.6施工注意事项

（1）施工前应探明地上及地下管线情况，确保全部管线迁改完成后方可施工。

（2）混凝土灌注时钻杆提拔速率和混凝土输送泵的泵送量要密切配合，钻杆静止提拔，并保证连续提拔，施工中严禁出现超速提拔及先提管后泵料。

灌注过程中芯管插入混凝土的最小深度宜按25cm控制，且不得大于1.0m。

灌注过程中应尽量避免中间停顿，若发生停顿，时间不应超过2小时。

（3）成孔时钻头到达设计标高后，钻杆停止转动，开始泵送混凝土。

成桩的提拔速率宜控制在2m/min～3m/min左右。

成桩过程宜连续进行，应避免后台上料慢造成停机待料现象。

若施工中因其它原因不能连续灌注，须根据勘察报告和施工已掌握的场地土质情况，避开饱和砂土、粉土层，不宜在这些土层内停机。

成桩过程中必须保证排气阀正常工作。

当成桩至桩顶标高2.0m以内时，应连续泵送混凝土至高出桩顶标高50cm。

（4）混凝土桩板、垫褥层施工完成并检验合格后要设置沉降、位移观测设备进行路基沉降、位移观测。

3路基本体施工方案

3.1路基填料施工方案

路基本体填筑采用A、B组填料，先将地基表面适当整平，地表起伏过大可设置台阶或缓坡。

路基填筑前，先作路基填筑试验段，通过试验确定路基填筑施工的最佳施工工艺参数。

并按设计对路基变形监测的要求，布置沉降监测点。

根据确定的施工参数，按“三阶段、四区段、八流程”的工艺，横向全宽、纵向分层填筑、分层摊铺、分层碾压和分层检测的施工顺序施工。

采用自卸汽车运输，填料摊铺使用推土机初平，平地机终平，重型振动压路机和三轮压路机碾压密实。

3.1.1路基填筑施工工艺流程图

3-1路基填筑工艺图

准备阶段

填筑阶段

整修验收阶段

填

土

石

区

段

平

整

区

段

碾

压

区

段

检

测

区

段

施

工

准

备

基

底

处

理

分

层

填

筑

摊

铺

平

整

洒

水

晾

晒

碾

压

夯

实

检

验

签

证

路

基

整

修