浅析褥垫层在高速铁路软基处理中的应用-中铁十六局集团贵广铁路 胡晓军

浅析褥垫层在高速铁路软基处理中的应用
胡晓军
（中铁十六局集团贵广铁路工程指挥部，广东肇庆，526300）
【摘要】CFG桩复合地基是由CFG桩、桩间土和褥垫层构成的一种半刚性——刚性桩复合地基。

复合地基充分利用了桩和天然地基土通过变形协调承担荷载的特点，是近年来高铁建设中发展起来的一种比较经济实用的地基处理形式，主要利用了垫层材料的流动补偿，使得桩和桩间土共同承担上部荷载。

褥垫层由级配砂石、碎石等散体材料组成，它是在复合地基与基础之间起联结作用的重要部分，复合地基的许多特性都与褥垫层有关，褥垫层是目前软土地基处理中的核心技术。

文章结合新建贵阳至广州高速铁路施工情况，介绍褥垫层的作用及在高速铁路软基处理过程中的应用。

【关键词】 CFG桩；褥垫层；复合地基；应用
0引言
CFG桩复合地基是由水泥、粉煤灰、碎石加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。

近年来随着高速铁路的建设的快速发展，软土地基处理的施工工艺得到较好的发展，地基处理技术日趋成熟，新建贵阳至广州高速铁路中，CFG桩与褥垫层的结合共同构成复合地基，褥垫层的作用、褥垫层合理厚度、用褥垫层调整地基的不均匀变形，就很好地解决了软土地基的处理问题。

1工程概况
DK701+330~DK701+779段路基位于贵广铁路11标段长尾隧道与广宁车站高架桥正线1#桥之间，地形平坦，地势开阔。

本段路基普遍分布第四系统粉质黏性土，淤泥质粉质黏土，由于黏性土的空隙比较大且呈软塑状态，粉土呈松散、饱和状态，基本承载力小于150 kPa，为松软地基。

松软地基一般分布在地表以下8~10m之内，局部地段较深，地表多为水稻田。

本段路基长449m，采用CFG桩进行地基处理，在CFG桩上填筑厚度为0.6m的褥垫层，与CFG桩共同构成复合地基。

2 施工步骤及施工工艺
2.1 褥垫层施工前准备
褥垫层施工前，采用小型挖机清除CFG桩桩间土， CFG桩头已凿平并至设计标高，CFG桩经单桩承载力和静载试验检测合格后施工扩大桩帽，桩帽施工完成后开始进行褥垫层的施工。

2.1.1褥垫层施工材料要求
碎石、砂运至施工现场，碎石垫层采用未风化的干净砾石或碎石，其最大粒径不得大于50 mm，含泥量不得超过5%。

碎石垫层颗粒级配应采用5 mm~31.5 mm的连续级配碎石。

砂垫层采用级配良好的中、粗砂，不含草根、垃圾等杂质，其含泥量不得大于5%。

垫层中铺设的土工格栅规格及性能符合设计要求，运至工地后应分批整齐堆放在料棚内，防止日晒雨淋和损坏，并保持料棚通风干燥，并不得长时间受阳光直接曝晒。

2.1.2褥垫层示意图
层土工格栅固定，铺设土工格栅的砂层表面平整，不得有坚硬的凸出物。

土工格栅铺好后，不得移动。

严禁重型机械直接在土工格栅上行走和作业。

2.5摊铺整平第二层砂垫层
第二层砂摊铺时禁止料车直接在土工格栅上行走，要先在接头处用装载机和人工铺设砂子，以起到保护土工格栅的作用。

填料摊铺平整使用装载机进行初平，再用平地机进行终平，摊铺厚度采用挂线控制，虚铺厚度为7cm。

保证摊铺面在纵向和横向平顺均匀。

采用压路机进行碾压，确保压实达到设计的要求。

采用18t压路机进行静压，压实遍数为1遍。

然后人工用自制工具刮平拱起部分，进行下道工序施工。

2.6 摊铺第二层碎石垫层
第二层碎石填筑的时候，同样需要先用装载机先铺设一条具有一定厚度的进料口，并保证每车料及时摊平，下一车沿着前一车铺设的路进入场地卸料。

使用推土机初平，再使用平地机进行终平，摊铺厚度使用挂线进行控制，虚铺厚度控制在35 cm~36 cm，并保证摊铺面在纵向和横向平顺均匀。

采用压路机进行碾压，确保压实达到设计的要求。

压实顺序应先两侧后中间，先慢后快，先静压后弱振的程序进行碾压。

采用半轮碾压法，并且压路机的速度不超过 4 km/h，由于砂垫层很难压实，所以第二层碎石垫层需要碾压的遍数要多一些，可以根据相邻两遍碾压的高差判断，当高差很小时可以自检。

一般情况下，碾压6遍应可以满足要求。

3 铺设褥垫层的作用
3.1确保桩、土共同承担荷载
如果路基基底下面不设褥垫层，路基直接与桩和土接触，在垂直荷载作用下，桩承受较多的荷载，随着时间的增加，桩发生一定的沉降，荷载逐渐向软土转移，桩承担的荷载随时间增加逐渐减少。

对CFG桩复合地基，当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生变形，桩的模量远比土大，桩比土的变形小，由于在基础下设置0.6m厚度的褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，褥垫层的材料不断补充到桩间土上，借助褥垫层的调整作用，在垂直荷载作用下桩与土共同承担。

3.2 可有效调整桩、土荷载分担比
由于CFG桩的桩身模量远大于桩间土，一般桩土应力比较大，但是通过褥垫层的作用，可以有效减小应力比，这样充分发挥CFG桩的作用，随着褥垫层厚度增大，桩、土的应力比减小，最后趋向于一定值，较好地发挥桩和土的承载力达到降低工程造价的目的。

3.3 减小褥垫层接触层的应力集中，改善了受力状态
CFG桩属于半刚性、刚性桩，当不设计褥垫层时，桩对基础的应力集中很明显，这时就要考虑桩对路基基础的冲切破坏，当褥垫层厚度在0.6 m时，桩对路基基础的应力集中明显减小，确保桩与桩间土共同受力。

3.4调整路基地基变形
褥垫层厚度的调节可以影响桩土荷载的分配，根据这一原理，在CFG桩复合地基的应用中，可以通过调整褥垫层的厚度来消除地基的不均匀性，使桩与桩间土协调变形。

褥垫层的存在可有效减少桩体中
的应力，这对低强度CFG桩有很重大的意义，因为低强度桩在荷载的作用下，桩体剪切往往发生在浅部，它减少了桩体破坏的可能性，使复合地基能够充分地发挥承载能力。

4 褥垫层施工中应注意的问题
褥垫层一般采用碎石，但不宜选用卵石，卵石的咬合力弱，施工扰动容易使褥垫层厚度不均匀，虚铺完成后的褥垫层根据厚度及分布面积采用压路机静力压实至设计厚度。

褥垫层施工应在CFG桩体施工完成后，清除桩间土和桩头截至桩顶设计标高，CFG桩静载荷试验和低应变检测完成且满足设计要求后再进行，施工时严禁将桩头深入褥垫层内。

铺设土工格栅的下承层表面应整平、压实，并清除表面坚硬凸出物。

铺设时必须拉紧展平插钉固定，并与路基面密贴不得有褶皱扭曲。

铺设上下层土工格栅时，其上、下层接缝应交替错开，错开距离不小于0.5m。

5 结束语
通过以上对CFG桩褥垫层的施工的分析及工程实践可知，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，由于CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。

在CFG桩复合地基中通过设置褥垫层使桩和桩间土的应力分别达到调节和协调，减少了路基基础的应力集中和减少了桩顶应力集中的作用，而且褥垫层的设置使复合地基中桩与桩间土共同作用，并充分发挥了复合地基中桩间土的作用，达到加固软弱地基的目的。

参考文献：
[1] 王凤池，朱浮声，王述红，董天文;复合地基的褥垫层设计[J];东北大学学报(自然科学版);2004年03期.
[2]阎明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].中国水利水电出版社，2001.
[3] 谷炳蓉;黄菊华;垫层在复合地基中作用的研究[A];湖北省机械工程学会机械设计与传动专业委员会第十五届学术年会论文集（二）[C];2007年.
[4]王长科，郭新海;基础-垫层-复合地基共同作用原理[J];土木工程学报;1996年05期.
[5]中华人民共和国行业标准.建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)[S].中国建筑工业出版社，1990.
[6]谭慧明;周爱其;;复合地基褥垫层技术研究现状[A];第八次水利水电地基与基础工程学术会议论文集
[C];2006年.
[7] 吴春林，阎明礼，等.CFG桩复合地基的工程特性及应用[J].建筑技术，1991.。