1、前言
        铁路路基处理中应用较多的为水泥土桩或CFG桩，水泥土搅拌桩采用水泥土搅拌设备成孔到设计标高后，通过注入水泥或水泥浆进行搅拌，使水泥和地基土充分混合固结，形成一定强度的水泥土桩最终实现复合地基受力，但由于受施工设备、水泥含量的限制，地基处理中水泥土搅拌桩复合地基的承载力有限。对于较高承载力要求的地基处理，一般采用CFG桩复合地基技术，该技术采用长螺旋成孔，当成孔到设计要求位置后，通过中心压灌混凝土的孔向桩底注入混凝土，边提管边压灌混凝土，最终混凝土将钻孔填满，形成CFG桩复合地基。CFG桩属于刚性桩，由于单桩承载力高，因此能显著提高复合地基的承载力，还能有效阻止地基土的滑移，保护路基边坡的稳定，但该技术有两个缺点，其一，该工艺为取土工艺，钻孔取土过程中对地基土的有应力释放，同时施工后有大量的地基土被取出，这部分土需要外运，清土施工麻烦，需要消耗大量的人力和物力；其次该技术单桩的单价较高，施工成本较大。现在国家正在大力发展高速铁路，有大量的路基处理路段，如果能有一种简单可行，造价低廉的技术来处理铁路路基，将为国家节约大量的投资。
2、钉子桩技术介绍
        钉子桩技术采用带尖的护筒，通过重锤锤击成孔，当成孔到设计标高后，通过护筒内的压灌孔将混凝土压灌入孔内，边拔护筒边压灌，最终形成素混凝土桩。当设计为桩基时，可通过振动锤将钢筋笼沉入到素混凝土桩的设定位置。
2.1、钉子桩施工工艺
        带护筒的钉子桩施工工艺：
        1）采用穿心锤将带尖的护筒锤击入地基土中；
        2）打开护筒端的阀门，通过中心压管压入混凝土，并提升护筒，将护筒底打开，混凝土注入护筒底的桩孔中。
        3）保持一定的速率连续提升护筒和压灌混凝土直至桩顶；
        4）若设计为桩基受力时，通过振动将钢筋笼沉入到设计标高。
 
        不带护筒的钉子桩施工工艺
        1）采用穿心锤将带尖的护筒锤击入地基土中；
        2）成孔到设计标高后，拔出护筒；
        3）直接向孔内浇筑混凝土成桩；
        4) 当设计为桩基受力时，通过振动将钢筋笼沉入到设计标高

2.2、技术特点
        由于钉子桩为刚性桩，与CFG桩身材料较为接近，因此对这两种复合地基进行对比分析其特点。
        1）桩间土的挤密效果
        CFG桩采用长螺旋成孔将地基中的土取出成孔，属于取土工艺，在取土过程中，对地基土会有应力释放，而钉子桩施工工艺，采用穿心锤直接锤击带桩尖的护筒，使其进入地基土，在土体中挤压地基土而成孔，无土排出，施工过程中挤密了桩侧地基土，提高了地基土的密实度。
        2）单桩和复合地基承载力提高
        由于该工艺施工中挤密桩侧土，改善了土的物理力学指标，提高了桩间土的承载力，当采用复合地基时，桩间土的承载力提高有利于复合地基承载力的发挥。另一方面施工挤密桩间土，提高地基土的密实度，相应地基土抗剪强度提高，桩土界面的侧阻也相应提高，从而提高了单桩的承载力，因此当采用复合地基时，与传统CFG桩相比，由于复合地基的单桩和桩间土的承载力都因为挤密而得到提高，复合地基承载力得到了较大提高。
        3）有效减少复合地基的变形
        复合地基受力时，其变形包括处理区的变形和处理深度范围下下卧区的变形，地基受力时，上部区域地基土附加压力大，且由于上部土层沉积时间较短，上部的上覆压力也较小，地基土的压缩模量较小，往往地基变形较大，而下卧区附加压力小，且深层地基土压缩模量大，因此复合地基的大部分变形主要由上部处理区控制。钉子桩复合地基与常规CFG桩复合地基相比，由于施工挤密地基土，提高了复合地基的处理区的压缩模量，能有效减少地基变形。
        4）可施工异型截面桩复合地基
        传统CFG桩复合地基为圆形截面，但根据数学定律和试验可知，截面面积相同时，若采用异型截面，如三角性截面、梅花型截面，其边长比传统圆形截面周长大，因此采用单桩采用异型截面时，由于侧阻提高，其单桩承载力较普通圆形单桩承载力提高。钉子桩工艺可根据需要设置护筒的截面形状，从而实现不同截面的异型桩，提高单桩承载力，从而提高复合地基的承载力。
        5）施工耗电少
        钉子桩施工由于采用提升重锤夯实，与传统的螺杆桩基等设备相比，对现场的用电负荷的要求小，施工耗电量也小，成本低。
        6）施工速度快、质量易保证
        钉子桩技术由于采用柱锤冲击带尖的护筒成孔，锤质量为3.5吨，自由落体，冲击能量较大，成孔速度较快，而且在施工过程中为干作业，无须护壁，无泥浆排出，因此施工非常快捷，绿色环保，质量也容易保证。
3、钉子桩单桩和复合地基承载力计算
 3.1钉子桩桩基
        钉子桩从受力上分析，其单桩承载力包括桩侧侧阻和桩端端阻，因此承载力计算与常规单桩承载力相同为侧阻和端阻之和。但由于钉子桩成孔的挤土效应，其侧阻叫普通桩基高，可根据施工经验确定，当没有地区经验时，可参照《建筑桩基技术规程》中预制桩侧阻采用。
        钉子桩单桩承载力计算公式：

    
3.2钉子桩复合地基
        钉子桩复合地基受力原理与普通具有凝结强度的复合地基受力相同，因此可参照复合地基承载力计算公式来计算钉子桩复合地基承载力

4、钉子桩的施工
4.1、施工流程
            钉子桩施工流程见下图。分为以下几步
        1）准备工作：桩机的安装、调试；施工放线、定桩位，根据图纸建立平面控制网。
        2）移机就位：将护筒桩尖对准桩位点，并调整桩基设备，使其垂直度满足设计要求。
        3）锤击护筒成孔：采用特制的穿心锤，提升后自由落体，将护筒沉入地基土中挤土成孔；
        4）测量标高。通过护筒上的标识测量桩底的标高，若桩底没到达设计标高，继续锤击，直至到达设计桩底标高；
        5）压灌混凝土。打开桩尖处的阀门，提升护筒一定距离，将混凝土从中心管压入桩端孔中；
        6）拔出护筒。提升护筒，同时压灌混凝土直至桩顶。

4.2、质量保证措施
        1）桩位放线:
首先由测量人员根据施工图（加盖出图专用章）放出桩位线,由专人验线并报监理单位合验，做好桩位预检纪录。
        2）移桩机就位：
在确定所要打的桩位准确后，移桩机就位，调整设备水平，使重锤中心与桩位对齐。调整重锤垂直，确保其垂直度偏差不大于1%。
        3）成孔：
成孔至设计标高，测量桩底的标高，误差不超过10cm。成桩过程中，应随时观察地面隆起，当隆起超出规范要求的15cm时，应立即停止施工，报告技术人员解决。
        4) 施工原始记录应详实、项目完整、签字齐备。
        5) 设置专职资料员，负责进度报表、资料收集整理等工作。
        6) 严格执行国家及地方实行的检测检验规定,对混凝土进行留试块和试验。