CFG 樁技術在公路軟土路基處理中的應用

李興榮

1 CFG樁技術簡介

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，主要由碎石、石屑、粉煤灰、摻適量水泥和水拌和而成的高粘結強度樁。碎石是該樁體的粗骨料，石屑是填充碎石孔隙，改善骨料級配的次骨架材料，粉煤灰具有細骨料和低標號水泥的作用。CFG樁和樁間土一起通過由碎石或石屑組成的柔性褥墊層形成CFG樁復合地基。

該技術主要適用于軟土層較厚，換填處理比較困難，地基土屬于非飽和粘性土或砂土的地段，它可以使地基土密實，容重增加，孔隙比減少，防止砂土在受震時液化，提高地基土的抗剪強度和水平抵抗力，避免地基產生滑動破壞，減少固結沉降使地基變均勻，起到置換、擠密作用。

2 CFG樁對地基的加固

2.1 置換作用

CFG樁復合地基就樁體和樁間土的材料特性而言，CFG樁泊松比要比原天然土的泊松比小，而樁體的強度和彈性模量又遠遠大于CFG樁間土，一般情況下CFG樁承擔的荷載遠大于樁間土，可見為了提高復合地基承載力可以采取置換措施。

2.2 擠密加固作用

CFG樁采用振動沉管法成樁時，通過振動擠壓，使樁間土強度提高，樁的側摩阻力也將得到提高，CFG樁可有效地將地基荷載傳遞到深處土層，確保樁對地基的加固作用。

2.3 柔性褥墊層作用

CFG樁復合地基通過在樁和基礎間設置柔性褥墊層，使調整樁土相對變形的問題從根本上得到解決。褥墊層使樁間土的有效接觸應力增加，提高了樁周土的抗剪強度，使得樁體承載力得到提高。此外，褥墊層對于地基的不均勻沉降也有一定的補償作用。

2.4 CFG樁體作用

承擔由基礎傳來的豎向、水平荷載，對地基土產生一定的擠密作用，提供排水通道，以加速地基排水固結。

3 CFG樁施工技術

3.1 工程實例及設計方案

佛山市某一級公路工程地處珠江三角洲沖積平原，地勢平坦，沿線河涌縱橫，魚塘較多，地形起伏平緩，局部覆蓋層土質松軟，飽和砂土可液化，軟土層易震陷，軟土層厚度不均。由于設計要求工后沉降量應小于10 cm，故在橋頭引道路段及部分輔道路段采用深層處理方案，對原有地基進行加固補強，根據地質詳勘資料，對淤泥質土、淤泥質粉砂和淤泥質粘土等軟土路段，軟土埋深大于12 m且不大于20 m時采用CFG樁復合地基處理方案，CFG樁體必須穿透軟土層并進入持力層不小于1 m。樁體采用正方形布置，樁徑0.50 m，樁間距2.0 m，設計樁長為14 m～18 m。樁頂設置45 cm碎石墊層，碎石采用級配碎石，直徑不宜大于2 cm。設計樁的28 d齡期的立方體抗壓強度不小于12 MPa，為增加排水通道，部分路段將在CFG樁間設置袋裝砂井。

3.2 主要施工工藝

3.2.1 施工準備

根據設計參數進行現場試樁，以確定最佳配合比和最優施工工藝、坍落度、攪拌時間、拔管速度、每延米混合料用量等各項工藝參數，試樁總數為5根～7根，成樁并達到規定齡期后檢測各項質量控制指標，確保滿足設計要求后，方可展開大面積施工。根據試樁成果，確定CFG樁體材料重量配比為水泥∶粉煤灰∶石屑∶碎石 =1∶1.528∶3.528∶8.854，水灰比為 0.53，樁體采用 42.5級普通硅酸鹽水泥，混合料坍落度為30 mm～50 mm。

3.2.2 施工方法

利用振動沉管灌注成樁，以高壓水流邊振動邊沖在土基中成孔，成孔后在孔中分批灌以混合料，搗實后成直徑較大的樁體，與原地基形成復合地基，達到加固的目的。

1)CFG樁施工工藝流程。場地平整→測量放樣→施工袋裝砂井→CFG鉆機就位→鉆進(混合料拌制)→鉆進至設計標高→送拌合料→振動提鉆→到達孔頂提出鉆桿→封頂→移機→質量檢驗。

2)CFG樁施工應遵循的原則。a.路基橫向從路中心向兩側施工。b.橋涵、擋墻處由靠近橋臺及擋墻基礎處由近及遠施工。c.CFG樁施工時應間隔跳打。

3)振動沉管法CFG樁施工要點。a.施工前必須要進行場地平整，以確保鉆機就位平整、穩定，保證其垂直度允許偏差不大于1%，樁位允許偏差不大于10 cm。b.樁機就位前，由測量人員根據設計方案，準確計算并實地放樣出樁位，將每個樁位插竹簽并撒白灰以明示，以便樁機鉆頭對正，確保平面位置準確無誤。c.混合料必須嚴格按配合比配制，石屑、碎石等材料須每盤過秤后進行攪拌，以確保材料用量。d.施工過程中，加強樁機拔管速率的控制，拔管速率一般控制在1.2 m/min～1.5 m/min，且每上拔1 m留振5 s，當沉管拔至離地表2 m時，應減慢一半并且留振10 s。e.施工時，混凝土灌注與樁基成孔必須連接緊密，混凝土泵入孔底后即要提鉆，以免孔底沉渣，同時應準確掌握提拔鉆桿時間，混合料泵送量應同拔管速度相匹配，以保證管內有一定高度的混合料，遇到飽和砂土和粉土層，不得停泵待料。f.為保證成樁質量，施工時樁頂標高應高出設計樁頂標高不小于50 cm，以留有保護樁長。待檢測合格后，樁頭高出部分應進行人工鑿除，鑿除樁頭時須控制好樁頂標高，用水準儀將設計樁頂標高打在樁身上，為保護樁身，可在同一水平面按同一角度對稱放置4個鋼釬，用大錘同時擊打將樁頭截斷。g.施工柔性褥墊層之前，挖除樁頂及樁體周圍多余土方，采用直徑不大于2 cm的級配碎石作為柔性褥墊層所用材料，然后進行路基結構物基礎(如擋墻)及路基填筑施工。

4)CFG樁施工注意事項。a.要在現場設置足夠數量和代表性的地表變化監測點，打樁前、打樁過程中測地表標高，觀測地表隆起或下沉量，成樁過程中，應對地表和已打樁的樁頂進行位移監測。b.加強樁頂標高觀測，施工過程中要注意已打樁樁頂標高的變化，特別要注意觀察樁距最小部位的樁。c.施工偏差一般有樁平移偏差和垂直度超標偏差兩種，多由于施工場地、樁機對正調平、地層變化等原因使鉆桿跑偏造成。d.拔管不宜長時間留振，防止粗骨料與水泥漿發生分離。e.施工中嚴禁出現反插現象，以避免樁料與土混合影響樁身強度。

4 檢測結果

CFG樁質量檢驗在成樁28 d后方可進行，樁的平面位置可用全站儀或鋼尺測量，樁身質量可用低應變試驗檢測，樁身混凝土抗壓強度采用鉆芯法取樣檢測，而單樁和復合地基承載力可采用靜載試驗檢驗，部分檢測結果見表1。

表1 樁身混凝土抗壓強度和復合地基承載力試驗檢測結果

根據檢測結果，采用配比為水泥∶粉煤灰∶石屑∶碎石=1∶1.528∶3.528∶8.854，水灰比控制在 0.53，可使復合地基承載力達到160 kPa以上。

5 結語

由于CFG樁體的強度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應力比樁間土表面應力大。樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應減少了樁間土承擔的荷載。這樣，由于樁的作用使復合地基承載力提高，沉降減小，地基變形得到有效控制，CFG樁適用于軟土處理且是一種較為經濟合理的地基處理方法。此外，采用振動沉管樁機成樁，具有施工速度快，工期短，質量易控制的特點，其經濟效益和社會效益是顯而易見的，故在軟土路基加固時應推廣應用。

［1］ 劉玉卓.公路工程軟基處理［M］.北京:人民交通出版社，2002.

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［3］ 習先萍.淺談CFG樁復合地基的設計與施工［J］.山西建筑，2010，36(2):153-154.