CFG樁在公路軟基加固中的應用

【摘 要】CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，具有施工速度快、承載力高、施工簡便、成本低廉等優勢，在地基加固中的應用十分廣泛。本文在論述CFG樁的作用機理及適用性的基礎上，結合實例，介紹了CFG樁在公路軟基加固中的應用，為類似工程的應用提供參考。

【關鍵詞】CFG樁；適用性；承載力計算；沉降計算；施工

水泥粉煤灰碎石樁法簡稱CFG樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘結強度樁，并由樁、樁間土和褥墊層一起組成復合地基的地基處理方法。由于CFG樁復合地基技術具有廣泛的適用性、承載力高、施工簡便、造價低等優點，此外，由于CFG 樁使用的粉煤灰是一種工業廢料，還帶來了環境效益，因此，CFG樁在地基處理上得到了廣泛應用。

1、CFG樁復合地基工作原理及適用性

CFG樁它是由水泥、粉煤灰、碎石等混合料加水拌和而成的高粘結強度樁。通過在天然地基中設置一定比例的CFG樁體，并設置一定厚度的褥墊層，由樁、樁間土和褥墊層一起組成復合地基，共同承擔基礎傳來的上部荷載。

CFG樁復合地基屬于剛性樁復合地基，具有承載力提高幅度大、地基變形小等優點，可適用于多種基礎形式，如條形基礎、獨立基礎、箱形基礎和筏板基礎等。

2、工程概況

東莞市東城區長恩路道路工程，路幅寬度26m，雙向四車道斷面形式，設計速度60km/h。由于沿線分布有深厚的淤泥及淤泥質土，軟基處理量較大。根據當地軟基處理經驗、施工工藝水平及本項目的進度安排，采用振動沉管CFG樁處理方案。

該工點樁號K0+580。區域的地貌類型屬沖積平原，地勢高差較小，河道呈U型穿過此段落，該工點河道深約3m。場地內自上而下土層為：（1）淤泥，厚度約7.6m；（2）淤泥夾砂，厚約0.7m；（3）殘積砂質粘性土，厚約8m。其中淤泥及淤泥夾砂具高壓縮性、易觸變、低強度等特點，屬高壓縮性土，工程性能極差。殘積砂質粘性土屬中壓縮性土，工程性能中等，可作為路基持力層。

3、設計步驟

3.1 設計參數的選取

CFG樁復合地基設計主要確定5個設計參數，分別為樁長、樁徑、樁間距、樁體強度、褥墊層厚度及材料。針對某一具體工程，樁長、樁徑及褥墊層厚度是明確的。設計時，可事先假定設計參數值，若承載力及沉降滿足要求，表明假設成立，否則，需調整樁間距、樁體強度或樁長。

（1）樁長l。CFG樁復合地基要求樁端落在好的持力土層上，這是CFG樁復合地基設計的一個重要原則。因此，樁長是CFG樁復合地基設計時首先要確定的參數。設計時根據勘察報告，分析各土層，確定樁端持力土層和樁長。本次設計要求樁端進入殘積砂質粘性土不少于0.5m。本工點包含河道回填厚度、淤泥層及淤泥夾砂層深度共11.3m，故樁長取12m。

（2）樁徑d。CFG樁的樁徑取決于所采用的成樁設備，一般為350～600mm。根據莆田地區成樁工藝，本次樁徑取400mm。

（3）樁問距s。一般樁間距s=3d～5d，也有振動沉管成樁采用6d間距。間距大小取決于設計要求的復合地基承載力和變形、土性與施工機具。一般設計要求的承載力大時s取小值，但必須考慮施工時相鄰樁之間的影響，就施工而言希望采用大樁距大樁長，因此的大小應綜合考慮。本次設計樁間距取4d，正三角形布置。

（4）樁體強度。原則上，樁體配比按樁體強度控制，樁體試塊抗壓強度應滿足下式要求：

（1）

式中：fcu—樁體混合料試塊（邊長150mm立方體）標準養護28d立方體抗壓強度平均值，kPa；

Ra—單樁豎向承載力特征值，kN；

Ap—樁的截面積，m。

本次樁體強度按C15混凝土強度等級設計。

（5）褥墊層厚度。褥墊層厚度一般取l530cm，材料科用粗砂、中砂、碎石、級配砂石（最大粒徑不大于30mm）。本次設計結合工程經驗、土性及樁間距，褥墊層厚度取60cm。

3.2 復合地基承載力計算

3.2.1 單樁承載力特征值計算

當采用單樁載荷試驗時，應將單樁極限承載力除以安全系數2；當無單樁載荷試驗時，可按下式估算：

（2）

式中： μp—為樁的周長（m）；

n—樁長范圍內所劃分的土層數；

qp、Ap—樁周第層土的側阻力、樁端端阻力特征值（kPa）；

li—第層土的厚度（m）。

根據地質勘察報告，各土層參數見表1。

表1 各土層設計計算指標及有關參數

結合表1及設計參數，經計算Ra=249（kPa）。

3.2.2 復合地基承載力特征值計算

根據《建筑地基基礎設計規范》，CFG樁復合地基承載力特征值應通過現場地基載荷試驗確定，初步設計時也可按下式估算：

（3）

式中：fspk—復合地基承載力特征值（kPa）；.

fsk—處理后樁間土承載力特征值（kPa），宜按當地經驗取值，如無經驗時，可取天然地基承載力特征值；

m—面積置換率；

Ra—單樁豎向承載力特征值（kN）；

Ap—樁的截面積（m2）；

β—樁間土承載力折減系數，宜按地區經驗取，如無經驗時可取0.75～0.95，天然地基承載力較高時取大值。

結合單樁承載力特征值，本工點范圍天然地基承載力平均約60kPa，置換率為0.057，取0.8，可計算得出fspk=158（kPa）。

樁體強度fcu=5.95（MPa）

故樁體設計強度等級滿足要求。

3.2.3 承復合地基承載力的確定

復合地基承載力取值標準應考慮上部荷載大小，以確保上部荷載作用下地基穩定為原則。考慮到理論計算時取值參數的不精確性及土層性質不確定性，為確保工程質量的安全，并考慮施工過程中的諸多不可預見的對施工質量不利的影響因素，對理論計算結果進行折減，折減系數取0.85，得到樁間距1.6m的CFG樁復合地基承載力特征值為134.5kPa。本工點設計填土厚度約3.5m，考慮到本工點為橋頭段及路面荷載和安全儲備因素，因此設計樁間距1.6m的CFG樁復合地基承載力特征值不小于130kPa為合格。

3.3 沉降計算

由于中分帶寬8m，考慮到遠期交叉口車道拓寬的需要，可壓縮中分帶作為左轉及掉頭車道，本次設計進行全斷面布樁。

根據《建筑地基基礎設計規范》，復合地基沉降采用分層總和法進行計算。

地基土總沉降S由瞬時沉降Sd、主固結沉降Sc和次固結沉降Ss三部分組成，

即：S=Sd+Sc+Ss（4）

由于瞬時沉降和次固結沉降的影響因素較復雜，實際計算時用沉降修正系數來反映瞬時沉降和次固結沉降的影響，地基土總沉降為主固結沉降Sc與沉降修正系數ms的乘積，即：

（5）

其中：Ei為各計算土層的土體壓縮模量，加固層采用復合土體模量Eci，下臥層采用天然地基壓縮模量Esi。復合土體模量Eci等