CFG樁在粉細砂軟弱地基處理中的應(yīng)用

鄭占利 ，許慶松 ，譚 鵬

（1.北京市公路橋梁建設(shè)集團有限公司，北京市 100068；2.同濟大學(xué)道路與交通工程教育部重點實驗室，上海市 201804）

0 引言

文昌市東郊至龍樓公路主要穿行于濱海砂堤階地地貌單元區(qū)和積水洼地地貌單元區(qū)。積水洼地區(qū)約占總路線的20%，區(qū)內(nèi)地形低洼平坦，局部積水嚴重，地基土處于松散狀態(tài)，地基土承載力為60～120 kPa，局部軟弱層厚度可達12 m。

CFG樁（Cement Fly-ash Gravel Pile）是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱。它是由水泥、碎石、粉煤灰、石屑、砂摻水拌和而成的高粘結(jié)強度樁。通過調(diào)整水泥摻量及配比，其強度等級在C15至C25之間變化，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。CFG樁和樁間土通褥墊層形成CFG樁復(fù)合地基共同工作，故可根據(jù)復(fù)合地基性狀和計算進行工程設(shè)計。相較于預(yù)制混凝土樁，CFG樁造價低；相較于碎石樁，CFG樁承載力較高，因此廣泛應(yīng)用于地基處理領(lǐng)域。針對公路地基的處理方法較多，主要包括換填法、深層密實法、排水固結(jié)法、真空排水預(yù)壓法、加筋技術(shù)、化學(xué)加固法以及膨脹土地基、液化地基等處理方法。相較于其他公路地基處理方法，CFG樁造價低且承載力高，因此選用CFG樁進行處理。

1 工程概況及地質(zhì)條件

文昌航天發(fā)射場配套道路之一東郊至龍樓公路，路線全長約17 km。根據(jù)地面地質(zhì)調(diào)繪及地質(zhì)鉆探顯示，局部積水洼區(qū)的土層存在屬于液化砂土的不良地質(zhì)。因此，全線采用CFG樁對此進行處理，總共有6處CFG樁復(fù)合地基處理。根據(jù)相關(guān)文件資料顯示，K24+100～K24+190和 K24+190～K24+240路段屬于典型的粉細砂軟弱地基，因此，本文主要針對上述兩路段進行CFG樁地基處理的計算分析和現(xiàn)場檢測工作。上述兩路段地基土的物理力學(xué)指標如表1所示。

表1 地質(zhì)狀況及地基土的物理力學(xué)指標

2 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，經(jīng)過地基處理后，地基液化的可能性要得以消除或使液化指數(shù)低于4，承載力不小于200 kPa。CFG樁復(fù)合地基中樁的長度、樁的直徑和樁距的設(shè)計是建立在上部荷載的大小、工程地質(zhì)條件、施工設(shè)備和施工方法的基礎(chǔ)上的。對于CFG樁復(fù)合地基而言，樁和土之間的剛度差別很大。為了使樁和土能夠共同工作并充分發(fā)揮樁和土的承載力，在基底設(shè)置了80 cm的碎石砂作為褥墊層。根據(jù)設(shè)計單位的要求，兩路段CFG樁的相關(guān)參數(shù)如表2所示。CFG樁的平面布置如圖1所示，斷面圖如圖2所示。

表2 CFG樁相關(guān)參數(shù)

圖1 正三角形布樁

圖2 樁基橫斷面圖

3 CFG樁復(fù)合地基承載力計算分析

為了準確評估CFG樁處理積水洼地地基后的復(fù)合地基承載力，筆者采用理正巖土軟件對上述兩標段的CFG樁復(fù)合地基承載力進行了計算。在確定復(fù)合地基承載力之前，需得知單樁承載力特征值。單樁豎向承載力特征值采用公式（1）進行計算。

式（1）中:Qsk和Qpk——分別為總極限側(cè)阻力標準值和總極限端阻力標準值；

qsik——樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標準值；

qpk——極限端阻力標準值，計算時采用施工圖中給定4.0 MPa；

u——樁身周長，直徑40 cm的樁，其樁身周長為1.258 m；

li——樁周第i層土的厚度；

Ap——樁端面積，直徑40 cm的樁，樁端面積為0.125 66 m2。

K24+100～K24+190和K24+190～K24+240路段CFG樁的單樁豎向承載力特征值計算結(jié)果如表3所示。

表3 單樁豎向承載力特征值

在確定出單樁承載力特征值之后，采用公式fspk=mRa/AP+β（1-m）fsk進行復(fù)合地基承載力計算。K24+100～K24+190和 K24+190～K24+240路段CFG樁復(fù)合地基承載力的相關(guān)計算參數(shù)如表4、表5所示，計算結(jié)果如表6所示。

表4 K24+100～K24+190標段地基土土層相關(guān)參數(shù)

表5 K24+190～K24+240標段地基土土層相關(guān)參數(shù)

表6 CFG樁復(fù)合地基承載力特征值fspk

4 現(xiàn)場檢測結(jié)果

K24+100～K24+190和 K24+190～K24+240路段CFG樁竣工后，對CFG樁復(fù)合地基承載力進行了承載板試驗。按照復(fù)合地基載荷試驗方法及要求，取s/b=0.008，即S=10 mm時所對應(yīng)的壓力為復(fù)合地基承載力特征值。檢測結(jié)果如表7所示。

5 結(jié)論

（1）理論計算得到的復(fù)合地基承載力特征值比檢測結(jié)果小，說明理論計算偏于保守。

表7 地基承載力檢測結(jié)果

（2）現(xiàn)場檢測結(jié)果證實了CFG樁能有效提高粉細砂軟弱地基的承載力，可廣泛適用于粉細砂軟弱地基的處理。

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