淺析CFG樁復合地基的基本原理及其在公路軟基處理上的應用

李建福

（福建建工集團總公司　福建　福州　350003）

淺析CFG樁復合地基的基本原理及其在公路軟基處理上的應用

李建福

（福建建工集團總公司福建福州350003）

隨著我國公路建設的發展，CFG樁復合地基理論和應用研究逐步深入，CFG樁復合地基逐漸被推廣和應用于公路軟基處理中。本文通過對CFG樁復合地基基本原理的簡要分析，結合工程實例，闡述了CFG樁的相關實際應用，分析了樁的施工控制要點，以期為相關從業人員提供資料參考。

CFG樁復合地基；基本原理；應用

近年來，隨著CFG樁復合地基理論和應用研究逐步深入，CFG樁復合地基逐漸被推廣和應用于公路軟基處理中，公路軟基處理質量有了很大提高?，F對CFG樁復合地基的基本原理進行簡要分析。

1　CFG樁復合地基的組成

水泥粉煤灰碎石樁（Cement Flyash Gravel）簡稱為CFG樁，是由碎石、石屑、粉煤灰、水泥、加水拌合制成，是具有一定粘結強度的樁，通過在基礎與加固區之間設置由散體材料構成的褥墊層來分配樁土荷載，保證樁土協同工作，形成復合地基。

2　CFG樁復合地基的基本原理

如圖1所示，CFG樁復合地基結構包括CFG樁、樁間土和褥墊層，在褥墊層上施加上部荷載的全過程中，可作出如下動態分析：在開始的一段時間，上部荷載均勻施加到褥墊層上，在后來的一段時間，荷載的壓力施加到CFG樁和樁間土上，在這種情況下，CFG樁和樁間土均勻分擔上部壓力，再后來，荷載也會增加，荷載增加的過程中，CFG樁頂的應力會集中。隨著上部荷載逐步增加，由于褥墊層是由碎石散體顆粒組成，散體可以在上部荷載的作用下，產生相對滑移并形成流動補償的趨勢，經過一系列的變化后可以分析出，CFG樁頂的應力受到橫向調節，樁頂應力橫向調節的同時，CFG樁頂的應力也分散開，樁頂的應力一旦分散，上部荷載施加的壓力逐漸由CFG樁轉移到樁間土。壓力施加到樁間土后，樁間土發生沉降，在此過程中墊層材料發揮了一定的補償作用，結果便是CFG樁頂陷入褥墊層中，CFG樁和樁間土在褥墊層的調節作用下共同承載上部荷載。此時整體結構達到相對穩定狀態，隨著后期荷載的繼續增加，會出現這樣的情況，CFG樁和土的應力不斷增加，若壓力進一步加大，褥墊層的調節作用大打折扣，當上部荷載加大到一定程度時，荷載主要由CFG樁來承擔，因此CFG樁頂部的應力會隨著荷載的增加逐漸增加，CFG樁在摩擦阻力的作用下將載荷施加的壓力傳給深部地層，上部荷載繼續增加時，樁的承受力發揮到極限，樁頭破碎，樁身下沉。

圖1　CFG樁復合地基結構示意圖

通過對CFG樁復合地基基本原理的分析，可以知道，在正常情況下，如果上部荷載施加的壓力足夠大，樁間土的承載力會得到充分發揮，樁的承載力主要會被用于后期的承載作用。樁間土的承載力充分發揮之后到樁的承載力充分發揮之前，外加的荷載主要由樁的儲備力承擔。CFG樁的模量大、變形小，在荷載的期施加過程中，樁頂部的應力增加幅度較大，樁身的沉降變形決定了外加荷載引起的基礎變形，這種變形程度較小。因此，CFG樁可有效提高地基承載力，可以承受較大的地面載荷，可減少工后剩余沉降量，整體結構具有較好的穩定性，具有沉降變小，穩定快的優點。

通過對CFG樁復合地基基本原理來分析，若沒有褥墊層，將會出現這樣的情況，上部荷載直接施加在CFG樁上，由于沒有支撐，樁間土幾乎處于懸空狀態，在樁間土懸空狀態下，無法實現CFG樁-土復合地基的價值，整個結構就類似于群樁地基，承載力完全不能達到要求，抗震抗剪力也會下降，在特殊環境下將發生嚴重后果；如果褥墊層厚度不夠，將會發生這樣的情況，褥墊層的調節作用完全不能滿足工藝要求，樁間土性質變差，樁間土的承載力就不能充分發揮；如果褥墊層過厚，將會發生這樣的情況，整體結構雖能保證樁間土承載力的發揮，但在荷載施加過程中CFG樁頂就不能形成應力集中，承載力的儲備得不到充分利用，樁頂陷入褥墊層的趨勢愈加明顯，工后剩余的沉降度會逐漸變大，且持續時間長。通過以上分析可知褥墊層可以有效保證樁和土共同承擔起載荷；可以調整樁和土之間荷載的分擔比例；可減小基礎底面的應力；有效調整樁和土水平荷載的分擔比例[1]。從上所述，褥墊層在CFG樁復合地基中樁與樁間土的配合工作中發揮著重要作用，褥墊層的厚度是CFG樁復合地基是否發揮作用的關鍵因素。為了取得合理的褥墊層厚度，研究人員做了大量的實驗，工程建設中一般將褥墊層厚度取為225±75mm[2]。

3　CFG樁復合地基的優點

CFG樁復合地基是一種新型的軟土地基處理方式，同傳統軟土地基處理方法相比，CFG樁復合地基具有顯著的狀體支撐特性，有較強的擠密作用，有很強的地基承載力，在使用過程中沉降變形小、穩定快，能充分發揮樁間土和樁體的承載力。CFG樁可通過對樁長、樁距和褥墊層厚度的調節對地基承載力進行調節，具有較廣的應用范圍。

4　工程應用實例

4.1工程概況

漳州招銀疏港高速公路A3合同段海平互通立交工程E匝道EK0+282～EK0+322、FK0+567.8～FK0+588.25，流塑狀淤泥質粘土，厚約1.6～3.6m；可塑狀粉質粘土層，松散狀中砂；下臥南園組J3n凝灰熔巖及其風化層，設計采用CFG樁處理該處軟土地基，樁長為14～16m，CFG樁直徑為0.5m，樁間距為1.5m，等邊三角形梅花型布設。墊層厚度為0.5m；褥墊層材料采用碎石砂，其中碎石占70％，直徑19～37.5mm，砂30％，含泥量不大于5％。根據地質情況、周邊環境，經研究決定CFG樁采用長螺旋鉆管內泵壓混合料灌注施工。

4.2施工準備

施工準備工作對于整項工程來說極其重要，施工前必須結合設計參數，根據設計圖紙對地質資料進行仔細精確的檢查，按照科學的工藝資料選定合理的施工機械，制定科學的施工計劃。為整項工程配備足夠的技術人員，作業指導書和技術資料必須在所有人員探討確認后確立，作業指導書制定過程中澄清有關技術問題，保證每一位施工人員都能正確無誤地參與作業。施工前做好技術交底工作，對施工人員進行明確的技術交底。

平整場地，清除障礙物，提供良好的施工環境，確保水電等能源正常供應。測量放樣過程中做好放樣工作，并在同時準備好所有施工工具和施工原材料，保證施工能順利進行。在施工計劃的制定的同時，必須考慮由于外界環境的影響導致工期的延誤問題。

施工前選擇合適的地段以便進行成樁的工藝性試驗，在試驗的過程中，工程師確定科學的原料配合比、坍落度和攪拌時間。

4.3施工工藝流程

CFG樁施工工藝流程如下：

施工準備→樁機就位、調平→鉆孔至設計高程→泵送混合料→拔管、灌注混合料至設計高程→移機→樁頂混凝土達到一定齡期后，清理樁間土，并鑿除樁頭→驗收合格，鋪設褥墊層。

4.4施工方法及控制要點

（1）鉆機就位：鉆機就位后，鉆桿垂直對準樁位中心，確保垂直度滿足要求。

（2）鉆進成孔：鉆頭閥門關閉的條件下，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面，保證鉆桿垂直于地面，啟動馬達鉆進。鉆孔過程中先慢后快，及時檢查鉆孔的垂直度，發現問題及時糾正。

（3）混合料攪拌：在混合料攪拌的過程中，需要注意的問題是原材料要進行集中拌和，保證科學可行的配合比，在監理工程師的監督下進行攪拌。

（4）灌注與拔管：先檢查混合料的坍落度及和易性，鉆孔至合適深度后，提升鉆桿30cm，同時進行連續灌注，灌注混合料至樁頂時，為了保證質量能達到要求，可適當超過標高50cm。

（5）移機：第一根樁施工完畢后，鉆機移位，移位過程中保證鉆頭完好，進行第二根樁的施工。第二根樁施工時，檢查樁的軸線和垂直度。

（6）清理樁間土及截樁：CFG樁施工完畢在其混合料初凝后，一切工序滿足施工要求后，進行打樁棄土清運，在清運過程中需要注意的是，不可損壞大頭以下的樁身。保護土層清除后，為了保證截樁的精確性，截除樁頂設計標高以下60cm樁頭，截樁時需要注意的是，要在同一水平面放置2個鋼釬，鋼釬按統一角度放置，放置后大錘擊打將樁頭截斷。

（7）褥墊層施工

CFG樁檢測完成并驗收合格后，先鋪設0.3m厚碎石墊層，碾壓密實，為了保證施工的精度和準確性，土工格柵鋪設前，先選擇合適的幅寬，按照相關幅度在鋪筑層劃出白線，在鋪筑層上鋪設土工格柵，拉鋪時用人工緩緩向前，每鋪10m長進行人工拉緊和調直一次，直至一卷格柵鋪完，固定后在上層鋪設0.2m厚碎石墊層，實行機械碾壓，碾壓密實后形成復合地基。

5　結語

隨著CFG樁在公路軟基處理中的應用和推廣，在工程施工中應根據工程特點、地質情況選用合適的施工機械和施工工藝，以保證達到軟土地基處理的目的。

[1]洪寶寧，陳析.CFG樁在高速公路滑塌路段軟基處理中的應用[J].公路交通科技，2010，21（3）：18～21.

[2]徐毅，洪寶寧，符新軍，等.CFG樁復合地基加固高速公路軟基的現場試驗研究[J].防災減災工程學報，2012，26（3）：305～309.

U416.1

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1673-0038（2015）29-0298-02

2015-7-5