CFG樁在高速公路湖相軟土地基處理效果與評價研究

左 劼

(河北省高速公路京哈北線管理處，河北 唐山 064209)

CFG樁在高速公路湖相軟土地基處理效果與評價研究

左 劼

(河北省高速公路京哈北線管理處，河北 唐山 064209)

為了研究CFG樁在高速公路建設工程中處理軟土地基的效果，通過對CFG樁處理的路基斷面進行沉降觀測所得的數據進行分析并通過指數法與雙曲線法進行預測，可以認為CFG樁在高速公路湖相軟土地基處理方面效果良好，滿足施工及使用要求。

軟土地基；CFG樁；沉降預測

1 施工工藝與控制要點

1.1 施工工藝

該區CFG樁樁間距為1.6 m，樁徑0.4 m，樁長12 m，按等邊三角形布置。CFG樁試驗段進行試樁7根，以確定機械設備、施工工藝，技術參數等。CFG具體在施工時，為了保護已完成的樁，常常采用隔行隔樁打樁的方式，而且通常兩根樁之間間隔不小于一周。

流程為：樁位施放→樁機就位→沉管至設計深度→停振投料→拔管→樁機移位→取樣→鋪設碎石墊層。

1.2 控制要點

CFG樁施工過程中的控制要點包括：(1)樁體材料采用C20，依據實驗室28 d強度試驗以確定各材料的配合比情況；(2)關閉機器后，應盡快將物料放入管內，至與進口持平為止。按前面確定的配合比拌和，指標是坍落度100 mm，且浮漿厚度小于20 cm；(3)為了保護已完成的樁，常常采用隔行隔樁的打樁方式；(4)樁機卷揚系統速度沉管線的速度不能太大，當其速度過快時可能會出現縮頸斷樁的情況，因此為了避免這一情況的發生，需要采取一定的措施來控制其速度，現在工程上采取的措施一般是當沉管線提升一段距離后停下來留振一段時間，但是這個時間要嚴格控制，一般在10 s左右，若時間過長的話會使樁體整體水泥量分布不均勻，樁身強度不均勻；(5)CFG樁施工完成7 d后，人工開挖截取樁頭時，此時需有人專門負責，不得造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁間土；在破除樁頭時，可能會發生樁體斷裂，如果斷裂位置處于樁體至樁頂設計標高以下，那么必須用樁體原材料對其進行修復，同時修復的過程中還要注意保護樁間土；(6)振動施工條件下，周圍土體在將管打入或者將管拔出過程中都會受到影響，使其發生擠密或擾動，因此需要注意保護周圍土體。

2 現場數據分析

2.1 數據分析

通過對某高速公路工程的多個CFG樁處理斷面進行長期變形觀測，現場沉降觀測起始于路基填筑，經過冬歇期、路面施工期等一年的時間。選取的斷面K40+030進行監測數據分析，此點位于距橋臺25 m的位置，其路基填筑高度為6.30 m，地基處理方式為CFG樁，處理深度為10.0 m，穩定水位深度為1 m，不存在地震作用下地震液化現象，地表下存在連續分布的軟土和軟弱土層。截止到進行路面結構結構施工時，共觀測422 d，觀測數據如表1所示。

表1 觀測數據

填筑高度、時間與累計沉降曲線圖如圖1所示。

圖1 累積沉降曲線

該段路基沉降觀測始于2014年10月，填筑過程中，觀測頻率一般是一層一次或者三天一次。要求線路中心線地基沉降速率每晝夜不宜大于10 mm，若施工過程中超過該界限值時，應停止路基填筑加載，直到觀測值小于界限值后方允許重新加載。地基自身承載力的作用在路基初始填筑過程中表現明顯，它可以承受一定高度填土荷載。隨著填筑高度的增加，附加荷載逐漸增大，地基會發生固結和壓密，抗剪強度提高。通過沉降曲線得知，填筑高度的增加會使得地基沉降量隨之增大，而且沉降曲線與彈性形變曲線相似，這說明填土荷載在地基承載力容許范圍內。在路基填筑初期，由于填筑速率較快，沉降速率普遍偏高，隨著時間的推移，沉降速率逐漸減小。

2.2 指數曲線法

指數曲線法是一種較為常見的預測沉降方法。該方法是依據固結度原理提出預測模型，任意時刻沉降量的計算方程如式(1)所示。

St=[1-Ae-Bt]S∞

(1)

式中：A為通常取理論值8/π2，也可根據實測數據計算；B為與排水距離、時間因數中的固結系數有關；St為表示t時刻的沉降量；S∞為表示最終沉降量。

上式中三個未知參數S∞、A、B可以通過監測的沉降——時間曲線上任意挑出三點：(t1，S1)、(t2，S2)、(t3，S3) ，將這三個點分別帶入式(1)中聯立求得如公式(2)所示。

(2)

將S∞、A、B代入式(1)就可以求出任意時刻沉降值；在選取三個點的坐標時，為了減小誤差，要求三個點的時間間隔盡可能大，因此需要觀測的時間相對長一些。

2.3 雙曲線法

雙曲線法是根據沉降時間關系曲線接近于雙曲線，采用曲線的外延來推算將來某個時刻的沉降及最終沉降量。沉降和時間的關系可近似采用如式(3)所示。

(3)

根據上式可以建立一個以(t-t0)為橫坐標，(t-t0)/(st-s0)為縱坐標的平面直角坐標系；選取多組實測數據并在平面直角坐標系中標出，然后將這些點擬合成直線，其中直線的截距即為A，直線的斜率即為B。求出A、B值帶入式(3)中即可求出任意時刻的沉降；當t→∞時，即可得最終沉降量公式如式(4)所示。

(4)

根據雙曲線方法預測沉降量，所采用的實測數據需要在填充結束后的拐點后選取，可以預測出任意時刻沉降量以及最終沉降；雖然這種方法推算原理不強，需要觀測的時間較長，但是由于相對簡單明了，所以這種方法也比較實用。

2.4 預測結果分析

為了解路基完成后一段時間內沉降曲線的變化趨勢，同時驗證該地基處理方式能否滿足地基工后沉降規定，現利用準確度和應用度均較高的雙曲線法和指數法對K40+030斷面進行工后沉降預測。預測的方式為利用origin軟件進行曲線擬合，根據曲線擬合結果計算在不同方法下該斷面的最終沉降量與工后沉降量。采用雙曲線法指數曲線法擬合得到的曲線如圖2所示。

圖2 曲線法擬合

兩種方法得到的工后沉降如表2所示。

表2 工后沉降

根據兩種預測方法最終得到的工后沉降量與高速公路相關規范中的工后沉降容許值做比較，可以得到最終的工后沉降遠小于容許值，利用該處理方案加固后的地基沉降量滿足設計要求，效果良好。

3 結 論

通過對CFG樁地基的加固機理的研究，分析了CFG樁在軟土地基處理中的擠密作用、褥墊層作用和樁體作用，介紹了在軟土地基處理中CFG樁的施工工藝及施工要點。同時，通過施工期間的沉降監測工作，對軟土地區的高速公路地基的沉降變化情況進行了預測分析，根據地基的沉降變化曲線，并與公路相關規范中的容許值進行對比分析，可得CFG樁在軟土地基中的處理效果良好，為類似工程中地基處理方式的選擇提供參考，以保證高速公路的穩定與安全。

[1] 陳奎軍，顏忠平，陳莉蘋. 水泥攪拌樁在高速公路軟土地基處理中的應用[J]. 路基工程，2007，(5)：118-120.

[2] 劉明哲. 淺談水泥攪拌樁的施工控制[J]. 科技資訊，2011，(3)：119-119.

[3] 趙光鵬,鄭忠成. 軟土地基沉降預測方法分析比較[J]. 天津城市建設學院學報,2008,(3):176-179.

2017-03-30

左劼(1975-)，男，河北石家莊人，高級工程師，研究方向：高速公路建設與管理。

U416.1

：B

：1008-3383(2017)06-0005-02