CFG樁在淤泥質土中的配合比改進實踐

汪旻磊

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 概述

1.1 CFG樁簡介

CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁，主要的軟土加固原理是利用振動打樁機擊沉300～600 mm樁徑的樁管，在管內一邊振動一邊填充由粉煤灰、碎石、水、水泥按一定比例配合而成的材料，在管內形成半剛性的樁體，與樁頂褥墊層和原地基形成復合地基，從而達到減少沉降、提高地基承載力的效果。也可通過長螺旋鉆成孔，鉆孔至設計標高后停止鉆進并泵送混合料。

1.2 CFG樁適用范圍

1.2.1 適用的地質條件

CFG樁法屬于擠密、置換法。主要適用于處理黏性土、粉土、沙土和樁端具有相對硬土層、承載力標準值不低于70 kPa的淤泥質土、非欠固結人工填土等地基情況。

1.2.2 適用的構筑物條件

CFG樁因其較為靈活的配合比，對于各種環境均具有較好的適應性，在市政道路橋梁、建筑物及各種管線基礎的施工中有著較為廣泛的應用。

1.2.3 CFG樁在厚淤泥質土路基中改良問題的背景由來

CFG樁在小型構筑物、各類管線、涵洞基礎中均有較大范圍的應用，在福建沿海部分地區甚至成了主流的軟基樁基礎類的處理措施。福建地區尤其是東南部沿海區域水網密集，地質情況中受河水沖刷和淤積影響，表面層常為2～3 m的黏土層，其下則普遍存在由一層或多層8～12 m的淤泥或淤泥質土。CFG樁在樁身強度，水泥、粉煤灰和水的配合比上均有較高的靈活性，如何調整和改良CFG樁身配合比，使之更能適應淤泥和淤泥質土較厚的地質環境，并在工程經濟性、施工質量、實際使用效果之間取得較好的平衡。

2 CFG樁配合比的相關計算

CFG樁的配料一般應根據成樁相關要求、混合料坍落度和樁身設計強度確定；樁體的設計強度應取28 d無側限抗壓強度。

（1）水量W。由坍落度具體適配確定，一般從當地經驗水量為基礎開始調試。

（2）一般水泥用量計算：

式中：fcu為混合料28 d強度，MPa，由150 mm的立方體試塊測得；為水泥強度，MPa；C為單方水泥用量，kg；W為單方用水量，kg。

（3）粉煤灰用量F：

（4）石屑用量G1和碎石用量G2：

式中：G1為單方石屑用量，kg；G2為單方碎石用量，kg；λ為石屑率，通常取值范圍為0.25～0.33。

3 工程現場CFG樁樁體配合比試驗及試樁結構分析

3.1 工程現場地質標高情況

福建的某市政道路工程現場地質分布和物理參數情況見表1。

表1 樁基設計參數表

3.2 工程現場CFG樁基本參數及布置方案

3.2.1 樁基布置方案

樁徑0.5 m，有效樁長14 m（根據現場施工及地質情況有一定幅度的變化）。樁距2.0 m，采用梅花形布樁；CFG樁類型仍屬于加固土樁、摩擦樁。樁端持力層選用粉質黏土層。樁身強度要求同C15水泥混凝土。

3.2.2 樁基參數計算

（4）樁身強度檢驗：Rp2=ηquAp=0.4×6.9×106×0.252×π=542（kN），顯示采用 C15等級以上的水泥混凝土強度，并可滿足摩擦樁所需要的單樁承載力強度需要。

3.3 工程現場試樁檢驗情況

3.3.1 初步試驗

工程先期采用滿足設計要求的強度C15進行試樁。試樁樁位布置按照設計要求采用不小于4排的梅花形，樁間距2.0 m。試樁配合比見表2。

表2 試樁配合比

CFG樁施工方法采用振動灌注樁施工工藝，嚴格按照混凝土配合比進行配料。振動成管的混合料坍落度控制在70～90 mm，成樁后樁頂的浮漿厚度不大于200 mm。拔管按照勻速控制在0.6～0.8 m/min，在淤泥層拔管速度施工放慢。

3.3.2 初步試樁結果

（1）試塊強度。現場留置的3塊試塊其28 d強度為 17.2 MPa、17.0 MPa、21.1 MPa。

（2）樁身完整性。28 d后樁身取芯報告則顯示在所有C15強度試樁樣本中，僅有20%的試樁樣本達到Ⅰ類樁（樁身完好），而剩余80%的試樁樣本則處于Ⅲ、Ⅳ類樁（樁身存在明顯或者嚴重缺陷，對樁身結構承載力有較大影響）。樁身完整性檢測結果顯示C15強度試樁整體成樁率低，未能達到要求。

（3）樁身承載力。C15強度試樁樣本要求達到的最大試驗荷載為660 kN。試驗中每級荷載增量為66 kN，當最大荷載加載至396 kN時，沉降-荷載曲線呈緩變形，樁頂總沉降達到72.8 mm，遂停止加載，樁體豎向抗壓極限承載力取沉降等于40 mm時的最大荷載值316 kN，未能達到設計要求的單樁極限荷載660 kN的要求。

3.4 結果分析與改進措施

3.4.1 結果分析

原設計要求工程CFG強度應達到樁身C15級別強度，但通過現狀實際試樁結果卻不令人滿意。在與CFG成樁效果相關的幾項試驗中，除復核地基承載力基本滿足要求外，樁身完整性檢測和單樁承載力均未能達到原設計要求。

從結果中可以發現，C15試樁樣件問題主要為成樁的完整性不足，并且由于樁身完整性缺陷，致使試樁樣本的單樁承載力受到損失。

通過對試樁樣本和成樁過程的觀察記錄，發現C15試樁樣件在成樁過程中存在一定的離析現象，即骨料與砂漿分離。考慮到工程所在區域較厚的淤泥和淤泥質土地質層，在成樁后的拔管過程中易對樁體混合料產生影響，土層較高的含水量進一步加劇了樁體混合料和易性不良的問題，致使出現樁體散體和斷樁問題。

3.4.2 改進措施

通過對試樁問題的分析及查閱相關文獻資料后，明確了以提高樁體混合料和易性為主要的改進方向。結合現狀為淤泥質土的地質條件對現狀結合料的影響，最終明確了以調整CFG樁配合比、提高樁體混合料中水泥摻量、減少粉煤灰摻量的調整方案，以期能在加強混合料和易性的同時進一步提高樁體自身的強度等級。新試驗的樁身強度采用C20、C25強度。C20、C25強度的試樁配合比見表3。

表3 C20、C25強度的試樁配合比

3.5 改進后的試樁結果

（1）試塊強度。C20的現場留置試塊28 d強度值為 23.0 MPa、22.1 MPa、31.2 MPa；C25 試塊 28 d強度值為 27.6 MPa、26.6 MPa、39 MPa。

（2）樁身完整性。28 d后樁身取芯報告則顯示在所有C20強度試樁樣本中，85%的試樁樣本達到Ⅰ類樁（樁身完好），15%的試樁樣本為Ⅳ類樁；C25強度樣本全部達到Ⅰ類樁。C20、C25強度下的樁身完整性有顯著提升，能符合設計和施工要求。

（3）樁身承載力。在改善樁身混合料配合比、提高樁身強度、保證樁身完整性后，C20試樁和C25試樁最大荷載均加至660 kN，試驗進展順利未出現異常現象，見表4。

（4）復合地基承載力。C20強度試樁強度已能充分滿足設計和施工要求的復合地基承載力130 kPa，見表5。

表4 單樁承載力檢測（靜載試驗）結果表

表5 復合地基承載力表

4 結語

CFG樁在市政工程設計中具有施工工藝較容易掌握、施工效果良好等優點，在工程中具有廣泛的應用，但CFG樁性能受其成樁效果影響較大。在我國東南沿海地區存在廣泛的淤泥質土和淤泥分布，在樁體施工過程中，會對CFG樁混合量的和易性和樁身完成性產生不利影響，進而影響整體CFG樁的性能效果。針對上述情況，依據該工程實踐經驗可通過改良CFG樁各項成分的配合比，增加水泥含量、減少粉煤灰含量來加強樁身整體強度，提高混合料和易性，但需注意避免水泥含量過高造成整體混合料流動性變差可能引起堵管的風險，經工程實踐克制，相較于傳統C15強度樁長，C20～C25強度的CFG樁在淤泥和淤泥質土較厚的區域更能保證樁基的整體效果，考慮到工程經濟型因素，此次工程選用C20強度作為最終的樁身強度。其他工程亦可在該工程實踐基礎上結合各自特點進一步有針對性地進行調整，以最大程度發揮CFG在工程中的作用。本文為CFG樁在淤泥質土中的配合比調整實踐提供了一次有益的嘗試。