浅析CFG桩复合地基在公路软基处理中的应用

林荣芳

(福建省南平市闽北路桥工程公司)

1 CFG桩复合地基的设计

1.1 工程概况

建阳麻沙至蕉溪公路K79+450～550路段软基路基宽16.6m、长近80m，由于整个路堤斜交座落在一条峡谷古河道(约60m宽)上，河道与附近的淤泥厚度变化极不均匀(两者厚度相差约10m)，再加之路堤填土高(7.4m)等原因，发生滑塌。参见图2。

图1 CFG桩复合地基设计流程图

图2 滑塌段平面示意图

1.2 实用设计方案

(1)桩长的确定

对于一般情况，CFG桩需打设至持力层下1.0～1.5m。针对上述实际工程，根据地质资料，该路段15.6m左右以下为强风化泥质粉砂岩，故桩长取16.6m。

(2)桩径、桩间距、桩体强度的确定

一般要考虑路堤填土高度、路面结构层厚度、车辆动载以及适当的安全贮备，需要进行复合地基承载力的计算。根据CFG桩复合地基的特点和分析，本文建议承载力的估算采用如下简易实用的方法

式中:fsp，k为复合地基承载力标准值;fk为天然地基承载力标准值，m为面积置换率;Ap为CFG单桩截面积;a=fsk/fk，fsk为加固后桩间土承载力标准值:β=0.75～0.95;Rk为CFG单桩承载力标准值。在己知天然地基承载、单桩承载力标准值和复合地基承载力标准值的条件下，按(1)式求出置换率m。根据高速公路软基处理特点，建议在高速公路软基处理中，桩径取500mm，桩体强度取C12～C15，在计算时取桩间土发挥系数β=0.9，桩间土强度提高系数a=1.5，采用正方形布桩时桩间距l可用式(2)估算

根据上述滑塌段路堤填土高度、路面结构层厚度、车辆动载以及适当的安全贮备等情况，复合地基承载力标准值fsp，k取250kPa，天然地基承载力标准值fk取45kPa。经计算m=0.069，Ap=0.196 25m2，代入(2)式可得桩距=1.69m。考虑到留有一定的安全贮备以及便于施工，实际桩距应取=1.50m。

(3)沉降估算

CFG桩复合地基的最终累计沉降量可按(3)进行估算

式中:n1为加固范围内土分层数;n2为沉降计算深度范围内总的分层数;P0为对应荷载的附加压力;Esi为第i层土的压缩模量，zi，zi-1为处理地面至第i层、第i-1层土底面的距离;ai，ai-1为处理地面至第i层、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数;ζ为加固区土的模量提高系数;ψ为沉降计算修正系数。

(4)垫层厚度及材料的确定

在高速公路软基处理中垫层厚度一般需根据桩距进行估算，见式(4)

式中:△H垫层厚度;λ修正系数，取值范围0.5～0.60，滑塌段λ取0.52，垫层估算厚度为△H=0.30m。

根据上面的设计理论和计算，滑塌段软基CFG桩处理的设计参数为，平均桩长16.6m，桩径500mm，桩体强度C15(m材料配合比∶m水泥∶m碎石∶m沙子∶m粉煤灰=1∶6.35∶3.34∶0.87)，桩距1.5m，采用正方形布置，垫层厚0.3m，采用2～4级配碎石。

2 施工工艺与质量控制

在以上主要施工工艺中，主要做到以下施工质量控制要点:

(1)在制作桩体时应特别注意拨管的高度与速度。在没有施工现场成桩试验等有关参数时，桩管内灌满混合料后，应先锤击5～10s，再开始边锤击边拨，以防止桩底出现吊脚现象。每次拨管高度宜控制在0.5～1.0m，每拨管一次停拨锤击5～10s或者反插深度0.3～0.5m(两者应视现场施工情况而定);拨管过程中，应分段添加混合料，桩管内混合料始终高于拔管高度1.5m，以保证桩身的完整性。拨管速度控制在1.5m/min以内，当拨管通过淤泥夹层时，应适当放慢拨管速度，以防止桩身出现缩径现象。总之，施工时应严格注意须适当地添加混合料和保证适当的拨管高度、速度和边锤击边拨密切配合。

(2)混凝土坍落度控制在70～90mm，水灰比宜在0.6～0.8之间;桩位应保证准确，其偏差允许不大于150mm，桩身保持垂直，垂直度偏差不应大于1％。

(3)按序跳打施工，向一个方向逐渐推进，以防止地冒，在己成桩的桩顶埋设标尺，观察施工对己成桩的挤压情况，防止已成桩受挤压而断裂并了解地面地冒情况。

(4)根据桩机顶部吊下的垂球即可控制垂直度，垂直度控制在1％以内。

(5)熟悉软土地基的地层分布情况可以更好的指导现场施工以判断成桩质量。如根据分层处沉管电流的差异可以有效调整成桩时的密实电流，对于不均匀软土如一味强调同一密实电流，反而会造成质量问题。

(6)若遇孤石，则桩位应适当移位，以保证桩体满足设计要求。

(7)做好临时排水设施若地下水位较高，水压力较大，地下水有可能会在邻近桩尚未初凝的桩身内形成排水通道，影响桩身质量。因此，施工时应在附近开挖集水沟排水。

(8)定期对桩机进行检测，保证施工的连续性。

3 结论

(1)公路软基处理中，CFG桩复合地基设计共5个主要设计参数，即桩长、桩径、桩间距、桩体强度、垫层厚度及材料。各参数之间相互关联，互相牵制。在设计中一定要根据实际情况和质量要求，正确选择和计算。比较实用的设计方法可采用按变形控制的设计思路。

(2)CFG桩成桩质量高、特别是下部桩体质量也较好。但传统的CFG桩的施工工艺和沉管方式容易造成桩体的缩径、吊脚、断桩等现象，影响桩身完整性和承载能力。因而，在公路软基处理中，如何避免出现断桩是CFG桩施工中需重点解决的问题。

(3)CFG桩复合地基由于承载力大且可调性强、沉降变形小、稳定快、无有效桩长的限制，对公路加宽段、滑塌段、结构物地基、桥台过渡段、高路堤快速填筑段等的软基处理具有较高的技术经济效益，推广应用价值大。

[1] 阎明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].中国水利水电出版社，2001.

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[3] 陈清平.CFG桩复合地基的设计、施工及检测[J].有色金属设计与研究，2000，(3):53-56.