CFG 桩技术在公路软土路基处理中的应用

李兴荣

1 CFG桩技术简介

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，主要由碎石、石屑、粉煤灰、掺适量水泥和水拌和而成的高粘结强度桩。碎石是该桩体的粗骨料，石屑是填充碎石孔隙，改善骨料级配的次骨架材料，粉煤灰具有细骨料和低标号水泥的作用。CFG桩和桩间土一起通过由碎石或石屑组成的柔性褥垫层形成CFG桩复合地基。

该技术主要适用于软土层较厚，换填处理比较困难，地基土属于非饱和粘性土或砂土的地段，它可以使地基土密实，容重增加，孔隙比减少，防止砂土在受震时液化，提高地基土的抗剪强度和水平抵抗力，避免地基产生滑动破坏，减少固结沉降使地基变均匀，起到置换、挤密作用。

2 CFG桩对地基的加固

2.1 置换作用

CFG桩复合地基就桩体和桩间土的材料特性而言，CFG桩泊松比要比原天然土的泊松比小，而桩体的强度和弹性模量又远远大于CFG桩间土，一般情况下CFG桩承担的荷载远大于桩间土，可见为了提高复合地基承载力可以采取置换措施。

2.2 挤密加固作用

CFG桩采用振动沉管法成桩时，通过振动挤压，使桩间土强度提高，桩的侧摩阻力也将得到提高，CFG桩可有效地将地基荷载传递到深处土层，确保桩对地基的加固作用。

2.3 柔性褥垫层作用

CFG桩复合地基通过在桩和基础间设置柔性褥垫层，使调整桩土相对变形的问题从根本上得到解决。褥垫层使桩间土的有效接触应力增加，提高了桩周土的抗剪强度，使得桩体承载力得到提高。此外，褥垫层对于地基的不均匀沉降也有一定的补偿作用。

2.4 CFG桩体作用

承担由基础传来的竖向、水平荷载，对地基土产生一定的挤密作用，提供排水通道，以加速地基排水固结。

3 CFG桩施工技术

3.1 工程实例及设计方案

佛山市某一级公路工程地处珠江三角洲冲积平原，地势平坦，沿线河涌纵横，鱼塘较多，地形起伏平缓，局部覆盖层土质松软，饱和砂土可液化，软土层易震陷，软土层厚度不均。由于设计要求工后沉降量应小于10 cm，故在桥头引道路段及部分辅道路段采用深层处理方案，对原有地基进行加固补强，根据地质详勘资料，对淤泥质土、淤泥质粉砂和淤泥质粘土等软土路段，软土埋深大于12 m且不大于20 m时采用CFG桩复合地基处理方案，CFG桩体必须穿透软土层并进入持力层不小于1 m。桩体采用正方形布置，桩径0.50 m，桩间距2.0 m，设计桩长为14 m～18 m。桩顶设置45 cm碎石垫层，碎石采用级配碎石，直径不宜大于2 cm。设计桩的28 d龄期的立方体抗压强度不小于12 MPa，为增加排水通道，部分路段将在CFG桩间设置袋装砂井。

3.2 主要施工工艺

3.2.1 施工准备

根据设计参数进行现场试桩，以确定最佳配合比和最优施工工艺、坍落度、搅拌时间、拔管速度、每延米混合料用量等各项工艺参数，试桩总数为5根～7根，成桩并达到规定龄期后检测各项质量控制指标，确保满足设计要求后，方可展开大面积施工。根据试桩成果，确定CFG桩体材料重量配比为水泥∶粉煤灰∶石屑∶碎石 =1∶1.528∶3.528∶8.854，水灰比为 0.53，桩体采用 42.5级普通硅酸盐水泥，混合料坍落度为30 mm～50 mm。

3.2.2 施工方法

利用振动沉管灌注成桩，以高压水流边振动边冲在土基中成孔，成孔后在孔中分批灌以混合料，捣实后成直径较大的桩体，与原地基形成复合地基，达到加固的目的。

1)CFG桩施工工艺流程。场地平整→测量放样→施工袋装砂井→CFG钻机就位→钻进(混合料拌制)→钻进至设计标高→送拌合料→振动提钻→到达孔顶提出钻杆→封顶→移机→质量检验。

2)CFG桩施工应遵循的原则。a.路基横向从路中心向两侧施工。b.桥涵、挡墙处由靠近桥台及挡墙基础处由近及远施工。c.CFG桩施工时应间隔跳打。

3)振动沉管法CFG桩施工要点。a.施工前必须要进行场地平整，以确保钻机就位平整、稳定，保证其垂直度允许偏差不大于1%，桩位允许偏差不大于10 cm。b.桩机就位前，由测量人员根据设计方案，准确计算并实地放样出桩位，将每个桩位插竹签并撒白灰以明示，以便桩机钻头对正，确保平面位置准确无误。c.混合料必须严格按配合比配制，石屑、碎石等材料须每盘过秤后进行搅拌，以确保材料用量。d.施工过程中，加强桩机拔管速率的控制，拔管速率一般控制在1.2 m/min～1.5 m/min，且每上拔1 m留振5 s，当沉管拔至离地表2 m时，应减慢一半并且留振10 s。e.施工时，混凝土灌注与桩基成孔必须连接紧密，混凝土泵入孔底后即要提钻，以免孔底沉渣，同时应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应同拔管速度相匹配，以保证管内有一定高度的混合料，遇到饱和砂土和粉土层，不得停泵待料。f.为保证成桩质量，施工时桩顶标高应高出设计桩顶标高不小于50 cm，以留有保护桩长。待检测合格后，桩头高出部分应进行人工凿除，凿除桩头时须控制好桩顶标高，用水准仪将设计桩顶标高打在桩身上，为保护桩身，可在同一水平面按同一角度对称放置4个钢钎，用大锤同时击打将桩头截断。g.施工柔性褥垫层之前，挖除桩顶及桩体周围多余土方，采用直径不大于2 cm的级配碎石作为柔性褥垫层所用材料，然后进行路基结构物基础(如挡墙)及路基填筑施工。

4)CFG桩施工注意事项。a.要在现场设置足够数量和代表性的地表变化监测点，打桩前、打桩过程中测地表标高，观测地表隆起或下沉量，成桩过程中，应对地表和已打桩的桩顶进行位移监测。b.加强桩顶标高观测，施工过程中要注意已打桩桩顶标高的变化，特别要注意观察桩距最小部位的桩。c.施工偏差一般有桩平移偏差和垂直度超标偏差两种，多由于施工场地、桩机对正调平、地层变化等原因使钻杆跑偏造成。d.拔管不宜长时间留振，防止粗骨料与水泥浆发生分离。e.施工中严禁出现反插现象，以避免桩料与土混合影响桩身强度。

4 检测结果

CFG桩质量检验在成桩28 d后方可进行，桩的平面位置可用全站仪或钢尺测量，桩身质量可用低应变试验检测，桩身混凝土抗压强度采用钻芯法取样检测，而单桩和复合地基承载力可采用静载试验检验，部分检测结果见表1。

表1 桩身混凝土抗压强度和复合地基承载力试验检测结果

根据检测结果，采用配比为水泥∶粉煤灰∶石屑∶碎石=1∶1.528∶3.528∶8.854，水灰比控制在 0.53，可使复合地基承载力达到160 kPa以上。

5 结语

由于CFG桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，沉降减小，地基变形得到有效控制，CFG桩适用于软土处理且是一种较为经济合理的地基处理方法。此外，采用振动沉管桩机成桩，具有施工速度快，工期短，质量易控制的特点，其经济效益和社会效益是显而易见的，故在软土路基加固时应推广应用。

［1］ 刘玉卓.公路工程软基处理［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［2］ 张 贤.论高速公路软土地基常见情况处理［J］.四川建材，2007(3):209-210.

［3］ 习先萍.浅谈CFG桩复合地基的设计与施工［J］.山西建筑，2010，36(2):153-154.