郑西客专西安北环路基CFG桩复合地基

杨 勃

（陕西铁路工程职业技术学院，助教，陕西 渭南 714000）

客运专线运营速度快，对线路平顺性能要求高，然而路基在软弱区域沉降量比较大，很难满足客专路基沉降量要求。为了降低路基沉降，需要对路基进行必要的处理，目前我国常用的加固路基的一种方法就是CFG桩（CementF1yashGravelPile简称）加固方法。CFG是水泥、粉煤灰、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩。桩、桩间土和褥垫层一起构成CFG桩复合地基，适用于处理淤泥质黏土、软土及承载力在200kPa左右的较密实性土。郑西客运专线西安枢纽客运北环线路基工程（以下简称北环线工程）路基基底处理采用冲击碾压+CFG桩。该施工段于2007年6月施工，施工前先对路基地表耕植土进行清除，清表平整后进行冲击碾压，然后采用CAD60型螺旋钻成孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺进行CFG桩施工。该里程共有CFG桩数6623根，开挖桩数3540根，受检的应变桩354根均为Ⅰ类桩，合格率达100%。地基变形计算深度范围内的地层为第4系全新统冲积黏质黄土、粉质黏土、细砂、中砂。此种土体结构地基压缩变形较大，必须采用采用冲击碾压+CFG桩进行加固处理。

1 CFG桩复合地基作用机理

1.1 褥垫层的作用机理 从北环线工程应用来看，在复合地基中，桩体的压缩模量远远大于土的压缩模量，桩在竖向荷载下产生的变形要小于土的变形，褥垫层能够起到协调这种变形的作用。桩体刺入褥垫层，构成褥垫层的颗粒状散体材料不断补充到桩间土表面上，基础通过挤压褥垫层和桩间土接触，使得桩和桩间土始终参与工作，并使桩间土在桩体沉降不断增加的情况下，能不断发挥其承载力作用。随着时间的推移，桩和桩间土的荷载分担趋于正常值。

1.2 CFG桩的置换作用 复合地基的置换作用主要取决于桩体材料的组成，CFG桩中的细骨料粉煤灰可增加桩体的粘结强度，而且具有明显的后期强度。在复合地基增强体（桩体）系列中，CFG桩的置换作用最强，而且可以全长发挥侧阻作用，加大桩长可使复合地基置换作用显著提高，承载力也有所增强。CFG桩复合地基的面积置换率较低（一般在10%以内），桩对土的影响相对较小，北环线工程设计的CFG桩桩径0.4m，有效桩长12m，桩间距1.5m，置换率为5.6%，换率较低，所以桩间土具有类似天然地基的性状。CFG桩一般按C7.5～C15混凝土强度等级设计。西安枢纽客运北环线路基工程CFG桩身混凝土设计强度等级C10，其桩身压缩性能明显比周围土体要小，故能使复合地基强度提高，达到置换作用。

1.3 CFG桩的挤密作用 北环线工程通过运用CFC桩，使桩间土的正压力σx增加较大，σx增大对桩承载力有2个方面影响：

1）σx是桩间土对桩侧的正压力。正压力的提高，使桩的侧摩阻力加大，从而提高了桩的竖向承载力。

2）在针对桩体材料的室内三轴试验中，σx的作用相当于围压σ3，加大围压可提高桩体的抗压强度，增强CFG桩桩顶部位抵抗受压破坏的能力。

2 CFG桩的检测

2.1 CFG桩承载力的确定 在设计阶段，可按下式确定复合地基承载力：

式中：fspk为复合地基承载力特征值（kPa）；

m为面积置换率；

Ra为单桩竖向承载力特征值（kN）；

Ap为 桩的截面积（m2）；

β为桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75～0.95，天然地基承载力较高时取大值；

fsk为桩间土承载力特征值（kpa），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值。

实际工程中，有条件先在拟建场地做现场载荷试验，可为设计提供可靠的设计参数。而很多情况下是在无试验资料条件下按式（1）估算复合地基承载力，但要结合工程实践经验，合理确定Ra，fsk，β等的取值。出于对工程安全的考虑，希望公式计算值接近但不大于载荷试验结果，而大量试验结果表明，公式计算结果一般不大于载荷试验结果。

结合工程实际在考虑诸多因素的情况下，对复合地基承载力普遍经验公式进行修正，得出考虑边载影响的承载力修正公式：

式中：α为桩间土强度提高系数；

λ为边载修正系数，建议取λ=1.0～1.2。

2.2 CFG桩的检测方法

2.2.1 单桩复合地基静载荷试验 单桩复合地基静载荷试验，其加载设备采用一台200t的油压千斤顶，现场以平台堆载作反力，承压板采用直径为157.5cm、面积为1.947m2的圆形钢板，每级加载量采用压力表控制；利用4块量程为30mm对称布置的百分表进行沉降观测，加载方式采用慢速维持荷载法，分级等量加载，每级加载值64.4kPa，最大试验加载644kPa，共分10级。卸载应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍。沉降观测与沉降相对稳定标准按规范要求进行。平板载荷试验设备仪器的安装见图1所示。

图1 平板载荷试验设备仪器安装示意图

2.2.2 单桩竖向抗压静载试验 单桩竖向抗压静载试验，只是桩体独自承受上部荷载而已。加载设备采用一台200t的油压千斤顶，现场以平台堆载作反力，每级加载量采用EHB-2000型的标准测力仪控制；利用2块量程为30mm对称布置的百分表进行沉降观测。加载方式采用慢速维持荷载法，分级等量加载，每级加载量为83.8kN，共分10级，最大试验荷载为838kN，其中第一级加载量可取分级荷载的2倍。卸载应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍。沉降观测与沉降相对稳定标准按规范要求进行。

2.3 试验结果分析

2.3.1 单桩复合地基静载荷承载力特征 从静载荷试验成果（见图2）可以看出：单桩复合地基点2008-S0、2008-S1、2008-S2、2008-S4、2008-S5、2008-S7、2008-S8、2008-S10的 P-s曲线比较平顺，说明随着载荷试验的逐级加载，地基在各级荷载作用下，其沉降量在较为均匀的变化，在最终荷载648kPa作用下，沉降量也无明显增大，表明地基极限承载力不小于648kPa。取最大试验荷载一半作为承载力的特征值如表1所示。

图2 P-S曲线确定承载力特征

表1 单桩复合地基静载荷试验承载力特征值

2.3.2 单桩竖向抗压静载试验承载力特征 从单桩竖向抗压静载试验 2008-S3、2008-S6、2008-S9的Q-s曲线基本承缓变化（见图3所示），

图3 单桩Q-S曲线确定承载力特征值示意

说明试桩在各级荷载作用下，沉降量变化梯度不大，直至在最终荷载838kN作用下，沉降量变化较小，趋于稳定状态，加固效果良好。承载力最大值与最大沉降量的关系如表2所示。

表2 单桩竖向抗压静载试验承载力特征值

3 结束语

CFG桩复合地基具有显著提高地基承载力，减少地基变形等特点，是一种考虑桩土共同作用是一种经济型的地基处理方法。以复合地基静压结果数据看，北环线工程路基处理所采用的组合型复合地基的应用，可使复合地基的承载力得到大幅度的提高，地基变形得到有效降低和控制。

另外采用比较先进的检测方法和仪器可以准确评价CFG桩的各项性能。为CFG桩更好的应用提供了很好的数据支撑。