CFG桩在粉细砂软弱地基处理中的应用

郑占利 ，许庆松 ，谭 鹏

（1.北京市公路桥梁建设集团有限公司，北京市 100068；2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海市 201804）

0 引言

文昌市东郊至龙楼公路主要穿行于滨海砂堤阶地地貌单元区和积水洼地地貌单元区。积水洼地区约占总路线的20%，区内地形低洼平坦，局部积水严重，地基土处于松散状态，地基土承载力为60～120 kPa，局部软弱层厚度可达12 m。

CFG桩（Cement Fly-ash Gravel Pile）是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、碎石、粉煤灰、石屑、砂掺水拌和而成的高粘结强度桩。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15至C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩和桩间土通褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算进行工程设计。相较于预制混凝土桩，CFG桩造价低；相较于碎石桩，CFG桩承载力较高，因此广泛应用于地基处理领域。针对公路地基的处理方法较多，主要包括换填法、深层密实法、排水固结法、真空排水预压法、加筋技术、化学加固法以及膨胀土地基、液化地基等处理方法。相较于其他公路地基处理方法，CFG桩造价低且承载力高，因此选用CFG桩进行处理。

1 工程概况及地质条件

文昌航天发射场配套道路之一东郊至龙楼公路，路线全长约17 km。根据地面地质调绘及地质钻探显示，局部积水洼区的土层存在属于液化砂土的不良地质。因此，全线采用CFG桩对此进行处理，总共有6处CFG桩复合地基处理。根据相关文件资料显示，K24+100～K24+190和 K24+190～K24+240路段属于典型的粉细砂软弱地基，因此，本文主要针对上述两路段进行CFG桩地基处理的计算分析和现场检测工作。上述两路段地基土的物理力学指标如表1所示。

表1 地质状况及地基土的物理力学指标

2 CFG桩复合地基设计

根据设计要求，经过地基处理后，地基液化的可能性要得以消除或使液化指数低于4，承载力不小于200 kPa。CFG桩复合地基中桩的长度、桩的直径和桩距的设计是建立在上部荷载的大小、工程地质条件、施工设备和施工方法的基础上的。对于CFG桩复合地基而言，桩和土之间的刚度差别很大。为了使桩和土能够共同工作并充分发挥桩和土的承载力，在基底设置了80 cm的碎石砂作为褥垫层。根据设计单位的要求，两路段CFG桩的相关参数如表2所示。CFG桩的平面布置如图1所示，断面图如图2所示。

表2 CFG桩相关参数

图1 正三角形布桩

图2 桩基横断面图

3 CFG桩复合地基承载力计算分析

为了准确评估CFG桩处理积水洼地地基后的复合地基承载力，笔者采用理正岩土软件对上述两标段的CFG桩复合地基承载力进行了计算。在确定复合地基承载力之前，需得知单桩承载力特征值。单桩竖向承载力特征值采用公式（1）进行计算。

式（1）中:Qsk和Qpk——分别为总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值；

qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；

qpk——极限端阻力标准值，计算时采用施工图中给定4.0 MPa；

u——桩身周长，直径40 cm的桩，其桩身周长为1.258 m；

li——桩周第i层土的厚度；

Ap——桩端面积，直径40 cm的桩，桩端面积为0.125 66 m2。

K24+100～K24+190和K24+190～K24+240路段CFG桩的单桩竖向承载力特征值计算结果如表3所示。

表3 单桩竖向承载力特征值

在确定出单桩承载力特征值之后，采用公式fspk=mRa/AP+β（1-m）fsk进行复合地基承载力计算。K24+100～K24+190和 K24+190～K24+240路段CFG桩复合地基承载力的相关计算参数如表4、表5所示，计算结果如表6所示。

表4 K24+100～K24+190标段地基土土层相关参数

表5 K24+190～K24+240标段地基土土层相关参数

表6 CFG桩复合地基承载力特征值fspk

4 现场检测结果

K24+100～K24+190和 K24+190～K24+240路段CFG桩竣工后，对CFG桩复合地基承载力进行了承载板试验。按照复合地基载荷试验方法及要求，取s/b=0.008，即S=10 mm时所对应的压力为复合地基承载力特征值。检测结果如表7所示。

5 结论

（1）理论计算得到的复合地基承载力特征值比检测结果小，说明理论计算偏于保守。

表7 地基承载力检测结果

（2）现场检测结果证实了CFG桩能有效提高粉细砂软弱地基的承载力，可广泛适用于粉细砂软弱地基的处理。

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