高陵高速公路涵洞设计中CFG桩的应用

王战兵

(山西省交通规划勘察设计院)

1 工程概况

高平至陵川高速公路第二合同段中K18 +305 钢筋混凝土拱涵主要为排大型冲沟水而设，兼瑞马村村民上地通行之用。涵址位于黄土丘陵区，涵址处表层覆盖Q3 粉质粘土，未见基岩出露，地质条件较差。本涵填土高约25 m，属于高填土涵洞。

2 涵洞地基处理方案

高平至陵川高速公路第二合同段中K18 +305 钢筋混凝土拱涵填土高约25 m，属于高填土涵洞，要求地基承载力达到480 kPa。原状土0～3 m 承载力基本容许值为170 kPa，侧摩阻力标准值为50 kPa，3～11 m 承载力基本容许值为180 kPa，侧摩阻力标准值为49 kPa。由于原地基不能满足拱涵的地基承载力要求，故需要进行地基处理来提高承载力，以保证结构物的安全性、耐久性。

本涵采用CFG 桩进行地基处理提高承载力来满足结构物要求的地基承载力。

3 CFG 桩复合地基的设计思想

CFG 桩复合地基由桩、桩间土和褥垫层三部分组成。桩与基础不是直接相连，而是通过褥垫层(如砂、碎石等)和基础相联系。褥垫层将上部基础传来的基底压力通过适当的变形以一定的比例分配给桩及桩间土，使两者共同受力。同时土体受到桩的挤密而提高承载能力。无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。因此，设计时首先考虑的是将土的承载力得到充分利用，不足的部分由CFG 桩来承担。桥涵采用复合地基处理的目的一般是为了提高地基承载力，通过增加CFG 桩桩径、桩长可以解决。在满足地基承载力要求后，可适当的增加加固区的深度，可有效减小沉降。

4 CFG 桩复合地基的计算

4.1 单桩竖向承载力

单桩竖向承载力特征值Ra(kN)按下式确定

式中:up为桩的周长，m;n 为桩长范围内所划分的土层数;qsi、qp为桩周第i 层土的侧阻力、桩端端阻力特征值(kPa)，可按《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)有关规定确定;li为第i 层土的厚度，m。

表1 单桩竖向承载力特征值计算结果表

4.2 复合地基承载力计算

水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值，应通过现场复合地基荷载试验确定，设计中我们一般按下式计算

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为处理后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。

表2 复合地基承载力特征值计算结果表

4.3 CFG 桩桩身混凝土强度计算

CFG 桩桩身混凝土28 d 抗压强度设计中我们一般按下式计算

式中:fcu为28 d 抗压强度，MPa;Ap为桩的截面积，m2。

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因此，综合考虑施工影响因素，最终取CFG 桩桩体强度等级为C25，坍落度则为180～220 mm。复合地基褥垫层厚度为500 mm;褥垫层的材料采用级配碎石褥垫层，必须满足有关垫层做法的规范。方案二、四复合地基承载力特征值较小，也都满足地基承载力要求。在满足地基承载力要求后，适当的增加加固区的深度，可有效减小沉降。综合分析采用四更加合理。

5 结 论

本文以高陵高速公路K18 +305 钢筋混凝土拱涵地基处理为例，分析了复合地基的设计思想，通过计算采取合理的方案来提高地基承载力。希望本文能对同类地基采用CFG桩处理设计有一定的参考价值。

［1］江正荣.建筑施工简易计算第2 版［M］.机械工业出版社，2008.

［2］章燕.CFG 桩复合地基的加固机理及设计计算［J］.工程与建设，2008，(5).

［3］建筑地基基础设计规范(GB50007－ 2011)［S］.中国建筑工业出版社，2011.