长石铁路联络线CFG 桩单桩复合地基荷载试验研究

张泽丰，祝玉波，谢 桥，张耀来，汤小辉

（湖南省通泰工程有限公司，湖南 长沙 410004）

CFG 桩（Cement Fly-ash Gravel Pile）即水泥粉煤灰碎石桩。作为复合地基的一种形式，CFG 桩具有强度高、工期短、工艺简单和经济性高泛等特点。由于其工程造价远低于灌注桩、碎石桩、预制桩等方案，目前已被广泛运用于建筑基础、港口工程、软土地基处理等工程建设中[1-3]。

许多学者对CFG 桩的力学特性、作用机理、施工工法等方面进行了广泛研究。傅少君等[4]在马尔代夫吹沙回填岛礁的灰岩地基中进行了单桩和复合地基承载力试验，并对CFG 桩的受力特性进行了数值模拟，探明了CFG 桩-土荷载分担比和应力比的变化规律。张树明等[5]对不同加固范围和边坡坡率的CFG 桩-网复合地基进行了室内离心模型试验，研究了加固范围和坡率对CFG 桩-网复合地基的受力变形特性的影响，并揭示了其作用机理。王会永等[6]对沿海软土路基CFG 桩加固挤密作用方面进行了数值模拟研究，并提出了“挤密度”这一概念，分析了CFG 桩加固后土层中不同位置的挤密度。苗长春等[7]研究了在湿陷性黄土地区采用DDC+CFG 多桩型复合地基的应用方式，并讨论了其地基承载力计算方法。

综上所述，CFG 桩在国内外的工程实践中已经取得了广泛的应用，但不同的工程案例中存在其特殊性，因此，针对特定工程条件下的CFG 桩在其理论和试验及适用性等方面仍有进一步深入研究的价值。文章依托湖南省长石铁路联络线工程，在工程施工现场开展了CFG桩单桩静荷载试验研究，并分析了试验结果，其试验结果对类似地区的CFG 桩复合地基承载力的研究具有一定的工程借鉴意义。

1 工程概况

本试验依托长株潭城际铁路与石长铁路联络线工程，该工程位于长沙市望城区，起于长株潭城际铁路的长沙西站，经过长益常高速和石长铁路乌山站，线路正线长约9.16km。依据其项目勘探资料，DK23+087 ～DK23+563 段土层情况如表1 所示。

2 现场试验

依照《铁路工程地基处理技术规程》（TB 10106-2017）和《复合地基技术规范》（GB/T 50783-2012），为保障工程质量，防止施工后的CFG 桩复合地基产生过大的沉降，需要开展CFG 桩单桩复合地基静荷载现场实验研究。在具有代表性的DK23+199 ～DK23+330段和DK23+340 ～DK23+410 段，共选9 根单桩进行现场试验。

表1 DK23+087 ～DK23+563 段土层分布

2.1 试验加载装置

本次试验采用堆载法，如图1 所示，采用油压千斤顶进行分级加载加压。试验通过油压传感器控制加载量，并保证千斤顶、承压板和桩中轴线三者的中心三点一线。同时沿桩中心对称布置量程为50mm 的4 个位移传感器，用于测量单桩沉降量，传感器精度不得小于0.01mm。

图1 单桩复合地基载荷试验示意图

2.2 试验加载方法及沉降观测

进行试验之前，先将载荷板进行预压操作，待位移传感器所观测沉降量在连续3 个10min 内不改变，即可视为稳定，可进行下一步试验。本次单桩复合地基载荷试验加载等级分为8 级，级差为78.54kPa，具体加载情况如表2 所示。

沉降观测方法使用慢速荷载维持法，施加分级荷载后，分别在5、15、30、45、60min 后记录桩顶沉降量，其后每隔30min 记录一次桩顶沉降量。当桩顶在连续2h内的沉降量小于0.1mm 即可视为稳定，可施加下一级荷载。观测设备采用型号为RSM-JC Ⅲ（B）的静载荷测试仪和型号为DHY-500T 的千斤顶。

表2 单桩复合地基载荷试验各级试验加载分级表

3 试验结果及分析

3.1 P-S 曲线图分析

单桩复合地基静荷载试验现场如图2 所示。经过连续观测并记录实验数据，形成P-S 曲线如图3、图4 所示。

图2 现场荷载试验图

图3 DK23+281.2 ～282.7 段桩P-S 曲线

图4 DK23+393.8 ～397.4 段桩P-S 曲线

从实验结果中不难看出9 根单桩均在荷载分级达到第7 级时，达到规范所要求的相对稳定标准。8 级加载条件下，在试验所得各试验桩的P-S 曲线中，DK23+199 ～DK23+300 段的最大沉降量在24.74 ～ 32.76mm；DK23+340 ～DK23+410 段的最大沉降量在26.10 ～30.39mm。同时，试验所得P-S 曲线平缓、光滑，比例极限并不明显。

3.2 复合地基承载力

按相对变形值确定其单桩复合地基容许承载力特征值。依托项目DK23+199 ～DK23+330 段，共6 根单桩，复合地基载荷试验取s/b=0.008 沉降值（即12.0mm）对应荷载为单桩复合地基容许承载力特征值，其值均大于最大加载压力的一半，故取最大加载压力的一半314.15kPa 为实测单桩复合地基承载力特征值；依托项目DK23+340 ～DK23+410 段，3 根单桩复合地基载荷试验取s/b=0.008 沉降值（即14.4mm）对应荷载为单桩复合地基容许承载力特征值，其值均大于最大加载压力的一半，所以取最大加载压力的一半263.18kPa 为实测单桩复合地基承载力特征值。单桩复合地基载荷试验检测成果如表3 所示。

表3 单桩复合地基载荷试验检测成果表

通过表3 可以得知，DK23+199 ～DK23+330 段，在施工结束后28d，选择6 根单桩，取其实测复合地基承载力特征值平均值作为复合地基容许承载力特征值，即314.10kPa，满足设计要求；DK23+340 ～DK23+410段，在施工结束后28d，选择3 根单桩取其实测复合地基承载力特征值平均值作为复合地基容许承载力特征值，即263.18kPa，满足《复合地基技术规范》（GB/T 50783-2012）和设计要求。

4 结束语

（1）在依托工程DK23+087 ～DK23+563 段，选取了9 根桩进行单桩复合地基承载力的现场试验，所得地基承载力P-S 曲线平缓、光滑，比例极限并不明显，无法取比例极限处对应荷载值作为单桩复合地基容许承载力，按照相关规范取其荷载值作为承载力。

（2）通过现场低应变试验及其结果分析可知，施工完成后28d 的单桩承载力和完整性无明显的缺陷，满足设计要求。

（3）通过现场单桩复合地基试验可知，长石铁路联络线施工路段（DK23+087 ～DK23+563）经过CFG桩处治后，具有较高的地基承载力，能够满足《复合地基技术规范》（GB/T 50783-2012）和设计要求。