CFG桩地基加固技术在桥头沉降中的应用

万小全 武汉大通工程建设有限公司

1.工程概况

某工程项目中，主要涉及到如下几部分：拼宽桥、主线白沙大桥、A～H匝道桥梁共11座（不含人行天桥），其中：后渚大桥拼宽1座（左、右幅分开拼宽），A～H匝道桥9座（E匝道2座，其余匝道各1座），海江大道主线有白沙大桥1座（左、右幅分开，辅道分开）；人行天桥3座（跨越主线）。

根据桥梁施工要求，基础部分采取的是钻孔灌注桩的形式，桥墩结构分为两类，即圆形柱式与花瓶板式，利用钢筋混凝土材料施工并形成肋板式桥台，部分区段含U型桥台。

2.CFG桩加固原理及作用

以碎石、石屑、砂、粉煤灰、水泥为主要原材料，掺入适量水经充分拌和后制得CFG桩，其在填土、粘性土等稳定性不足的土层中均具有适用性。CFG桩地基是现代道路工程中主要的应用形式，由桩、桩间土和垫层构成，各自均发挥出重要作用。其中，垫层主要具备传力功能，上部路基产生压力后在垫层的作用下将合理分配给其余两类结构，以达到桩和桩间土共同受力的效果。若省去垫层，桩顶沉降变形现象将大幅减小，使得桩承受大量荷载，抑制了桩间土的应用效果；桩结构则具备承受竖向和水平荷载的能力，还具备挤密作用，可提升地基的密实性。

2.1 施工流程

根据施工特点，确定合适的工艺流程，具体流程为：场地平整→桩位测量放样→放置桩尖→桩机就位→振动沉管→成孔检验→灌注拌合料→振动拔管→成桩检验→钻机移位。

2.2 施工时应注意的问题及应对措施

（1）桩身偏差：针对桩位展开两次复测，调整桩尖位置。若出现桩顶凿平效果欠佳的情况，需修正凿毛处，使其成为水平面，且在足够干净的状态下方可展开桩帽的浇筑施工。

（2）串孔：以隔桩隔排跳打的方式为宜，以实际情况为准确定施工方案，需适当加大桩距，打桩过程中不可产生剪切扰动，以免对既有结构的稳定性带来影响。

（3）堵管：为有效解决堵管问题，需选择合适的混合料配比，严格控制坍落度，使其稳定在160～200mm。注重桩体材料的选择，提钻持续时间需得到有效控制。

2.3 CFG桩地基加固作用

（1）对地基土具有一定的挤密作用。利用振动成桩工艺时，对于散填土、松散粉细、粉土这些挤密效果好的土来讲，由于CFG桩的栟管振动和侧向挤压，同土的孔比减小，土体含水量降低，干密度和内摩捺角有所增加，土的物理力学性能得到改善，从而提高桩间土的承载力。

（2）柱体的排水作用。CFG桩在饱和粉土、砂土中施工时，由于成柱的振动作用，使土体内产生超孔隙水压力，当上面有弱透水层时，刚刚施工完成的CFG桩是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，这种排水作用直到CFG桩体结硬为止。

（3）桩体的置换作用。CFG桩是具有一定粘结强度的刚性桩，桩体强度等级为C5～C20，在上部荷载作用下，首先是桩体受力，表现为明显的应力集中现象，桩土应力比可达10～40。

（4）对桩周土的约束作用。无侧向约束的土体，在受荷后其侧向变形比有侧向约束的土体大。由于CFG桩对桩周土体侧向变形的限制，使侧向变形减小，相应垂直变形也减小。

2.4 CFG桩地基的优点

（1）当CFG桩用于挤密效果好的土时，承载力的提高既有挤密作用，又有置换作用；当CFG桩用于挤密效果差的土时，承载力的提高只与置换作用有关，并且置换作用很突出，这是CFG桩的一个重要特征。

（2）CFG桩不同于碎石桩那样的散体材料桩，在竖向荷载作用下，桩身横向变形小，不会像碎石桩那样发生鼓胀破坏，可全桩长发挥倒摩阻力作用。

（3）CFG属于刚性桩，可以把外荷载传到深层地基。

（4）CFG桩单桩的承载能力突出，形成的地基承载能力高。

3.加固技术在桥头沉降中的应用

完成CFG桩施工作业主要分为三个阶段，即施工准备、正式施工以及竣工后的监测，具体做如下分析。

3.1 施工准备阶段

将施工场地整平，以便给后续各环节施工创造条件。准备施工所需材料，进场时通过抽检的方式掌握该批次材料的质量情况。行业持续发展之下，浇筑作业主要以混凝土为主，传统的粉煤灰浇筑方式逐步被取代，因此要针对混凝土做全面的质量检验，各项指标均要与设计要求相符。

3.2 施工阶段

施工中，控制好钻孔垂直度，无误后方可钻进至指定深度，随后基于泵送的方式注入混合料，此过程加强搅拌。拔钻杆环节需控制好拔出速度，若过快则会对桩间土的完整性造成影响。当施工现场出现堵管现象时，需根据具体成因及时处理。结束本桩施工作业后，将桩机移动到下一施工位置，此环节不可损伤桩体。桩机转移到下一桩位后，不可盲目施工，以轴线为准复核桩位，在无误后方可正式施工。

3.3 后期监测阶段

结束CFG桩基以及褥垫层施工后，需对其采取监测措施，安排静载荷试验，基于此方式掌握CFG桩的实际情况，主要考虑的是桩身完整性，监测环节采取的是随机抽取的方式。

4.CFG桩地基加固中的质量控制措施

经验表明，结束CFG桩地基加固作业后常伴随有缩径、断桩等问题，随之降低桩基承载力，严重时将出现结构脆性破坏现象。现阶段，工程人员对于断桩影响程度所提出的观点较多，但可以肯定的是，断面形式的不同所带来的影响也存在差异，断面倾角a值通常存在临界值，若a超出该值，将对桩的竖向承载力造成影响。根据上述分析，为全面提升CFG桩的稳定性，就必须采取质量控制措施，具体应从如下几个方面入手：

4.1 原材料的控制

CFG桩地基加固对于原材料质量提出较高的要求，因此要对其采取控制措施，具体来说主要指的是桩体材料与褥垫层碎石两部分。根据要求，CFG桩体材料的选择应注重如下几点：碎石连续级配为5～40mm，黄砂为II区中砂，要求此材料的含泥量＜2%；使用到普通硅酸盐水泥，具体应达到32.5级及其以上；确保粉煤灰都达到二级标准，此材料的烧失量＜8%。根据褥垫层施工要求，主要注重碎石刚度与粒径两方面，其中以砂砾石较为可行，要求该材料粒径≤8cm。

4.2 配合比控制

在获得质量良好的原材料后，还要得到科学配比的指导，配比将直接影响到CFG桩质量。通常而言，CFG桩地基加固普遍采取的是群桩的方式，其对于单桩强度并未提出过高的要求，但施工中若配比缺乏合理性，将对坍落度造成影响，直接降低CFG桩强度，施工中受到外界因素影响后，群桩应用效果大打折扣，将引发断桩等问题。通常而言，坍落度以5cm较为可行，要求材料的水灰比维持在0.5左右，控制好水泥用量，以总量的5%为宜。

4.3 控制沉管垂直度

施工中，还要注重对桩垂直度的控制，若此项指标缺乏合理性，将对有效桩长造成影响，不利于受力均匀性，部分情况下直接削弱了桩基承载力。通常而言，桩体垂直度偏差应控制在1%以内。正式施工前应整平现场，通过全站仪测量放样，明确桩位与高程的实际位置。桩管下端设置有活瓣尖，此部分下沉前应做灵活的调整，其轴线与桩管轴线应达到共线的状态，并位于桩孔中心处。若要做好此项工作，可在塔架上悬挂测锤，通过此方式校核。根据施工需求准备成孔设备，其应当满足平整、稳定的要求，施工中做好保护工作，不可出现倾斜移动现象，同时要确保CFG桩垂直度的合理性。

5.结束语

CFG桩地基加固技术在当前的路桥工程中取得广泛应用，其具备效率高、可控性好、成本低等优势，因此在当前的地基加固工作中取得广泛应用。当然，施工中需注重成桩工艺，充分考虑现场实际情况，选择与之相适应的施工技术，尽可能降低事故发生频率，在短时间完成加固作业，提升地基稳定性，为工程施工创造良好条件。