应用CFG桩加固高速路桥软弱地基的技术探究

谢劲松，谢盛阳

（1.江西省交通工程集团有限公司，江西 南昌 330000；2.南昌红江实业发展有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

软土路基治理一直是公路工程技术科研尤为重视的技术领域，对于高速公路路桥工程而言，如果软土路基整固治理不当，再好的桥梁上部结构质量也终将因基础不牢而成为隐患工程。CFG桩复合基础是由碎石、粉煤灰、水和水泥等材料，以具体的匹配率搅拌形成的中高黏结强度桩基结构，其强度基本与素混凝土桩基相当，在基础与加固区间通过设置由散体材料构成的褥垫层来分散荷载，保证桩土一体工作，从而减少地基沉降。由于CFG桩复合基础可以再生利用粉煤灰工业废料，一定程度节省工程成本，适用于处理砂土、粉土、黏性土和已自重固结素填土等地基，是一种经济性和实用性优势明显的地基加固方法。CFG桩复合地基有工期短、施工速度快、沉降小、容易控制质量、成本相对低廉等特点，越来越多地应用于工程软弱地基的加固整治。本研究基于案例工程，对应用CFG桩整固高速路桥软弱地基技术开展梳理探究，可为同类路桥软弱地基治理提供研究和技术参考。

1 工程概况

案例为位于我国江西省的昌九高速公路改扩建工程K31+082～K31+620左幅、K31+082～K31+980右幅等处。地质多黄褐色硬塑粉质黏土，下伏黄褐色均质全风化混合岩，部分岩芯呈砾碎状，部分岩芯呈土状。路桥基础所在区域一定范围内以填方给予整固改造，基床以下筑填合格填料。工程对原软弱地质基础状态采用由土体、桩体、褥垫层以及筏板复合构成的CFG桩混合地基技术开展治理整固。

2 整固路桥软弱地基的CFG桩技术

2.1 CFG桩加固地基的机理

（1）置换作用：系列水泥水化与分解粉煤灰发生硬凝反应，构成稳定的填充结晶化合物，补填砾石间的缝隙。这些化合物将集料黏结在一起，可以大幅度增强桩基抗剪强度与形变模量。在这种状态下，CFG桩可以在很大程度上发挥桩的作用，并承担大部分上部载荷。

（2）约束作用：在桩基混合地基中，桩体限制了土体侧向形变，可以提高抵抗混合地基垂向形变的能力。

（3）排水作用：CFG桩材料的透渗性与复合物中水泥和粉煤灰的剂量有关，依据试验测试，CFG桩的透渗常数通常在10-3～10-1cm·s-1，高出桩间土壤的透渗常数（通常为10-6～10-4cm·s-1），在成桩初期对桩周岩土固结具有加速功效[1]。

（4）挤密作用：粉土、砂性土以及较低的塑性指数土体实施CFG桩在处理时，沉管工艺的挤排土过程，对桩间土有挤密功效，桩间土强度会因此获得改善和加强。同时CFG桩侧正常应力状态的改进，可以加增桩身侧壁摩的摩擦力，加增单桩的载承力，从而优化混合地基的载承力。

2.2 CFG桩加固地基的应用设计

（1）CFG桩的径值为0.5m，整固深度应高出8m，长度原则上一定要从软弱土透渗到硬层。通常状态下，土层应埋置在基本载承力大于等于0.18MPa并且大于等于1.0m的土层中，下伏基岩段应嵌入全风化层大于等于0.5m的土层中，整固处理区域为护坡基础内的基本区域。

（2）设计桩间距依据设计和试验检测明确，通常以桩径值的3～5倍给予取值。桥头衔接过渡段和主线段，混凝土基层应力扩散角内，采取正方形配置，间距取为1.5m；以外采取长方形配置，横向取1.6～1.8m间距，纵向取1.5m间距。最外横向两排桩，可以适当横向放大桩间距，但是不得高出2.0m[2]。

（3）CFG桩可选择应用螺旋长钻泵压复合料管内注灌成桩工艺，也可以选择应用振动沉管注灌成桩工艺方法。具体工点应依据工程设计和现场成桩实验给予具体确定，为保证成桩质量，建议优先选用螺旋长钻泵压复合料管内注灌成桩工艺。

（4）CFG桩体设计强度，取C20立方体桩体龄期28天抗压强度≥20MPa标准。

2.3 CFG桩复合地基的特点

本案例CFG桩混合地基体系由土体、桩体、褥垫层以及筏板复合构成，其特点：

（1）桩结构有整体性好、载持力高、刚度大、不均匀沉降大幅度获得克服。

（2）较容易实现在自然软土场地条件快速填筑稳定的堤坝或高路堤。

（3）可大幅度降低工程成本。

（4）筏板与桩基础连接锚固后，上部荷载可通过筏板均化传递至地基，桩基可将荷载传递至深处地基持力层，亦有较优的约束桩身侧向变形作用。

（5）沉降幅度相对小，过程比较快，容易控制工后沉降，可相对缩短工期，进而提升工程进度。

（6）无需预压期，便于施工作业。

3 CFG桩功效现场测试结果

3.1 基底压力

在案例工程区分别选择典型ABC三个区段，通过桩间土、桩顶以及四桩中心的压力测量得知,桩间土压分别为49.7MPa、49.7MPa、32MPa；桩 顶 压 力 分 别 为55.1MPa、51.5MPa、31.3MPa；四桩中心土压分别为60MPa、42.9MPa、52.5MPa。桩土应力比值，A区桩顶/四桩中心土压为0.918，桩顶/桩间土压为1.109，均值为1.0135；B区桩顶/四桩中心土压为1.200，桩顶/桩间土压1.036，均值为1.118。C区桩顶/四桩中心土压为0.596，桩顶/桩间土压0.978，均值为0.787[3]。

3.2 基底沉降

通过配置在桩顶、桩间土以及四桩之间的行心区域的降沉板，通过测量获得桩顶部、桩间以及四桩行心区域的结构降沉与降沉差。

（1）单点降沉测量：借助在桩间钻孔设埋单点降沉计，可测出该处的降沉量。M点位处左线上，与桥台距离1m；N点位处中线，与桥台距离10m，为分层降沉计测量所在；0点位处中线，与桥台距离20m；P点位处左线，与桥台距离20m；Q点位处P点左侧，与桥台距离10m；R点位处左线，与桥台距离30m；S点位处左线，与桥台距离10m。各点试验测量所得降沉-时程曲线揭示，降沉在前期呈现随时程不断增加的趋势；但此过程中降沉速率却呈不断降低的趋势；在预压阶段，降沉基本趋于稳定[4]。

（2）分层降沉测量：经分层降沉测量得知，沉降亦表现为在前期呈现随时程不断增加的趋势，之后才逐渐趋于稳定。下上两层的沉降反应并不一致，比较而言，下层降沉相对较大。中线各点的降沉测量揭示，中线同平面的降沉反应状态几乎一致。在分层时程降沉曲线中存在跳跃区段，是因为工程操作中，施工挖机往来车位刚好处在该区段，经清理表层和检验后，该段填回，这样就导致了测量数据的跳跃现象。下上两层降沉不一致，下层降沉比较大，原因有可能是：填充料压缩程度不同，两层土体等效模量不同，所引发的降沉有所差异；还有在该截面，地基的上层其土层高度相对较小，故土体缩压模量亦相对小。

4 结语

基于工程案例，对应用CFG桩整固高速路桥软弱地基技术开展了专题探究。经现场试验测量揭示，案例应用的CFG混合桩基的桩土应力比，呈现随载荷增强而增强，随桩长增长而加大，随垫层厚度加大而逐步降低的应变趋势。桩及桩间土的降沉状态，在垫层较薄时影响桩土应力比，桩土形变差异越大，则桩土应力比就会对应越大。混合地基不同区域的桩土应力比有所差异，由路堤中线至坡脚呈现递减变化。