CFG桩技术在公路软基处理中的应用分析

贾亚红

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西太原 030000）

0 引言

为推动社会经济的快速发展，我国公路工程建设里程数不断增加。在实际施工中，大多数公路工程的施工环境较差，经常会遇到软土等特殊地基，如果没有采取有效措施进行妥善处理，路基易出现不均匀沉陷、失稳等现象[1]。现阶段，常用的软基处理方法有堆载预压法、真空预压法、强夯法、粉喷桩法、CFG 桩法等。其中，利用CFG 桩技术，可在桩间土与桩体之间通过褥垫层形成复合地基，提高地基的承载力。基于此，文章就CFG 桩技术在公路软基处理中的应用展开探讨。

1 软基的特点

1.1 压缩性高

土体的体积会随着应力的不断变动而发生变化，称为土的压缩，土体的体积在荷载作用下会逐渐变小。软土的压缩性比较高，压缩系数一般不低于0.5MPa-1，甚至会大于100MPa-1。

1.2 含水率大

一般情况下，软土的含水率大于35%，甚至可能达到300%。软土的含水率比较大，这会极大程度地影响软基的强度、压缩性[2]。

1.3 透水性差

软土的透水性较差，若液限值较低，则软基结构将呈单粒状，颗粒粒径比较大；若液限值较大，则软基结构将呈絮凝、蜂窝状等。

2 CFG 桩的成孔方式与作用机理

2.1 CFG 桩的成孔方式

所谓CFG 桩，也称为水泥粉煤灰碎石桩，是指利用水泥、砂、粉煤灰、碎石、水搅拌，并使用多种不同的施工方法或施工机械设备成桩的一种施工技术[3]。在公路工程软土路基处理中，经常会使用CFG 桩技术，其具有便于施工、施工成本低、环境污染少等优势。CFG 桩的成孔方式主要包括：

2.1.1 泥浆护壁钻孔灌注成桩

当地基中分布有风化岩、碎石土、人工填土、砂土、粉土、黏性土等，可选用泥浆护壁钻孔灌注成桩方式。

2.1.2 长螺旋钻孔灌注成桩

当人工填土、粉土、黏性土地基位于地下水位以上时，可选用长螺旋钻孔灌注成桩方式。采用该成桩方式进行成孔施工时，软土会受到显著的扰动，其一，长螺旋在进行旋转下沉过程中，将会剪切破坏土体，消减土体的强度，增加土体的变形程度[4]；其二，在长螺旋提钻过程中，土体中的水颗粒将会受到孔隙压力、游离破坏作用，致使土体流变。

2.1.3 长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩

若施工现场对泥浆、噪声污染提出十分严格的要求，且地基中分布大量的砂土、粉土、黏性土等，可采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩方式[5]。

2.1.4 沉管灌注成桩

若地基中分布大量的人工填土、淤泥质土、粉土、黏性土等，可采用沉管灌注成桩方式。

2.2 CFG 桩的作用机理

CFG 桩的主要基础为碎石，按照施工配合比来均匀搅拌粉煤灰、石屑、碎石等，形成高黏结强度的桩体。将一定量的粉煤灰、水泥加入碎石桩体中，可提高混合料的和易性[6]；将一定量的石屑材料加入碎石桩体中，可提高桩体的胶结强度，有助于级配的优化，桩体与桩间土通过褥垫层形成软基处理桩体。与其他加固桩体比较，CFG 桩中掺入了较多粉煤灰废料，可降低施工成本，并有效提高桩间土的承载能力。

CFG 桩的作用机理为：第一，桩体排水与加筋，CFG 桩体中存在固结排水通道，其排水功能显著；桩间土的强度与桩体的强度存在较大区别，可形成较强的土层竖向加筋作用，有助于复合地基承载力的提高。第二，桩体置换，桩间土存在较大的应力，CFG 桩具有较高的承载力，具有显著的刚性桩特点与桩体置换作用[7]。第三，桩体挤密，通过进行挤压、振动施工，能够对土体起到显著挤密的作用，有助于桩体承载力与桩间土强度的提高。

3 工程案例

某公路工程，路基宽度为25m，设计速度为60km/h，总长度为17.4km。在该公路工程部分施工路段中，存在软土路基，为有效解决软土路基问题，综合考虑多种影响因素后，决定选用CFG 桩技术。CFG 桩施工现场如图1 所示。

图1 CFG 施工现场

4 CFG 桩技术施工要点

4.1 施工前期准备

第一，根据设计要求，绘制桩位平面布置图，制订科学的施工流程，准备施工所使用的机械设备与原材料[8]。第二，编制施工技术交底书与施工作业指导书，施工前对施工图纸进行认真审核，对各种施工技术难题进行深入了解，做好施工技术交底。第三，进行测量放样；同时，为保证车辆运输的通顺，应整平处理施工场地。

4.2 钻机就位

根据相关施工技术规范要求，精准定位钻机位置，桩位点需与钻头矛尖保持在同一竖直线上，钻杆应保持垂直状态，然后固定钻机，为保证钻机始终处于水平状态，应合理调整钻机液压阀。将垂球悬挂在钻架上，在钻架上标记其挂球的对照位置，确保钻杆的垂直度[9]；在进行CFG 桩施工前，施工单位应派专门人员检查桩位的垂直度，满足施工要求后，方可进行钻进施工。

4.3 混合料的制备

第一，根据施工设计方案，该工程选用C15 混凝土制备CFG 桩桩体，选用42.5 号普通硅酸盐水泥。水泥在进入施工现场与使用前均需进行质量检测，检测合格后才能够用于制备混合料。第二，粉煤灰的质量深受其级配、粒径的影响，在粉煤灰中，若球形颗粒比例较大，则需水量较小，活性较高，相应的能够将粉煤灰的活性充分发挥出来，有助于CFG 桩整体性能的提高，故在选用粉煤灰过程中，应首选细料[10]。第三，在CFG 桩施工中，主要使用碎石、砂作为骨料，应选用质地坚硬的卵石、砂砾等作为碎石；砂的含泥量、含水率要具有良好的级配，同时含泥量、含水率均应控制在规定范围内。第四，在试验室中配制混合料，将混合料的坍落度控制在16～20cm，在利用搅拌站制备混凝土过程中，为保证混合料的使用性能，应进行精准计量，在搅拌站中依次加入碎石、水泥、粉煤灰、泵送剂、砂，每1 盘混合料至少要搅拌1min。第五，利用罐车，将拌制好的混合料运输到施工现场，在使用混合料之前，施工技术人员应对混合料的坍落度进行检查，检查其是否在16～20cm；根据施工要求制备混凝土试件，拌和站应根据试验配合比生产混合料，以保证混合料的质量。

4.4 钻进沉孔

第一，完成全部准备工作后，开始在确定的点位上进行钻孔。在钻孔时，应关闭钻头阀门，将钻杆向下移动，当钻头接触地面时，以先慢后快的速度起送钻机。同时，可对钻孔偏差情况进行检查，减少钻杆的摇晃，若钻杆无法进尺或发生摇晃时，为避免桩孔发生偏斜或受损，需降低钻速。

第二，当钻进到设计标高时，在钻机塔身做标记，有效控制钻孔的深度。当钻进到标记位置时，为保证孔深满足设计要求，需对作业面的标高差异进行全面考虑，然后进行合理调整。

4.5 压灌成桩

第一，在钻机钻进到设计标高以后，混凝土泵车可以开始运输混合料，当钻杆孔内填满混合料时，开始对钻杆进行提升，同时灌注混合料，在泵送混合料的同时进行拔管操作。第二，由专门人员指挥施工现场，混合料泵送人员与钻机操作人员应协调合作，保证钻杆提升与泵送混合料之间的默契配合，有效提高成桩的施工质量。一般来说，钻机的提升速度应控制在3m/min，若遇到含水砂层，为避免出现断桩或塌孔等问题，可适当降低钻杆的提升速度。第三，泵送混合料的速度应与钻杆提升速度保持协调，钻杆中的混合料表面应比钻杆底部的出料口高，施工作业面标高与桩顶标高相同时，单桩灌注施工结束，为保护桩顶，应利用合适湿度的黏土进行封顶，为避免桩顶受冻，黏土厚度应控制在50cm。第四，CFG 桩成桩结束后，需检验成桩的质量，利用吊线法检测钻杆的倾斜度，桩体的垂直允许偏差不得超过±1%；利用钢尺来检测桩身的直径大小，不得小于设计值；利用经纬仪检测桩位在纵横方向的偏差，不得超过±5cm。

4.6 钻机移位

单桩施工结束后，需向下一个桩位移动钻机继续施工。在钻孔时产生的土体会覆盖邻近的桩位；钻机就位后，标定的桩位有时会压住支撑脚，致使桩位发生移动，因此在进行钻机移位过程中，为保证桩位的精准性，需对桩位进行认真复核。

4.7 后续处理

单桩施工结束后，需进行其他后续处理工作。第一，综合使用小型施工机械设备与人工作业，对桩间土进行清理；桩周围应设有保护层，厚度控制在0.2m。第二，完成桩间土清理后，沿着桩顶，利用混凝土切割机环向切割一条缝，深度控制在0.5m，再利用楔子截掉桩头。第三，当CFG 桩桩顶的强度满足设计要求后，需先打磨平整桩顶，根据施工技术要求，对桩身的完整性与地基的承载力进行检测，判断其是否满足施工要求。

5 CFG 桩施工质量的控制措施

5.1 窜孔的预防

在软基施工中，采用CFG 桩技术，可提高地基的承载力，加固软土土体，满足施工要求。如果软土中分布大量的饱和粉土或粉细砂，在钻孔过程中，土体会受到叶片的扰动，在土体发生液化现象时，易发生窜孔现象。为预防窜孔现象，在CFG 桩施工过程中，可采取以下措施：第一，在分析土层实际情况的基础上，选用合适的钻具，减少窜孔范围内的打桩数量，适当提高钻机的钻进速度，为不影响钻孔施工进度，施工时需及时清除钻孔中排出的弃土。第二，为降低窜孔的发生率，在CFG 桩施工过程中，应加大桩间距，降低对已打桩的影响。第三，在出现窜孔后，不得继续提钻，应持续泵送混合料，直至窜孔桩的液面上升至原位置。

5.2 卡桩、断桩的预防

在该工程中，CFG 桩的桩身比较长，地层中含有较厚的砂层，桩基负荷几乎达到负荷极限值，同时施工机械设备易发生故障问题，因此，可能出现卡桩、断桩问题。为预防出现以上问题，施工单位应做好施工机械设备的维修养护工作，确保施工机械设备的正常运行；施工机械设备操作人员应不断提高自身的操作技术水平，保证施工质量。

5.3 拔管速率的控制

在CFG 桩施工过程中，拔管速度对成桩质量存在较大影响，如果拔管速度偏慢，水泥泥浆会出现分布不均现象；如果拔管速度偏快，易出现缩径断桩、成桩桩径偏小等问题。所以，在整个施工过程中，严格控制拔管速度，以2～2.5m/min 为宜。

5.4 混凝土灌注质量的控制

在对混凝土进行灌注过程中，若混凝土压力减小，无法排出上部1～3m 桩中混凝土中产生的细微气泡；因上部桩体部分受力，若上部桩体的密实度偏小，CFG 桩桩体则易发生质量问题。为解决以上问题，可采取以下一些控制措施：第一，施工结束后，混凝土初凝结束前，为提高混凝土的密实度，利用振捣棒振捣上部混凝土；第二，若混凝土的坍落度不满足施工要求，混凝土易出现蜂窝现象，这就需要对混凝土的坍落度进行严格控制。

6 结语

综上所述，软土的压缩性强、强度小，在公路工程施工中遇到软基，若没有进行适当处理，会对路基的承载力造成不利影响，易出现不均匀沉降现象，降低公路工程的整体施工质量。通过使用CFG 桩技术，可形成复合地基，提高软基的承载力。文章依托某一公路工程，详细阐述了CFG 桩技术要点，并提出了相关质量控制措施，以期对类似工程施工起到一定的参考作用。