李建福

（福建建工集團(tuán)總公司　福建　福州　350003）

淺析CFG樁復(fù)合地基的基本原理及其在公路軟基處理上的應(yīng)用

李建福

（福建建工集團(tuán)總公司福建福州350003）

隨著我國公路建設(shè)的發(fā)展，CFG樁復(fù)合地基理論和應(yīng)用研究逐步深入，CFG樁復(fù)合地基逐漸被推廣和應(yīng)用于公路軟基處理中。本文通過對CFG樁復(fù)合地基基本原理的簡要分析，結(jié)合工程實(shí)例，闡述了CFG樁的相關(guān)實(shí)際應(yīng)用，分析了樁的施工控制要點(diǎn)，以期為相關(guān)從業(yè)人員提供資料參考。

CFG樁復(fù)合地基；基本原理；應(yīng)用

近年來，隨著CFG樁復(fù)合地基理論和應(yīng)用研究逐步深入，CFG樁復(fù)合地基逐漸被推廣和應(yīng)用于公路軟基處理中，公路軟基處理質(zhì)量有了很大提高?，F(xiàn)對CFG樁復(fù)合地基的基本原理進(jìn)行簡要分析。

1　CFG樁復(fù)合地基的組成

水泥粉煤灰碎石樁（Cement Flyash Gravel）簡稱為CFG樁，是由碎石、石屑、粉煤灰、水泥、加水拌合制成，是具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的樁，通過在基礎(chǔ)與加固區(qū)之間設(shè)置由散體材料構(gòu)成的褥墊層來分配樁土荷載，保證樁土協(xié)同工作，形成復(fù)合地基。

2　CFG樁復(fù)合地基的基本原理

如圖1所示，CFG樁復(fù)合地基結(jié)構(gòu)包括CFG樁、樁間土和褥墊層，在褥墊層上施加上部荷載的全過程中，可作出如下動態(tài)分析：在開始的一段時間，上部荷載均勻施加到褥墊層上，在后來的一段時間，荷載的壓力施加到CFG樁和樁間土上，在這種情況下，CFG樁和樁間土均勻分擔(dān)上部壓力，再后來，荷載也會增加，荷載增加的過程中，CFG樁頂?shù)膽?yīng)力會集中。隨著上部荷載逐步增加，由于褥墊層是由碎石散體顆粒組成，散體可以在上部荷載的作用下，產(chǎn)生相對滑移并形成流動補(bǔ)償?shù)内厔?，?jīng)過一系列的變化后可以分析出，CFG樁頂?shù)膽?yīng)力受到橫向調(diào)節(jié)，樁頂應(yīng)力橫向調(diào)節(jié)的同時，CFG樁頂?shù)膽?yīng)力也分散開，樁頂?shù)膽?yīng)力一旦分散，上部荷載施加的壓力逐漸由CFG樁轉(zhuǎn)移到樁間土。壓力施加到樁間土后，樁間土發(fā)生沉降，在此過程中墊層材料發(fā)揮了一定的補(bǔ)償作用，結(jié)果便是CFG樁頂陷入褥墊層中，CFG樁和樁間土在褥墊層的調(diào)節(jié)作用下共同承載上部荷載。此時整體結(jié)構(gòu)達(dá)到相對穩(wěn)定狀態(tài)，隨著后期荷載的繼續(xù)增加，會出現(xiàn)這樣的情況，CFG樁和土的應(yīng)力不斷增加，若壓力進(jìn)一步加大，褥墊層的調(diào)節(jié)作用大打折扣，當(dāng)上部荷載加大到一定程度時，荷載主要由CFG樁來承擔(dān)，因此CFG樁頂部的應(yīng)力會隨著荷載的增加逐漸增加，CFG樁在摩擦阻力的作用下將載荷施加的壓力傳給深部地層，上部荷載繼續(xù)增加時，樁的承受力發(fā)揮到極限，樁頭破碎，樁身下沉。

圖1　CFG樁復(fù)合地基結(jié)構(gòu)示意圖

通過對CFG樁復(fù)合地基基本原理的分析，可以知道，在正常情況下，如果上部荷載施加的壓力足夠大，樁間土的承載力會得到充分發(fā)揮，樁的承載力主要會被用于后期的承載作用。樁間土的承載力充分發(fā)揮之后到樁的承載力充分發(fā)揮之前，外加的荷載主要由樁的儲備力承擔(dān)。CFG樁的模量大、變形小，在荷載的期施加過程中，樁頂部的應(yīng)力增加幅度較大，樁身的沉降變形決定了外加荷載引起的基礎(chǔ)變形，這種變形程度較小。因此，CFG樁可有效提高地基承載力，可以承受較大的地面載荷，可減少工后剩余沉降量，整體結(jié)構(gòu)具有較好的穩(wěn)定性，具有沉降變小，穩(wěn)定快的優(yōu)點(diǎn)。

通過對CFG樁復(fù)合地基基本原理來分析，若沒有褥墊層，將會出現(xiàn)這樣的情況，上部荷載直接施加在CFG樁上，由于沒有支撐，樁間土幾乎處于懸空狀態(tài)，在樁間土懸空狀態(tài)下，無法實(shí)現(xiàn)CFG樁-土復(fù)合地基的價值，整個結(jié)構(gòu)就類似于群樁地基，承載力完全不能達(dá)到要求，抗震抗剪力也會下降，在特殊環(huán)境下將發(fā)生嚴(yán)重后果；如果褥墊層厚度不夠，將會發(fā)生這樣的情況，褥墊層的調(diào)節(jié)作用完全不能滿足工藝要求，樁間土性質(zhì)變差，樁間土的承載力就不能充分發(fā)揮；如果褥墊層過厚，將會發(fā)生這樣的情況，整體結(jié)構(gòu)雖能保證樁間土承載力的發(fā)揮，但在荷載施加過程中CFG樁頂就不能形成應(yīng)力集中，承載力的儲備得不到充分利用，樁頂陷入褥墊層的趨勢愈加明顯，工后剩余的沉降度會逐漸變大，且持續(xù)時間長。通過以上分析可知褥墊層可以有效保證樁和土共同承擔(dān)起載荷；可以調(diào)整樁和土之間荷載的分擔(dān)比例；可減小基礎(chǔ)底面的應(yīng)力；有效調(diào)整樁和土水平荷載的分擔(dān)比例[1]。從上所述，褥墊層在CFG樁復(fù)合地基中樁與樁間土的配合工作中發(fā)揮著重要作用，褥墊層的厚度是CFG樁復(fù)合地基是否發(fā)揮作用的關(guān)鍵因素。為了取得合理的褥墊層厚度，研究人員做了大量的實(shí)驗(yàn)，工程建設(shè)中一般將褥墊層厚度取為225±75mm[2]。

3　CFG樁復(fù)合地基的優(yōu)點(diǎn)

CFG樁復(fù)合地基是一種新型的軟土地基處理方式，同傳統(tǒng)軟土地基處理方法相比，CFG樁復(fù)合地基具有顯著的狀體支撐特性，有較強(qiáng)的擠密作用，有很強(qiáng)的地基承載力，在使用過程中沉降變形小、穩(wěn)定快，能充分發(fā)揮樁間土和樁體的承載力。CFG樁可通過對樁長、樁距和褥墊層厚度的調(diào)節(jié)對地基承載力進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有較廣的應(yīng)用范圍。

4　工程應(yīng)用實(shí)例

4.1工程概況

漳州招銀疏港高速公路A3合同段海平互通立交工程E匝道EK0+282～EK0+322、FK0+567.8～FK0+588.25，流塑狀淤泥質(zhì)粘土，厚約1.6～3.6m；可塑狀粉質(zhì)粘土層，松散狀中砂；下臥南園組J3n凝灰熔巖及其風(fēng)化層，設(shè)計(jì)采用CFG樁處理該處軟土地基，樁長為14～16m，CFG樁直徑為0.5m，樁間距為1.5m，等邊三角形梅花型布設(shè)。墊層厚度為0.5m；褥墊層材料采用碎石砂，其中碎石占70％，直徑19～37.5mm，砂30％，含泥量不大于5％。根據(jù)地質(zhì)情況、周邊環(huán)境，經(jīng)研究決定CFG樁采用長螺旋鉆管內(nèi)泵壓混合料灌注施工。

4.2施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備工作對于整項(xiàng)工程來說極其重要，施工前必須結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對地質(zhì)資料進(jìn)行仔細(xì)精確的檢查，按照科學(xué)的工藝資料選定合理的施工機(jī)械，制定科學(xué)的施工計(jì)劃。為整項(xiàng)工程配備足夠的技術(shù)人員，作業(yè)指導(dǎo)書和技術(shù)資料必須在所有人員探討確認(rèn)后確立，作業(yè)指導(dǎo)書制定過程中澄清有關(guān)技術(shù)問題，保證每一位施工人員都能正確無誤地參與作業(yè)。施工前做好技術(shù)交底工作，對施工人員進(jìn)行明確的技術(shù)交底。

平整場地，清除障礙物，提供良好的施工環(huán)境，確保水電等能源正常供應(yīng)。測量放樣過程中做好放樣工作，并在同時準(zhǔn)備好所有施工工具和施工原材料，保證施工能順利進(jìn)行。在施工計(jì)劃的制定的同時，必須考慮由于外界環(huán)境的影響導(dǎo)致工期的延誤問題。

施工前選擇合適的地段以便進(jìn)行成樁的工藝性試驗(yàn)，在試驗(yàn)的過程中，工程師確定科學(xué)的原料配合比、坍落度和攪拌時間。

4.3施工工藝流程

CFG樁施工工藝流程如下：

施工準(zhǔn)備→樁機(jī)就位、調(diào)平→鉆孔至設(shè)計(jì)高程→泵送混合料→拔管、灌注混合料至設(shè)計(jì)高程→移機(jī)→樁頂混凝土達(dá)到一定齡期后，清理樁間土，并鑿除樁頭→驗(yàn)收合格，鋪設(shè)褥墊層。

4.4施工方法及控制要點(diǎn)

（1）鉆機(jī)就位：鉆機(jī)就位后，鉆桿垂直對準(zhǔn)樁位中心，確保垂直度滿足要求。

（2）鉆進(jìn)成孔：鉆頭閥門關(guān)閉的條件下，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面，保證鉆桿垂直于地面，啟動馬達(dá)鉆進(jìn)。鉆孔過程中先慢后快，及時檢查鉆孔的垂直度，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。

（3）混合料攪拌：在混合料攪拌的過程中，需要注意的問題是原材料要進(jìn)行集中拌和，保證科學(xué)可行的配合比，在監(jiān)理工程師的監(jiān)督下進(jìn)行攪拌。

（4）灌注與拔管：先檢查混合料的坍落度及和易性，鉆孔至合適深度后，提升鉆桿30cm，同時進(jìn)行連續(xù)灌注，灌注混合料至樁頂時，為了保證質(zhì)量能達(dá)到要求，可適當(dāng)超過標(biāo)高50cm。

（5）移機(jī)：第一根樁施工完畢后，鉆機(jī)移位，移位過程中保證鉆頭完好，進(jìn)行第二根樁的施工。第二根樁施工時，檢查樁的軸線和垂直度。

（6）清理樁間土及截樁：CFG樁施工完畢在其混合料初凝后，一切工序滿足施工要求后，進(jìn)行打樁棄土清運(yùn)，在清運(yùn)過程中需要注意的是，不可損壞大頭以下的樁身。保護(hù)土層清除后，為了保證截樁的精確性，截除樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以下60cm樁頭，截樁時需要注意的是，要在同一水平面放置2個鋼釬，鋼釬按統(tǒng)一角度放置，放置后大錘擊打?qū)额^截?cái)唷?/p>

（7）褥墊層施工

CFG樁檢測完成并驗(yàn)收合格后，先鋪設(shè)0.3m厚碎石墊層，碾壓密實(shí)，為了保證施工的精度和準(zhǔn)確性，土工格柵鋪設(shè)前，先選擇合適的幅寬，按照相關(guān)幅度在鋪筑層劃出白線，在鋪筑層上鋪設(shè)土工格柵，拉鋪時用人工緩緩向前，每鋪10m長進(jìn)行人工拉緊和調(diào)直一次，直至一卷格柵鋪完，固定后在上層鋪設(shè)0.2m厚碎石墊層，實(shí)行機(jī)械碾壓，碾壓密實(shí)后形成復(fù)合地基。

5　結(jié)語

隨著CFG樁在公路軟基處理中的應(yīng)用和推廣，在工程施工中應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、地質(zhì)情況選用合適的施工機(jī)械和施工工藝，以保證達(dá)到軟土地基處理的目的。

[1]洪寶寧，陳析.CFG樁在高速公路滑塌路段軟基處理中的應(yīng)用[J].公路交通科技，2010，21（3）：18～21.

[2]徐毅，洪寶寧，符新軍，等.CFG樁復(fù)合地基加固高速公路軟基的現(xiàn)場試驗(yàn)研究[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2012，26（3）：305～309.

U416.1

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1673-0038（2015）29-0298-02

2015-7-5