CFG桩复合地基在道路软基问题中的设计与应用

　　一、CFG桩的地基加固机理

 

　　在载荷状态下，CFG桩复合地基依靠桩与桩间土始终共同工作，来共同承担荷载，利于大幅提高承载力。在CFG桩复合地基中，当受到垂直荷载时，桩和桩间土都要发生沉降变形。由于桩的变形模量远高于土，故桩比土的变形要小很多。而设置的褥垫层是由散体材料构成的，在载荷状态下，可使得桩向上贯入。在桩体贯入褥垫层的过程中，褥垫材料不断调整补充到桩间土上，以确保桩和桩间土始终共同工作。桩对桩间土具有的挤密作用，可使得桩间土的侧应力增加而改善桩的受力性能。

 

　　二、CFG复合地基的工程性能

 

　　1、承载力提高多，可调节程度大

 

　　CFG桩承担的荷载可在总荷载的1/3～2/3之间调整，桩长最短可为几米，最长可达几十米，且侧阻力体现在全桩长度。

 

　　2、适应性强

 

　　CFG桩不但可适用于多种基础形式，例如条形基础、独立基础、筏基和箱型基础，还可适用于多种土性，不管是填土、饱和及非饱和黏性土，还是挤密效果好或差的土。

 

　　3、很好地体现了刚性桩的性能

 

　　柔性桩传递垂直荷载的范围只限桩径的6～10倍，而CFG桩则是在全桩长范围内发挥侧阻力，这正是刚性桩的性能。

 

　　4、桩体成为排水通道

 

　　由于施工过程中的土体振动，会产生超孔隙水压力，尤其当施工地基为饱和粉土或沙土时更明显。如果孔隙水上的土层透水性较差，刚刚结束施工的CFG桩就成为了一个很好的排水通道。在CFG桩结硬前的几个小时，振动产生的孔隙水将沿着桩体向上排出。

 

　　5、桩体标号对承载力的影响

 

　　复合地基的承载力会随着桩体强度的提高而提高，但是当桩体强度高于某一量时，这种影响就不存在了，这个量一般是桩顶应力的3倍左右。

 

　　三、CFG桩在道路工程施工中的施工准备

 

　　随着社会经济的不断发展，道路工程已经成为我国基础建设中的一项重要建设项目，CFG施工技术作为道路工程施工的重要组成部分，其施工技术水平的高低直接关系着工程的整体质量。在道路工程施工中施工企业必须重视施工准备工作，对各环节质量严格把关，防止各种质量通病的发生，确保整体工程施工质量达到合格水平，并努力实现创优目标。

 

　　1、CFG桩参数的控制

 

　　由水泥、粉煤灰、碎石等材料共同组合成CFG桩，其桩体主要是通过软基钻孔灌注形成。按照相关国家施工技术指标，要求道路工程施工中CFG桩的强度等级必须控制在C20，由实验室在施工前期确定各种施工材料的配合比，并遵循试验结果进行配置。

 

　　2、原材料控制

 

　　在道路工程CFG桩原材料构成中，主要包括：水泥、粉煤灰、碎石、砂、土工格栅等。通常情况下选用一般硅酸盐水泥，其等级要在5级以上，如施工现场路基中含有腐蚀性较强的水时，应遵循国家道路施工相关规定进行施工，选用的水泥必须具有抗腐蚀性，并确保每立方米的掺入的水泥量在300千克以下。在道路工程CFG桩施工中，主要选用III级或其上的粉煤灰材料。并将碎石粒径控制在5毫米到20毫米之间。确保混合料中含泥量在总混合料的5%以下。在CFG桩施工中土工格栅具有关键性的作用。所以土工格栅应选用双向拉伸高强聚酯长丝编制的材料，确保其极限抗拉强度每米大于等于100千牛。

 

　　3、放样

 

　　在施工前，必须对施工现场的地质材料进行准确核对，并与设计参数充分结合，确保施工材料、方式、技术及机械设备选择的正确性。随后将施工场地进行平整作业，主要将地表杂物清理干净。处理后进行施工测量与放样作业，进行轴线、打桩场地边线的确定及标记。同时还要进行相关试验，确保施工数据的准确性。

 

　　四、CFG桩复合地基施工

 

　　1、施工工艺

 

　　CFG桩复合地基首先选用的是振动沉管CFG桩施工工艺。黏性土、粉土、素填土等地质条件，非常适合采用此种工艺。它具有很多优点，如施工简单且成本低、对桩间土的挤密效果明显、有效减少地基液化等。但是这种工艺也有难以避免的缺点：对于硬土层，振动沉管打桩机难以穿过，施工过程中会产生较大振动及噪音污染，施工效率低且事故率高。

 

　　长螺旋钻孔管内泵压CFG桩施工工艺的研究，就是在发现振动沉管CFG桩施工工艺的缺点的情况下开始的。长螺旋钻孔管内泵压CFG桩施工工艺和长螺旋钻孔管内泵压CFG桩施工工艺相比，具有明显的优点：没有噪音和泥浆污染，也不会产生振动，成孔穿透力强，施工效率高。除这两种常用的CFG桩施工工艺外，CFG桩施工还可根据地基和设备情况采用以下工艺：（1）对于位于地下水位以下的黏性土、粉土和填土地基，适合采用长螺旋钻于成孔灌注成桩。（2）对于深度不大，地下水位以上的黏性土、粉土和填土地基，适合采用人工或机械洛阳铲成孔灌注成桩。（3）对于有较厚卵石、砂和孔隙比小液性指数较低的黏土层以及饱和软土，桩端持力层具有水头较高的承压水，或对噪声污染要求严格的场地，适合采用泥浆护壁钻孔灌注成桩。在实际施工时，不是只能采用一种施工工艺，可根据工程的实际情况综合采用两种或更多施工工艺。

 

　　不同的施工工艺，土层清运的内容也会不同。就长螺旋钻孔管内泵压CFG桩施工工艺而言，钻孔废土清运和保护层清运是主要内容。土层清运要及时，这样可以提高施工效率、减小清运的难度。人工清运是工程中普遍采用的，但是工作量较大的工程也可采用机械清运。保护土层清除后进行下一道工序，将桩顶设计标高以上桩头截断。

 

　　3、设置褥垫层

 

　　卵石最好不要作为褥垫层的材料，因为卵石咬合力差，施工时容易受到扰动而导致褥垫层厚度不一致。褥垫层的材料一般选择粗砂、中砂或粒径为8～20mm的碎石。由设计来确定其具体厚度，但一般在10～30cm，施工时先进行虚铺。虚铺完成后采用静力或动力压实至设计厚度。

 

　　五、长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺

 

　　在我国，20世纪90年代末，研制成功了专用于打设CFG桩的长螺旋钻管内泵压CFG桩施工设备（见图3）。该设备由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式搅拌机组成。（1）施工准备。施工前，以测量控制基准点为控制点，定位测量放线，确定桩位；使用钢筋或竹片标示好桩位，每个桩位标明柱位编号，并加以保护；施工机具准备好并就位；组织施工人员进行培训等。（2）成孔。钻机就位后，先进行预检，要求钻头中心与桩位偏差不得大于20mm。根据预钻结果调整钻机，采用双垂球双向控制好钻杆垂直度，合格后方可平稳钻进。当钻头刚接触地面时，先关闭钻头封口，下钻速度要慢。在钻进的过程中，将正常钻进速度控制在1m/min～1.50m/min。遇到卡钻或是发现钻机摇晃、偏移等情况时，应立即停钻调查原因，进行处置后方可继续钻进。钻出的土方应及时清理至指定地方堆放，不得在施工场地堆放。根据钻杆上标示的孔深标志控制钻孔深度至设计要求。（3）泵送混合料成桩。合理安放地泵，尽量减少混凝土输送管路的管弯，利于混合料输送。拌合好的混凝土应符合设计要求，坍落度应控制在160mm～200mm的范围内，并具有较好的和易性和流动性，严格禁止不符合要求的混凝土输送入管。送料斗内的混凝土高度不得低于40cm，以确保泵送混凝土连续进行，以免吸进空气造成堵管。提升钻杆快要接近地面时，为确保桩头质量，应放慢提管速度并清理孔口渣土。在施工中，设置专人进行泵压与钻机提升情况指挥，确保钻杆提升速度与泵送速度相匹配。为确保成桩质量，必须严禁先提钻后灌料。（4）桩头清理。成桩后，在不影响后续施工的前提下，组织设备和人员进行清运打桩弃土作业。清土时，要注意保护完工的桩体，必须将弃土堆放至指定地点。（5）桩基检测。成桩施工完毕28d后进行成桩质量检测，再进行桩帽制作工作。

 

　　六、结束语

 

　　CFG桩复合地基技术已经在工民建业内应用多年，为其在道路上的应用提供了宝贵的经验。但由于房屋建筑和道路在结构物和服务对象存在较大差异，所以筑路技术人员不能完全照搬此类技术在工民建中的实践，还需要我们不断努力发展CFG桩复合地基技术在道路上的应用。

 

　　参考文献

 

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[2]JGJ79-2002，建筑地基处理技术规范[S].

 

[3]邵爱平，付明勇.高速公路软土地基CFG桩处置方案优化[J].公路与汽运，2007（5）：23-24.

 

[4]黄建国，马玉龙.不同工程地质条件下CFG桩的设计问题[J].山西建筑，2013，39（8）：41-42.