CFG桩在高速公路软基处理中的应用研究

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　　摘 要 软基所造成的路基损害，在软基施工中，可采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG）进行加固处理。对此，本文首先对水泥粉煤灰碎石桩（CFG）软基加固机理以及应用优势进行介绍，然后以某高速公路为研究对象，对CFG桩在高速公路软基施工中的应用方式进行详细探究，以期为类似工程提供借鉴。
　　关键词 水泥粉煤灰碎石桩（CFG）;应用优势;检测
　　引言
　　目前，我国高速公路施工中经常遇到软基处理的问题，软基即指地基松软，其主要有软弱土成分组成持力层，由于该类地基具有土质松软、强度低、耐压性弱以及易压缩等特点。CFG桩作为水泥粉煤灰碎石桩，其成为当下软基路段主要处理工具，能够有效加固软基路段，提高软基路段的承载能力。因此，对CFG桩在高速公路软基处理中的应用进行深入研究意义重大。
　　1 水泥粉煤灰碎石桩（CFG）软基加固机理
　　CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，是用石屑、水泥、粉煤灰对碎石桩加固制成的一种复合地基处理方法。其加固机理主要包括挤密、褥垫层和桩体等三种作用：①挤密作用。在施工过程中，由于振动沉管的作用，桩体周围的软土相互挤压，使得土体密度增加，从而提升原来土体的承载力。②褥垫层作用。由级配砂石、粗砂、随时等散体材料组成的褥垫，能够使桩、土共担荷载，且能分散集中应力以及调整桩土荷载比。③桩体作用。地基受力下沉时，会将力传递到桩体上，这将会使地基的沉降大大减小，达到了保护地基，加固软土的作用。有学者把无褥垫层下的CFG桩和碎石桩的应力比进行试验，得出CFG桩应力比是碎石桩的10倍，可见CFG桩的效果比碎石桩更好[1]。
　　2 水泥粉煤灰碎石桩（CFG）软基加固技术的应用优势
　　2.1 承载性强
　　CFG桩在软基路段处理中，其具备承载力强的特点，由于CFG桩经过水泥与砂石等原材料混合加工而成的，使得CFG桩拥有较强的侧面摩擦阻力。在软基路段处理中，CFG桩的承载能力能够达到地基总荷载的70%左右，使得软基承载力得以飞速提升，且CFG桩的承载力具备相当大空间的可调控性。
　　2.2 桩体排水好
　　当CFG桩采用振动沉管技术下桩时，一旦遇到粉土或沙土类施工路基，因为桩体振动作用容易引发砂土出现液化现象，导致土层内出现孔隙水压力并顺着桩体向上排出，直至桩体发生硬化结束。可见，CFG桩体具有排水性好的特点。
　　2.3 沉降量较小
　　CFG桩在软基处理中，由于桩体端部往往置于地基中较好的土层上，因而能够构建形成复合型地基，该复合型地基具有较好的变形模量，故能够很好地防止地基上建筑物的下沉，可见，CFG桩在软基中的应用具备沉降量小的特点。
　　2.4 适用范围大
　　CFG桩可以被应用于成分各异的软基路段处理中，如涉及粉土、黏土以及淤泥等软基路段，能够对软基进行有效加固处理，无论这些软基路段的地质情况好坏，CFG桩都能较好的发挥其挤密性能。
　　2.5 时间效应佳
　　当采用振动沉管技术下桩时，容易引发桩基间的土层发生振动搅拌，导致地基结构发生变化，地基强度下降，然而，当下桩完成后，经过一段时间的恢复，地基结构将不断复原，地基强度也将有所提高，使得桩基之间土层的承载能力得到增强。另外，由于桩体中含有水煤灰等易发生水化反应的原材料，这些原材料发生反应后增强了桩身的强度与荷载能力，可见，CFG桩具有时间效应佳的特点[2]。
　　3 CFG桩在高速公路软基处理中的应用实例
　　3.1 工程概况
　　某高速公路工程地质情况较为复杂，通过对地质情况进行分析，软土较多，需要对地基进行加固。对加固方案进行综合比较后，决定在C标段内某部分地区采用CFG桩进行加固处理，持力层作用在黏土层之上，地基承载力为300kPa，要求CFG桩地基承载力不能低于500kPa。
　　3.2 桩型和桩径的选择
　　在本工程中，CFG桩设计和桩基础施工设计中，采用了长螺旋钻管中内压桩基础工程，实现对地基加固处理。根据地质勘探结果和该高速公路工程对荷载的要求，选择桩径为450mm的CFG桩进行施工，混凝土强度等级为C25。
　　3.3 CFG桩承载力标准值和相关参数的选择
　　CFG桩地基承载力标准值主要通过现场复合地基荷载试验来得到，主要计算公式为：
　　式中：fspk为该高速公路工程地基加固以后，CFG桩复合地基的承载力特征值（kPa）;λ为CFG桩单桩的承载力发挥系数，在计算过程中，其取值一般为1.0;m为CFG桩面积置换率;β为CFG桩间土承载力的折减系数，取值范围在0.75～0.95之间;Ra为单根CFG桩的竖向承载力特征值（kN）;Ap为CFG桩的截面积（m2）;fsk为原地基加固处理以后，桩间土的承载力特征值（kPa）。
　　根据案例工程地质勘探的结果，要求经过CFG桩加固处理后地基承载力特征值不能低于500kPa，单桩竖向承载力的特征值不能低于1000kN，面积置换率为4.89%，因此，为满足上述要求，CFG桩长为18m。
　　3.4 桩间距和桩数的确定
　　由于该工程CFG桩施工中，面积置换率为4.89%，桩长为18m，因此，采用了正方形布置CFG桩的方法，间距为1800mm，在基底中分别布置2排CFG桩，总共布置642根CFG桩。
　　3.5 填充料配合比
　　在填充料配比中，通过多次试验最终确定了该工程CFG桩中的填充料的配合比：每立方米CFG桩充填料，需要水180kg、水泥324kg、中砂780kg、碎石1020kg、减水剂4.25kg、粉煤灰50kg，采用此種配比，填充料的坍落度在150～180mm之间，可有效满足实际要求。
　　3.6 褥垫层
　　为最大限度提升CFG桩施工质量，确保地基的承载力满足实际需求，褥垫层的厚度为200mm，超出边缘基础150～200mm，选择粒径为5～14mm的碎石作为褥垫层铺设的主要材料，并进行全方位夯实处理。 　　3.7 质量检测要求
　　当CFG桩施工完成以后，进行全面养护处理，养护30天以后，选择总桩数的0.5%进行检测，选择检测点个数不能低于4个，进行静载试验，确认CFG桩各项参数和指标都满足实际要求以后才能进行下一道工序施工。
　　3.8 CFG复合地基检测
　　（1）CFG桩身完整性检测。根据CFG桩施工相关的检测规范和标准，对CFG桩进行完整性检测，本工程中，抽检了75根CFG桩，进行低应变反射波法检测，检测结果显示，75根CFG桩全部为Ⅰ类桩，质量、强度、硬度、规格、尺寸等都满足实际要求。
　　（2）地基承载力检测。根据桩基检测规范的要求，当地基基础施工完成以后，同时进行复合地基承载力检测，选择5个CFG桩单桩进行全面检测，检测结果显示，所有复合地基的承载力特征值都在580kPa以上，有效满足了实际需要[3]。
　　4 CFG桩在软基路段处理中的质量控制措施
　　4.1 合理选择施工设备
　　CFG桩在施工过程中，除了借助振动沉管机械设备进行施工外，还可以利用螺旋钻机械设备施工。在CFG桩施工成桩过程中，需要先应用螺旋钻预先钻孔，接着再使用振动沉管设备进行桩体制取。这两类设备的配合使用能够有效避免制桩中因振动导致的断裂现象的发生，有效确保桩体以及桩间土层的密实性，增强地基的承载力。
　　4.2 全面把控原料配比
　　CFG桩体的强度主要由混凝土材料的配比情况决定的，故混凝土材料的配合比例尤为重要。由于高速公路软基区域应用CFG桩加固处理时，往往采用群桩进行软基路段的加固，提升软基的承载能力。一旦混凝土材料配比不合理，则容易影响桩体的承载能力，从而引发卡管现象，导致发生施工质量事故。通常来说，混凝土材料中水灰的配比约为7∶10，水泥用量比约为15%，坍落度把控在5cm范围内，从而有效提升桩体的承载力。
　　4.3 采用合理施工顺序
　　当CFG桩在饱和软土区域施工时，由于制桩设备振动作用较小，在进行连续打桩作业时，新打桩容易挤压已经完成的桩体，使得桩体呈现出不规则或椭圆形状，导致桩体的严重变形甚至断裂。因此，需要设计合理的施工顺序，确保成桩的质量以及使用性能。对于连续打桩作业，需要选择科学可行的施工顺序，采用跳打施工技术，桩体之间保持合理的距离，后打桩与前一条桩体必须间隔一定时间，当前一条桩强度达到预计强度4/5时，方可打下后一条。
　　5 结束语
　　综上所述，水泥粉煤灰碎石桩（CFG）在公路软土路基中加固中的应用，对施工质量的要求很高，要求地质调查做到准确无误，要做好相应的检测工作，采取质量控制措施，才能达到预期的要求。经检测，本工程完工后质量完全达到了预期的要求，有效提高了公路路基的稳定性，值得进一步推广和应用。
　　参考文献
　　[1] 唐小富.山区高速公路软基处理CFG桩复合地基的固结分析[J].公路工程，2016，41（2）：19-22.
　　[2] 董志勇，周国玲，顾双春.CFG桩在高速公路软基路堤滑坡处理中的应用[J].中外公路，2015，35（3）：45-48.
　　[3] 张爱荣.公路工程软基处理中CFG桩施工技术应用[J].科学家，2017，5（7）：41-42.
　　作者简介
　　張晓玲（1974-），女，重庆丰都人;专业：土木工程，学历：本科，道桥/隧道/市政高级工程师，现就职单位：重庆市涪陵路桥工程有限公司，研究方向：公路与桥梁工程建设技术。
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