CFG樁復合地基在高速深厚軟基處理中的應用

劉新兵

（新疆路橋北疆工程建設有限公司，新疆 昌吉 831100）

一、CFG樁復合地基施工技術概述

CFG樁復合地基主要基于碎石樁基礎，按照設計比摻加粉煤灰、石屑、水泥及拌和用水，是黏結強度較高的剛性樁結構，也被稱為水泥粉煤灰碎石樁。CFG樁復合地基能夠在其長度范圍內(nèi)充分發(fā)揮樁端承載力和樁身摩擦力，且樁體強度在C8～C15范圍內(nèi)可調(diào)，能有效解決樁身材料強度不足帶來的問題，顯著提升地基結構承載力，進而達到消除深厚軟基液化的目的。CFG樁不僅能夠與褥墊層和樁間土共同構成黏結強度較高的復合地基，還能避免或調(diào)整復合地基與土體之間的差異沉降。

二、工程背景

YH高速公路31+895～34+45段為深厚軟土路基，結合工程實際情況，選取其中長度60m的31+895～31+955段作為試驗段，實施CFG樁復合地基加固試驗。試驗段緊鄰H特大橋東橋頭，CFG樁設計樁徑0.5m，樁長17m，按照三角形布置，采用振動沉管法施工，插入下臥層深1m。通過兩種不同樁間距調(diào)整地基剛度，保證橋頭段地基剛度漸變過渡，適應橋頭段和正常路段對沉降量的不同要求，避免發(fā)生橋頭跳車等問題。在CFG樁頂設置厚度40cm～50cm的砂石褥墊層，調(diào)整樁土荷載分擔比，避免樁基底面應力過于集中，保證CFG樁復合地基承載力。

根據(jù)室內(nèi)土工試驗，YH高速待加固段軟土路基土層包括亞黏土、淤泥質(zhì)土及黏土層，其中亞黏土層實際含水量26.9%、濕密度1.98g/cm、孔隙比0.75、塑性指數(shù)14.6%、壓縮系數(shù)0.38MPa、壓縮模量4.85MPa；淤泥質(zhì)土層實際含水量78.1%、濕密度1.56g/cm、孔隙比2.17、塑性指數(shù)24.9%、壓縮系數(shù)2.12MPa、壓縮模量1.84MPa；黏土層實際含水量23.8%、濕密度2.1g/cm、孔隙比0.64、塑性指數(shù)17.7%、壓縮系數(shù)0.23MPa、壓縮模量12.1MPa。根據(jù)現(xiàn)場十字板剪切試驗結果可知，淤泥質(zhì)土不排水抗剪切強度為20kPa，并可通過圓孔擴張理論計算沉樁引發(fā)的擠土效應。

YH高速軟土路基加固處理中,CFG樁設計樁徑0.5m，使用的普通硅酸鹽水泥強度等級42.5，粗集料為粒徑3.0cm～5.0cm的碎石料，樁體設計強度C12，樁頂碎石墊層必須選用粒徑2.0cm～5.0cm的清潔碎石料，并在樁頂墊層內(nèi)層鋪設延伸率在3.0%以下、縱橫向抗拉強度至少80kN/m和60kN/m的鋼塑土工格柵；CFG樁打設深度應不小于軟土層厚度的1.0m，打設間距設計包括2.0m和2.5m兩種。

三、CFG樁復合地基加固深厚軟基施工

CFG樁施工工藝包括長螺旋鉆施工和振動沉管施工兩種，考慮到工程區(qū)內(nèi)地下水位較高，待加固地基主要為飽和軟黏土，通過長螺旋鉆孔灌注成樁存在較大難度，所以綜合比較后工程施工方?jīng)Q定通過振動沉管機開挖施工，并在打樁過程中配合使用鋼筋混凝土預制樁尖。在CFG樁施工過程中，需嚴格按照設計要求連續(xù)施打和隔樁隔排跳打，隔樁隔排跳打的順序應為單排雙樁號、雙排單樁號、單排單樁號和雙排雙樁號。結合試樁情況可知，跳打施工后的樁身質(zhì)量略差于連打施工樁身質(zhì)量，因此應采用從中間向兩側連續(xù)退打的方式，避免設備壓斷樁身及跳打所致的地基不平等病害，減少樁機往返移動頻次，縮短施工進度，提升工效。

CFG樁施工結束后需完成樁身低應變檢測。檢測結果顯示，Ⅰ類樁、Ⅱ類樁在全部CFG樁中分別占比65.2%和34.8%，Ⅱ類樁大多存在樁體淺部和樁頭處的質(zhì)量問題，需在樁頂褥墊層施工前補強Ⅱ類CFG樁。

四、成樁質(zhì)量試驗

鉆孔取樣已達到齡期的CFG樁，以便檢測實際樁長和樁身完整性，并可通過CFG樁單樁和復合地基靜載試驗，檢測單樁和復合地基的加固效果。

（一）試件抗壓強度試驗

在施工過程中，技術人員隨機取樣拌和均勻的混合料，根據(jù)設計要求預制尺寸15cm×15cm×15cm的標準試件，并按要求在養(yǎng)護28d后展開抗壓強度試驗，試驗強度應控制在18MPa～25MPa，試件抗壓強度至少6MPa。

（二）鉆孔取芯檢驗

按照時間要求鉆孔取芯，除2.5m間距的18#樁發(fā)生12.5m以下深度取芯偏離外，其余CFG樁均按試驗規(guī)程取芯至樁底，且長度均在15.0m～16.5m范圍內(nèi)，鉆孔取芯檢驗結果如表1所示。

表1 CFG樁鉆孔取芯檢驗結果

進一步對所得CFG樁鉆孔取芯結果實施抗壓強度試驗，結果表明樁體實際抗壓強度在14.8MPa～29.7MPa范圍內(nèi)，且均大于6MPa的樁體設計強度。

（三）靜載試驗

按照《建筑樁基技術規(guī)范》《建筑地基處理技術規(guī)范》等相關規(guī)定，采用一級加荷至穩(wěn)定狀態(tài)后再實施下級加荷，分別選擇樁間距2.0m和2.5m的成樁各1組，共實施2組CFG樁單樁靜載試驗，試驗需安排在成樁至少兩個月后，CFG樁齡期明顯高于28d。根據(jù)CFG樁單樁靜載試驗荷載-沉降量曲線，沉降量曲線出現(xiàn)陡降的起始點為其極限承載力基本值2450kPa，累計沉降量在75mm～90mm區(qū)間內(nèi)變化。

為分析CFG樁復合地基實際承載力受樁頂碎石褥墊層影響的程度，分別實施無褥墊層的靜載試驗和褥墊層完整的靜載試驗。無褥墊層靜載試驗即復合地基靜載試驗場內(nèi)并未設置褥墊層，僅找平設計厚度，并將砂墊層鋪設在荷載板之下。在CFG樁頂部形成碎石褥墊層情況下的CFG樁復合地基靜載試驗的荷載-沉降量曲線如圖1所示。

圖1 有褥墊層的CFG樁復合地基靜載試驗荷載-沉降量曲線

（四）成樁質(zhì)量分析

由CFG樁成樁質(zhì)量試驗結果可知，其試件抗壓強度完全符合樁體設計要求，表明該工程CFG樁材料配合比準確合理，成樁質(zhì)量有保障。鉆孔取芯結果顯示，CFG樁實際樁長完全能夠穿過高速深厚軟弱淤泥質(zhì)黏土層，進入硬塑性強的粉質(zhì)黏土層。試驗所得的CFG樁單樁極限承載力達2450kPa，如以其1/2為承載力基準，則其取值為設計承載力的3倍，符合相關規(guī)范要求。該工程軟弱路基段設計填土厚度為4.0m～5.0m，綜合考慮路面行車荷載及安全儲備，復合地基承載力應保持在145kPa～180kPa范圍內(nèi)，符合軟弱地基上覆荷載相關要求。

五、結語

通過分析該工程深厚軟基處理中CFG樁復合地基應用問題得知，在路基填筑施工過程中，CFG樁復合地基樁間土應力隨行車荷載的增大而增大，并在預壓期內(nèi)樁間土壓力呈整體上升趨勢，且為重新分配應力，不斷調(diào)整樁間土和樁頂所承受的荷載量，而樁土應力比出現(xiàn)略微下降趨勢。CFG樁復合地基總壓縮變形僅為預壓路段的10%，填土施工期間壓縮量為施工總變形量的60%，經(jīng)過加固處理后，施工路段深厚軟基符合高速公路路堤工后沉降的控制要求。