探討CFG樁在復合地基設計中的要點

張 華（廈門中平公路勘察設計院有限公司，福建 廈門361010）

CFG(Cement Fly-ash Gravel)樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱。CFG樁是把碎石和適量的石屑、粉煤灰、水泥加水拌和，一般采用振動成管樁的設備，制成一種具有較高粘結強度的樁體，屬于低強度樁復合地基的一種，它具有適應性強、承載力提高幅度大、沉降量小的特點，目前廣泛應用于高等級道路橋頭路基及構造物等承載力要求高、沉降量要求小的路段。本文通過在佛山市順德快速干線高富路的橋頭軟基處理設計總結，對CFG樁等復合地基在高等級道路設計應用中要點和注意事項加以闡述，先后介紹了CFG樁的設計、材料配合比設計以及CFG樁的施工工藝和質量檢驗等。

1 工程概況

工程實例：佛山市順德快速干線高富路位于珠江三角洲中部地區，地勢低洼，高程一般在2～4m，屬河流相一級階地，人工魚塘星羅棋布，工程條件差，地層主要有表層素填土、淤泥質土、粉砂、圓礫組成。該項目沿線跨路、跨河橋梁眾多，本文以該工程西登中橋橋頭K27+007～K27+067軟基處理設計為例，該路段各巖土層物理力學指標見表1。

表1 各土層物理力學指標

橋頭路基設計長度60m（K27+007～K27+067），路基填土高度4～6m，邊坡坡率為1：1.5，路基寬度60m，采用CFG樁+土工格柵聯合處理，要求加固路段復合地基承載力不小于120KPa，工后沉降小于10cm，。

2 確定施工方案

初勘鉆探過程，該段路的鉆孔上部地層有薄層淤泥質粘性土，具腥味，含腐殖質，軟塑狀，具軟土性質。土工試驗結果表明土的天然含水量為35%左右，空隙比0.9～1.1，壓縮系數0.5左右，接近軟土指標，為淤泥質軟土。軟土一般埋深3.0～10.4m，厚度2.0m左右。

根據土工試驗結果，采用理正軟基程序計算，該路基段工后沉降在14～23cm之間。根據高速公路容許工后沉降要求，本項目路基一般路段工后沉降滿足規范要求，不需要進行特殊處理。

根據軟土地勘指標并結合佛山市順德快速干線軟土地基的處治經驗，本項目初定橋頭高路堤采用加固樁復合地基處理，其常見的加固樁有CFG樁、擠密碎石樁、水泥攪拌樁、預應力管樁。通過比選，推薦本項目軟土地基采用CFG樁進行處理。

3 CFG樁設計要點

3.1 CFG樁復合地基承載力

CFG樁復合地基承載力應通過現場載荷試驗確定，也可按以下公式估算

式中： fspk為復合地基的承載力標準值；m為面積置換率；AP為樁的截面積；為單樁豎向承載力標準值，應通過現場單樁載荷試驗確定；α為樁間土強度提高系數；β為樁間土承載力折減系數；fsk為樁間土天然地基承載力標準值。

3.2 CFG樁復合地基的沉降

路堤下低強度樁會發生上刺和下刺，因此復合地基沉降除主要由加固區沉降和下臥層沉降組成外，還要考慮樁的上、下刺入量及墊層壓縮量。

當地基沒有軟弱下臥層時，復合地基沉降以加固區壓縮量為主，總沉降量隨樁間距的減小而減?。蝗绻麡扼w下部有一定深度的軟土層，則由于樁端應力向下部擴散，下臥層產生較大沉降，此時控制下臥層沉降成為整個地基沉降控制的重點。加固區沉降計算方法一般有復合模量法、應力修正法、樁身壓縮量法等；下臥層沉降的計算方法目前常采用分層總和法；樁體的上、下刺入量的計算是目前沉降計算的一個難點，對一般工程可簡單估算，但重要工程需進行計算。

3.3 設計參數的確定

CFG樁復合地基設計參數主要確定5個設計參數，分別為樁長、樁徑、樁間距、樁體強度、褥墊層厚度。

1)樁長。CFG樁復合地基要求樁端落在好的土層上，這是CFG樁復合地基設計的一個重要原則，樁長取決于建筑物對承載力和變形的要求、土質條件和設備能力等因素。根據現有條件，CFG樁的最大樁長一般不大于30m。

2)樁徑。CFG樁樁徑的確定取決于采用的成樁設備條件，一般樁徑為35～60cm。經過大量的實踐證明通常樁徑不宜設計太大。

3)樁間距。一般樁間距s=(3～5)d，樁間距的大小取決于設計要求的復合地基承載力和變形、土性和施工機具，一般設計要求的承載力大時，取小間距，但必須考慮施工時相鄰樁之間的相互影響。

4)樁體強度。原則上樁體配合比按樁體強度控制，樁體試塊抗壓強度應滿足下式要求：

式中： fcu為樁體混合料試塊(邊長150mm立方體)標準養護28天立方體抗壓強度平均值，MPa；Rk為單樁豎向承載力標準值，kN；Ap為樁的截面積，m2。

5)褥墊層厚度。褥墊層厚度一般用30cm，當樁徑和樁距過大時，褥墊層厚度還可適當加大。褥墊層材料可用粗砂、中砂、碎石或級配砂石(最大粒徑不大于20mm)。

4 CFG樁材料要求及配合比設計

4.1 材料要求

1)碎石。碎石粒徑20～50mm，為使級配良好，摻入石屑填充碎石的空隙。

2)水泥。水泥一般用32.5級普通硅酸鹽水泥。如用高強度等級水泥，則會使水泥用量偏少，影響和易性及密實度；如用低強度等級水泥，則會使水泥用量過多，不經濟，而且也會影響混合料其他技術性能。

3)粉煤灰。粉煤灰多用袋裝的Ⅱ級、Ⅲ級粉煤灰，粉煤灰既是細集料，又有低強度等級水泥的作用，以增強樁體的后期強度。

4)另外，外加劑可根據需要采用早強劑或泵送劑。

4.2 材料配合比設計

碎石、石屑、水泥、粉煤灰和外加劑的成分含量的多少對混合料的強度及和易性有很大影響。

混合料中，石屑與碎石的組成比例用石屑率表示：

式中：λ為石屑率；G1為單方混合料石屑用量，kg；G2為單方混合料碎石用量，3m。

根據試驗研究結果，λ值取0.25～0.33為合理的石屑率。

式中： fcu為混合料28天立方體抗壓強度，MPa；為水泥強度等級；C為單方水泥用量，kg；W為單方用水量，kg。

混合料坍落度按3cm控制，水灰比W/C和粉煤灰F/C(F為單方粉煤灰用量)有如下關系：

W/C=0.187+0.79F/C

混合料密度一般為2.2～2.3g/3cm。

利用以上關系，參考水泥混凝土配合比的用水量并加大2%～5%，就可進行配合比設計。

5 CFG樁施工工藝

1)樁機進入現場，根據設計樁長、沉管入土深度確定機架高度和沉管長度。

2)樁基就位，須保持水平、穩固、調整沉管與地面垂直，確保垂直度偏差不大于1%。

3)啟動馬達，沉管到預定標高，并做好記錄。

4)按設計配合比配制混合料，攪拌時間不得小于1min。

5)待沉管至設計標高后須盡快用料斗進行空中投料，直至管內混合料面與鋼管料口平齊。

6)開動馬達，沉管原地留震10s左右，然后邊振動，邊拔管。拔管過程中不容許反插。

7)當管拔出地面，對樁進行封頂，然后移機繼續下一根樁施工。

6 CFG樁質量檢驗

CFG樁施工結束后，應間隔一定時間方可進行質量檢驗。

6.1 樁間土檢驗

樁間土質量檢驗可用標準貫入、靜力觸探和鉆孔取樣等試驗，對樁間土進行處理前后的對比試驗。對砂性土地基可采用標準貫入或動力觸探等方法檢測擠密程度。

6.2 樁體強度檢驗

混合料攪拌均勻后，按一定比例留取樣品，裝入150mm×150mm×150mm的試模。并測定28天抗壓強度R28。

6.3 單樁和復合地基檢驗

CFG樁施工質量的檢測采用靜載荷試驗，測定單樁承載力和復合地基承載力。

7 CFG樁復合地基設計中容易忽略的問題

7.1 基底標高問題

CFG樁復合地基設計文件中，看不到建筑物±0.00高程及基礎埋深或基底高程，這就給設計審查工作帶來了很多不便，甚至無法驗算，同時現場施工也無據可依，尤其當基礎埋深不一致時，更容易出現問題。

7.2 基底土層問題

當確定基底標高后，可以確定基礎直接坐落在什么土層上，當基底下土層固結狀態較好時，CFG樁復合地基的作用機理可充分體現；但當基底下土層屬于欠固結狀態時，問題就是麻煩了，如果不先對這些欠固結填土進行處理就直接進行CFG樁復合地基設計，則樁土共同作用原理將會隨著填土固結沉降而逐步減弱，最終CFG樁復合地基機理將被逐步破壞，從而給建筑物帶來安全隱患；再者，在設計參數選用中，樁周圍土承載力特征值的采用五花八門，缺乏依據，根據規范精神，應采用直接與基礎接觸的土層承載力特征值或選取處理土層范圍內承載力特征值較低的土層，這樣才是最可靠的選擇。

7.3 褥墊層問題

褥墊層設計工作看似簡單，實際上褥墊層是復合地基設計工作中的非常重要的工作，在這里不再多說，有兩點值得參考，其一，設計文件中一定要計算褥墊層的虛鋪厚度，以便指導施工；其二，褥墊層的設計厚度應根據樁周土質及樁端持力層進行充分考慮。

7.4 布樁問題

布樁一直是CFG樁復合地基設計中的關鍵。布樁中，獨立柱基與條形基礎布樁差別較大。獨立柱基下布樁，不能死板地按等邊三角形、正方形或長方形去套用，而應在確定最小面積置換率后去優化布樁，以期達到受力均勻、置換合理的目的；而條形基礎布樁更不能教條地上套用某一種形狀，而應根據條形基礎尺寸，按照受力均勻、置換合理、邊中結合的原則按最小面積置換率優化控制，在基礎交叉區域，應仔細核實基礎上所受上部荷載，并結合地質條件及樁端條件仔細核算，這是條形基礎布樁的核心所在。

8 結語

通過改變樁長、樁徑、樁距等參數，可使CFG樁承載力提高250%～300%。CFG樁還具有沉降量小、變形穩定快、工藝性好、樁體材料具有良好的流動性與和易性，灌筑方便，易于控制施工質量，可節約水泥、鋼材。利用工業廢料，保護生態環境，降低工程費用，與預制樁相比可以節約投資40%左右。綜上，CFG樁具有可靠的技術性能和經濟效果，在地基工程處理中具有廣闊的應用前景。

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