CFG樁在公路軟基加固中的應(yīng)用

【摘 要】CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，具有施工速度快、承載力高、施工簡便、成本低廉等優(yōu)勢，在地基加固中的應(yīng)用十分廣泛。本文在論述CFG樁的作用機理及適用性的基礎(chǔ)上，結(jié)合實例，介紹了CFG樁在公路軟基加固中的應(yīng)用，為類似工程的應(yīng)用提供參考。

【關(guān)鍵詞】CFG樁；適用性；承載力計算；沉降計算；施工

水泥粉煤灰碎石樁法簡稱CFG樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘結(jié)強度樁，并由樁、樁間土和褥墊層一起組成復(fù)合地基的地基處理方法。由于CFG樁復(fù)合地基技術(shù)具有廣泛的適用性、承載力高、施工簡便、造價低等優(yōu)點，此外，由于CFG 樁使用的粉煤灰是一種工業(yè)廢料，還帶來了環(huán)境效益，因此，CFG樁在地基處理上得到了廣泛應(yīng)用。

1、CFG樁復(fù)合地基工作原理及適用性

CFG樁它是由水泥、粉煤灰、碎石等混合料加水拌和而成的高粘結(jié)強度樁。通過在天然地基中設(shè)置一定比例的CFG樁體，并設(shè)置一定厚度的褥墊層，由樁、樁間土和褥墊層一起組成復(fù)合地基，共同承擔基礎(chǔ)傳來的上部荷載。

CFG樁復(fù)合地基屬于剛性樁復(fù)合地基，具有承載力提高幅度大、地基變形小等優(yōu)點，可適用于多種基礎(chǔ)形式，如條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)等。

2、工程概況

東莞市東城區(qū)長恩路道路工程，路幅寬度26m，雙向四車道斷面形式，設(shè)計速度60km/h。由于沿線分布有深厚的淤泥及淤泥質(zhì)土，軟基處理量較大。根據(jù)當?shù)剀浕幚斫?jīng)驗、施工工藝水平及本項目的進度安排，采用振動沉管CFG樁處理方案。

該工點樁號K0+580。區(qū)域的地貌類型屬沖積平原，地勢高差較小，河道呈U型穿過此段落，該工點河道深約3m。場地內(nèi)自上而下土層為：（1）淤泥，厚度約7.6m；（2）淤泥夾砂，厚約0.7m；（3）殘積砂質(zhì)粘性土，厚約8m。其中淤泥及淤泥夾砂具高壓縮性、易觸變、低強度等特點，屬高壓縮性土，工程性能極差。殘積砂質(zhì)粘性土屬中壓縮性土，工程性能中等，可作為路基持力層。

3、設(shè)計步驟

3.1 設(shè)計參數(shù)的選取

CFG樁復(fù)合地基設(shè)計主要確定5個設(shè)計參數(shù)，分別為樁長、樁徑、樁間距、樁體強度、褥墊層厚度及材料。針對某一具體工程，樁長、樁徑及褥墊層厚度是明確的。設(shè)計時，可事先假定設(shè)計參數(shù)值，若承載力及沉降滿足要求，表明假設(shè)成立，否則，需調(diào)整樁間距、樁體強度或樁長。

（1）樁長l。CFG樁復(fù)合地基要求樁端落在好的持力土層上，這是CFG樁復(fù)合地基設(shè)計的一個重要原則。因此，樁長是CFG樁復(fù)合地基設(shè)計時首先要確定的參數(shù)。設(shè)計時根據(jù)勘察報告，分析各土層，確定樁端持力土層和樁長。本次設(shè)計要求樁端進入殘積砂質(zhì)粘性土不少于0.5m。本工點包含河道回填厚度、淤泥層及淤泥夾砂層深度共11.3m，故樁長取12m。

（2）樁徑d。CFG樁的樁徑取決于所采用的成樁設(shè)備，一般為350～600mm。根據(jù)莆田地區(qū)成樁工藝，本次樁徑取400mm。

（3）樁問距s。一般樁間距s=3d～5d，也有振動沉管成樁采用6d間距。間距大小取決于設(shè)計要求的復(fù)合地基承載力和變形、土性與施工機具。一般設(shè)計要求的承載力大時s取小值，但必須考慮施工時相鄰樁之間的影響，就施工而言希望采用大樁距大樁長，因此的大小應(yīng)綜合考慮。本次設(shè)計樁間距取4d，正三角形布置。

（4）樁體強度。原則上，樁體配比按樁體強度控制，樁體試塊抗壓強度應(yīng)滿足下式要求：

（1）

式中：fcu—樁體混合料試塊（邊長150mm立方體）標準養(yǎng)護28d立方體抗壓強度平均值，kPa；

Ra—單樁豎向承載力特征值，kN；

Ap—樁的截面積，m。

本次樁體強度按C15混凝土強度等級設(shè)計。

（5）褥墊層厚度。褥墊層厚度一般取l530cm，材料科用粗砂、中砂、碎石、級配砂石（最大粒徑不大于30mm）。本次設(shè)計結(jié)合工程經(jīng)驗、土性及樁間距，褥墊層厚度取60cm。

3.2 復(fù)合地基承載力計算

3.2.1 單樁承載力特征值計算

當采用單樁載荷試驗時，應(yīng)將單樁極限承載力除以安全系數(shù)2；當無單樁載荷試驗時，可按下式估算：

（2）

式中： μp—為樁的周長（m）；

n—樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

qp、Ap—樁周第層土的側(cè)阻力、樁端端阻力特征值（kPa）；

li—第層土的厚度（m）。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，各土層參數(shù)見表1。

表1 各土層設(shè)計計算指標及有關(guān)參數(shù)

結(jié)合表1及設(shè)計參數(shù)，經(jīng)計算Ra=249（kPa）。

3.2.2 復(fù)合地基承載力特征值計算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，CFG樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場地基載荷試驗確定，初步設(shè)計時也可按下式估算：

（3）

式中：fspk—復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；.

fsk—處理后樁間土承載力特征值（kPa），宜按當?shù)亟?jīng)驗取值，如無經(jīng)驗時，可取天然地基承載力特征值；

m—面積置換率；

Ra—單樁豎向承載力特征值（kN）；

Ap—樁的截面積（m2）；

β—樁間土承載力折減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗取，如無經(jīng)驗時可取0.75～0.95，天然地基承載力較高時取大值。

結(jié)合單樁承載力特征值，本工點范圍天然地基承載力平均約60kPa，置換率為0.057，取0.8，可計算得出fspk=158（kPa）。

樁體強度fcu=5.95（MPa）

故樁體設(shè)計強度等級滿足要求。

3.2.3 承復(fù)合地基承載力的確定

復(fù)合地基承載力取值標準應(yīng)考慮上部荷載大小，以確保上部荷載作用下地基穩(wěn)定為原則。考慮到理論計算時取值參數(shù)的不精確性及土層性質(zhì)不確定性，為確保工程質(zhì)量的安全，并考慮施工過程中的諸多不可預(yù)見的對施工質(zhì)量不利的影響因素，對理論計算結(jié)果進行折減，折減系數(shù)取0.85，得到樁間距1.6m的CFG樁復(fù)合地基承載力特征值為134.5kPa。本工點設(shè)計填土厚度約3.5m，考慮到本工點為橋頭段及路面荷載和安全儲備因素，因此設(shè)計樁間距1.6m的CFG樁復(fù)合地基承載力特征值不小于130kPa為合格。

3.3 沉降計算

由于中分帶寬8m，考慮到遠期交叉口車道拓寬的需要，可壓縮中分帶作為左轉(zhuǎn)及掉頭車道，本次設(shè)計進行全斷面布樁。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，復(fù)合地基沉降采用分層總和法進行計算。

地基土總沉降S由瞬時沉降Sd、主固結(jié)沉降Sc和次固結(jié)沉降Ss三部分組成，

即：S=Sd+Sc+Ss（4）

由于瞬時沉降和次固結(jié)沉降的影響因素較復(fù)雜，實際計算時用沉降修正系數(shù)來反映瞬時沉降和次固結(jié)沉降的影響，地基土總沉降為主固結(jié)沉降Sc與沉降修正系數(shù)ms的乘積，即：

（5）

其中：Ei為各計算土層的土體壓縮模量，加固層采用復(fù)合土體模量Eci，下臥層采用天然地基壓縮模量Esi。復(fù)合土體模量Eci等