CFG樁在高速公路軟土地基處理中的應(yīng)用

郭建新

（河北省交通規(guī)劃設(shè)計院，河北 石家莊 050011）

CFG樁是英文Cement Fly-ash Gravel Pile的縮寫，意為水泥粉煤灰碎石樁。CFG樁由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和后制備而成，其典型特征是可變強度。在不同的水泥摻量及配比條件下，CFG的強度等級介于C15～C25之間，且處于剛性樁與柔性樁之間。由于CFG樁和樁間土通過褥墊層形成復(fù)合地基，因此可通過復(fù)合地基原理和性狀進行計算或設(shè)計。在工程當中，CFG樁不需要計算配筋。此外，部分工業(yè)廢料如粉煤灰、硅灰、爐底灰等和石屑可作摻和料，從而能夠進一步降低工程造價，圖1所示為CFG樁處理軟土地基現(xiàn)場示意圖。

1 CFG樁的工作原理

圖1 CFG樁處理軟土地基現(xiàn)場

CFG樁一類的復(fù)合地基，多用于高層、超高層建筑或高速公路軟土地基處理工程中。CFG樁的基本工作原理可以簡單理解為復(fù)合地基，其中設(shè)置褥墊層并與基礎(chǔ)連接，CFG的樁端無論是落在一般土層或堅硬土層，均能夠保障樁間的土層參與工作。此外，與樁間土相比，CFG樁體的強度和模量更大，在荷載作用下，CFG樁的樁頂應(yīng)力比樁間土表面應(yīng)力大。在此條件下，CFG樁可將荷載向較深的土層傳遞，從而減少了樁間土承擔的荷載。因此，由于樁的作用使地基承載力提高，變形減小。

在使用CFG樁的地基中，基礎(chǔ)與樁以及在樁間土之間設(shè)置一定厚度的褥墊層，該褥墊層通常由散體粒狀材料組成。在無褥墊層條件下，地基與樁基礎(chǔ)的承載特性相似，樁間土難以發(fā)揮其承載能力，更不能夠形成所謂的復(fù)合地基。因此，在基礎(chǔ)下設(shè)置褥墊層，從而樁間土載力的發(fā)揮就不單純依賴于樁的沉降，荷載通過褥墊層作用到樁間土上，使樁土共同承擔荷載。鋪設(shè)墊層的通常做法是，先鋪設(shè)一定厚度和級配的砂石、碎石或粗砂、中砂，形成厚度介于10～30cm的墊層。墊層能夠使基礎(chǔ)荷載向樁間土擴散，保證樁體與樁間土共同承擔荷載。

此外，CFG樁不配筋，樁體利用工業(yè)廢料粉煤灰作為摻和料，大大降低了工程造價。

2 CFG樁的材料要求

（1）混凝土、外加劑和摻和料（緩凝劑、粉煤灰），應(yīng)符合相應(yīng)標準要求，摻量應(yīng)當依據(jù)施工要求，配合試驗室測試確定。

（2）嚴格按照配合比配制CFG樁的材料。

（3）對于長螺旋鉆孔和管內(nèi)泵壓混合料灌注，其坍落度應(yīng)當控制在160～200mm，對于振動沉管灌注樁，其施工坍落度應(yīng)當在30～50mm之間。振動沉管灌注成樁后，其樁頂浮漿厚度應(yīng)當小于等于200mm。

（4）對于長螺旋鉆孔以及管內(nèi)泵壓混合料成樁，在施工鉆至設(shè)計深度后，應(yīng)把握提拔鉆桿的時間，沉管的提拔速度應(yīng)與混合料泵送量相配合，遇到飽和粉土或飽和砂土層，禁止停泵待料。沉管灌注成樁施工完成后，拔管速度應(yīng)保持勻速，倘若遇到淤泥或淤泥質(zhì)土層，應(yīng)當適當放慢拔管速度。

3 CFG樁的施工工藝

圖2所示為CFG樁的基本施工工藝流程圖，但是對不同的軟土地基，應(yīng)當采取不同的施工工藝。

（1）對于地下水位以上的粉土、黏性土、中等密實以上的砂土、素填土等，宜采取長螺旋鉆孔灌注成樁法；

（2）對于、粉土、黏性土、砂土以及對噪聲或泥漿污染要求嚴格的地基，宜采取長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁法；

（3）而對于粉土、黏性土及素填土等地基，宜選用振動沉管灌注成樁法。目前，在高速公路軟土地基處理中經(jīng)常采用的施工方法即為振動沉管灌注成樁法。

圖2 CFG樁作業(yè)流程圖

振動沉管灌注樁是將振動器裝在樁管的上墻，樁管下端底口安裝一個樁尖，在振動器振動力的作用下將樁管沉入地層至設(shè)計深度形成樁孔，然后向樁管內(nèi)吊放鋼筋籠并灌注混凝土形成灌注樁，圖3所示為施工現(xiàn)場圖。

圖3 CFG樁作業(yè)現(xiàn)場

4 CFG樁施工注意事項

（1）依據(jù)設(shè)計要求進行實地放樣，施工順序為由路中間向外圍間隔跳打，且新、舊樁之間的間隔時間不少于7d；

（2）打樁前，應(yīng)當調(diào)整沉管與地面垂直，確保偏差不大于1%；

（3）沉管時，不宜啟動馬達，借助樁機的自身重量即可將沉管沉至設(shè)計標高，當混合料加至鋼管投料口齊平，沉管原地振動5～10s才能拔管，且拔管過程中應(yīng)嚴格控制速度，以0.6～0.8m/min為宜，且每拔出約0.5～1.0m，應(yīng)當再次振動5～10s，反復(fù)上述操作，直至拔出沉管為止；

（4）投料時的充盈系數(shù)應(yīng)當大于1.15；

（5）在CFG樁施工過程中，為避免樁機碾壓施工完的樁頭，應(yīng)當調(diào)整好打樁順序；

（6）CFG樁檢測完成后，才可以反開挖基坑，且應(yīng)采用人工開挖；

（7）在剔除樁頭時，先找出施工標高，在同一水平面按同一角度對稱放置2個或4個鋼釬，同時擊打?qū)额^截斷，再采用手錘、鋼釬等沿著樁體四周向樁心剔除多余樁頭；

（8）在地基復(fù)雜路段，應(yīng)當現(xiàn)場了解沉樁進度，確保CFG樁穿透淤泥層，且進入持力層厚度不小于0.6m。

5 應(yīng)用實例

某干線公路工程當中，路線全長約為13.05km，雙向6車道一級公路、輔道按雙向4車道設(shè)計，基層為4%水泥穩(wěn)定石屑底基層+5%水泥穩(wěn)定級配碎石上基層，路面為25cm的水泥混凝土面層。在某標段橋頭引道，設(shè)計工后沉降應(yīng)當滿足橋頭小于10cm，采用CFG樁對軟土地基進行處理。

最終處置方法：CFG樁的設(shè)計直徑為40cm，平面呈正三角形分布，間距依據(jù)計算獲得，要求CFG樁穿透軟土層，進入持力層大于60cm，樁長不超過24m。CFG樁的水泥為普通硅酸鹽水泥，碎石直徑為20～50mm，石屑粒徑為2.5～10mm，粉煤灰為Ⅲ級或Ⅲ級以上。

6 結(jié)語

在公路工程建設(shè)中，軟土地基處理是關(guān)鍵工序之一。CFG樁具有經(jīng)濟合理、技術(shù)可靠、施工設(shè)備投入少、進出場運輸方便、對環(huán)境友好等特點。國內(nèi)的技術(shù)發(fā)展和工程應(yīng)用中，CFG樁技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。此外，和其他樁基處理技術(shù)相比，CFG能夠節(jié)約1/2～2/3的成本，具有可觀的經(jīng)濟效益。

[1] 崔晟東.CFG樁在高速公路軟土地基處治中的應(yīng)用[J].交通標準化，2009，（11）：114-117.

[2] 于春芳.軟土地基的特點及處理方法[J].交通標準化，2013,（14）：16-18.