半剛性樁處理軟弱地基的研究現狀及發展趨勢

羅奇志，陳釗

（岳陽市公路橋梁基建總公司，湖南 岳陽 414021）

0 引言

近年來，隨著我國經濟的飛速發展，市政、交通領域工程建設活動在全國不斷開展，對土地資源的需求日漸上升，這一過程不可避免在軟土地區進行工程建設。然而軟弱地基通常面臨處理后的地基承載力不足、不均勻沉降大等問題，目前的散體材料樁及剛性樁能發揮一定的作用，但都存在局限性，為拓寬軟弱地基的處理范圍，半剛性樁應運而生[1]。

半剛性樁的剛度介于剛性樁與柔性樁之間，最具代表性的是水泥土攪拌樁、CFG樁等。半剛性樁通常是采用水泥土、灰土及粉煤灰作為固化材料，兼具柔性樁與剛性樁的優點。本文重點對半剛性樁復合地基的處理機理、研究現狀、發展趨勢進行了分析，以期為該類方法處理軟弱地基提供借鑒。

1 半剛性樁處理軟弱地基作用機理

1.1 樁體置換

復合地基的處置效果與其增強體的性質密切相關。在復合地基中，碎石樁等散體材料樁自身沒有黏結強度，需要依靠樁周土體提供側向約束，在豎向荷載作用下，樁體極易發生鼓脹破壞，以至于復合地基失去承載力。而半剛性樁樁體由黏結性材料組成，自身有一定黏結性，不需樁周土體提供側向約束，不會發生側向鼓脹破壞；再則，半剛性樁樁體有著較強剛度，可以通過樁端阻力及側摩阻力將上部荷載向更深的土層傳遞，從而極大提高地基的承載力。

1.2 樁體排水及擠密

半剛性樁的樁體為黏結性材料，透水性比散體材料樁差，但比樁周土體要大。以CFG樁為例，CFG樁體材料比樁周土體滲透系數大[2]，在樁體施工的初期，樁周土體中的孔隙水會通過樁體形成的排水通道排出，樁體起到了排水固結的效果。同時在半剛性樁施工過程中采用振動沉管法施工加速了樁周土體的超孔隙水壓力消散，而且樁周土體不斷被擠密壓實，隨著樁體材料的填入，樁周土體的物理力學性能得到有效改善，承受荷載及抵抗變形的能力提高，樁體與樁周土體共同形成一個穩定牢固的體系。

1.3 褥墊層應力分擔

半剛性樁復合地基樁頂一般會設置一層由砂石、碎石組成的褥墊層，在豎向荷載的作用下，半剛性樁發生刺入破壞，向上刺入褥墊層，墊層為樁體提供了一個壓縮空間，一定程度上減少樁體與樁周土體的相對位移，從而確保樁周土與基礎底部始終緊密接觸，充分發揮樁周土體的承載能力，有效緩解了應力集中現象，使得樁周土體與樁體共同作用、協調變形。

2 典型半剛性樁處理軟弱地基的研究現狀

2.1 水泥土攪拌樁

在進行地基處理時，會對天然土體摻入水泥等固化劑，同時在樁體施工過程中采用深層攪拌機械對水泥與土體進行拌和，使它們經過一系列物理化學反應后，形成有著一定剛度、整體性及穩定性的水泥土樁，此類地基被稱為水泥土攪拌樁。

上世紀七十年代，水泥土攪拌樁技術傳入我國之后，國內學者從多方面對其進行了研究，為其理論發展及工程應用提供了依據。段繼偉等[3]基于現場試驗，從樁體的變形、樁身軸力及破壞模式系統的探討了水泥土攪拌樁荷載傳遞規律；陳善明等[4]應用傳統一維固結理論結合工程實例探討了水泥土攪拌樁復合地基與其下臥層的固結特性。

2.2 水泥粉煤灰碎石樁（CFG）

CFG是在碎石材料中摻入適量的水泥、粉煤灰形成有著較高強度的新型粘結性材料樁，與普通水泥土攪拌樁相比，這種新型樁的承載力得到了極大地提高，CFG樁主要適用于加固處理各類黏性土、粉土、淤泥及淤泥質土，國內外對其也展開了許多相關的研究。張雁等[5]通過有限元軟件分析發現CFG復合地基豎向應力分布更為均勻，說明在承載性能方面半剛性樁復合地基有著普通散體材料碎石樁無法媲美的優勢。Naphol等[6]對CFG樁體材料的性能進行試驗研究，證明使用CFG樁加固路堤更能有效地提高路堤承載力和加速固結沉降。

3 半剛性樁處治技術的發展趨勢

3.1 綠色環保材料的應用

隨著技術不斷進步，復合地基處治材料向著綠色環保的方向不斷發展，出現了以地聚物、石膏樁為代表的新型環保軟弱地基處理方法，這些方法通常是以建筑垃圾或礦物廢料為材料，有效地處理了固有廢料。

以地聚物為例，地聚物材料有著優異的耐酸堿、耐火及耐高溫的性能，相較于普通水泥，成本更為低廉且取材方便，在國外得到了一定的推廣，但國內還較為罕見，因此在保證地基處治效果的基礎上，開展綠色環保材料的研究將是未來半剛性樁復合地基新的發展方向。

3.2 聯合多種方法進行處理

由于實際工程中會出現各種復雜狀況，同時綜合考慮到提高地基承載力、控制地基沉降、縮短工期等其他技術經濟方面的目的，如果僅采取單一軟弱地基處理方法，往往難以滿足工程需求或達到預期的效果。

隨著對復合地基理論研究認識的提高以及工程實踐經驗的積累，綜合運用多種手段已在軟弱地基處治領域逐漸發展起來。長短樁結合、CFG樁-碎石樁結合以及雙向增強復合地基的運用極大豐富了軟弱地基的處治手段，提高了處治效率。由此可見，在軟弱地基處治技術向著更高效率、更低成本方向發展的趨勢下，多種處理方式結合是未來軟基處理的又一個方向。

4 結語

目前我國正處于“十四五”計劃開局之年，經濟快速發展的同時，即將帶來大規模的城市建設，未來地基處理的要求及難度將會不斷提升，綠色環保材料的應用及多種處置方式結合將是半剛性樁復合地基未來的發展趨勢，這也將對復雜地況條件下軟土處治問題產生深遠影響。