應(yīng)用CFG樁加固高速路橋軟弱地基的技術(shù)探究

謝勁松，謝盛陽

（1.江西省交通工程集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330000；2.南昌紅江實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

軟土路基治理一直是公路工程技術(shù)科研尤為重視的技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)于高速公路路橋工程而言，如果軟土路基整固治理不當(dāng)，再好的橋梁上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量也終將因基礎(chǔ)不牢而成為隱患工程。CFG樁復(fù)合基礎(chǔ)是由碎石、粉煤灰、水和水泥等材料，以具體的匹配率攪拌形成的中高黏結(jié)強(qiáng)度樁基結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度基本與素混凝土樁基相當(dāng)，在基礎(chǔ)與加固區(qū)間通過設(shè)置由散體材料構(gòu)成的褥墊層來分散荷載，保證樁土一體工作，從而減少地基沉降。由于CFG樁復(fù)合基礎(chǔ)可以再生利用粉煤灰工業(yè)廢料，一定程度節(jié)省工程成本，適用于處理砂土、粉土、黏性土和已自重固結(jié)素填土等地基，是一種經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性優(yōu)勢(shì)明顯的地基加固方法。CFG樁復(fù)合地基有工期短、施工速度快、沉降小、容易控制質(zhì)量、成本相對(duì)低廉等特點(diǎn)，越來越多地應(yīng)用于工程軟弱地基的加固整治。本研究基于案例工程，對(duì)應(yīng)用CFG樁整固高速路橋軟弱地基技術(shù)開展梳理探究，可為同類路橋軟弱地基治理提供研究和技術(shù)參考。

1 工程概況

案例為位于我國江西省的昌九高速公路改擴(kuò)建工程K31+082～K31+620左幅、K31+082～K31+980右幅等處。地質(zhì)多黃褐色硬塑粉質(zhì)黏土，下伏黃褐色均質(zhì)全風(fēng)化混合巖，部分巖芯呈礫碎狀，部分巖芯呈土狀。路橋基礎(chǔ)所在區(qū)域一定范圍內(nèi)以填方給予整固改造，基床以下筑填合格填料。工程對(duì)原軟弱地質(zhì)基礎(chǔ)狀態(tài)采用由土體、樁體、褥墊層以及筏板復(fù)合構(gòu)成的CFG樁混合地基技術(shù)開展治理整固。

2 整固路橋軟弱地基的CFG樁技術(shù)

2.1 CFG樁加固地基的機(jī)理

（1）置換作用：系列水泥水化與分解粉煤灰發(fā)生硬凝反應(yīng)，構(gòu)成穩(wěn)定的填充結(jié)晶化合物，補(bǔ)填礫石間的縫隙。這些化合物將集料黏結(jié)在一起，可以大幅度增強(qiáng)樁基抗剪強(qiáng)度與形變模量。在這種狀態(tài)下，CFG樁可以在很大程度上發(fā)揮樁的作用，并承擔(dān)大部分上部載荷。

（2）約束作用：在樁基混合地基中，樁體限制了土體側(cè)向形變，可以提高抵抗混合地基垂向形變的能力。

（3）排水作用：CFG樁材料的透滲性與復(fù)合物中水泥和粉煤灰的劑量有關(guān)，依據(jù)試驗(yàn)測(cè)試，CFG樁的透滲常數(shù)通常在10-3～10-1cm·s-1，高出樁間土壤的透滲常數(shù)（通常為10-6～10-4cm·s-1），在成樁初期對(duì)樁周巖土固結(jié)具有加速功效[1]。

（4）擠密作用：粉土、砂性土以及較低的塑性指數(shù)土體實(shí)施CFG樁在處理時(shí)，沉管工藝的擠排土過程，對(duì)樁間土有擠密功效，樁間土強(qiáng)度會(huì)因此獲得改善和加強(qiáng)。同時(shí)CFG樁側(cè)正常應(yīng)力狀態(tài)的改進(jìn)，可以加增樁身側(cè)壁摩的摩擦力，加增單樁的載承力，從而優(yōu)化混合地基的載承力。

2.2 CFG樁加固地基的應(yīng)用設(shè)計(jì)

（1）CFG樁的徑值為0.5m，整固深度應(yīng)高出8m，長(zhǎng)度原則上一定要從軟弱土透滲到硬層。通常狀態(tài)下，土層應(yīng)埋置在基本載承力大于等于0.18MPa并且大于等于1.0m的土層中，下伏基巖段應(yīng)嵌入全風(fēng)化層大于等于0.5m的土層中，整固處理區(qū)域?yàn)樽o(hù)坡基礎(chǔ)內(nèi)的基本區(qū)域。

（2）設(shè)計(jì)樁間距依據(jù)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)檢測(cè)明確，通常以樁徑值的3～5倍給予取值。橋頭銜接過渡段和主線段，混凝土基層應(yīng)力擴(kuò)散角內(nèi)，采取正方形配置，間距取為1.5m；以外采取長(zhǎng)方形配置，橫向取1.6～1.8m間距，縱向取1.5m間距。最外橫向兩排樁，可以適當(dāng)橫向放大樁間距，但是不得高出2.0m[2]。

（3）CFG樁可選擇應(yīng)用螺旋長(zhǎng)鉆泵壓復(fù)合料管內(nèi)注灌成樁工藝，也可以選擇應(yīng)用振動(dòng)沉管注灌成樁工藝方法。具體工點(diǎn)應(yīng)依據(jù)工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)成樁實(shí)驗(yàn)給予具體確定，為保證成樁質(zhì)量，建議優(yōu)先選用螺旋長(zhǎng)鉆泵壓復(fù)合料管內(nèi)注灌成樁工藝。

（4）CFG樁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度，取C20立方體樁體齡期28天抗壓強(qiáng)度≥20MPa標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 CFG樁復(fù)合地基的特點(diǎn)

本案例CFG樁混合地基體系由土體、樁體、褥墊層以及筏板復(fù)合構(gòu)成，其特點(diǎn)：

（1）樁結(jié)構(gòu)有整體性好、載持力高、剛度大、不均勻沉降大幅度獲得克服。

（2）較容易實(shí)現(xiàn)在自然軟土場(chǎng)地條件快速填筑穩(wěn)定的堤壩或高路堤。

（3）可大幅度降低工程成本。

（4）筏板與樁基礎(chǔ)連接錨固后，上部荷載可通過筏板均化傳遞至地基，樁基可將荷載傳遞至深處地基持力層，亦有較優(yōu)的約束樁身側(cè)向變形作用。

（5）沉降幅度相對(duì)小，過程比較快，容易控制工后沉降，可相對(duì)縮短工期，進(jìn)而提升工程進(jìn)度。

（6）無需預(yù)壓期，便于施工作業(yè)。

3 CFG樁功效現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

3.1 基底壓力

在案例工程區(qū)分別選擇典型ABC三個(gè)區(qū)段，通過樁間土、樁頂以及四樁中心的壓力測(cè)量得知,樁間土壓分別為49.7MPa、49.7MPa、32MPa；樁 頂 壓 力 分 別 為55.1MPa、51.5MPa、31.3MPa；四樁中心土壓分別為60MPa、42.9MPa、52.5MPa。樁土應(yīng)力比值，A區(qū)樁頂/四樁中心土壓為0.918，樁頂/樁間土壓為1.109，均值為1.0135；B區(qū)樁頂/四樁中心土壓為1.200，樁頂/樁間土壓1.036，均值為1.118。C區(qū)樁頂/四樁中心土壓為0.596，樁頂/樁間土壓0.978，均值為0.787[3]。

3.2 基底沉降

通過配置在樁頂、樁間土以及四樁之間的行心區(qū)域的降沉板，通過測(cè)量獲得樁頂部、樁間以及四樁行心區(qū)域的結(jié)構(gòu)降沉與降沉差。

（1）單點(diǎn)降沉測(cè)量：借助在樁間鉆孔設(shè)埋單點(diǎn)降沉計(jì)，可測(cè)出該處的降沉量。M點(diǎn)位處左線上，與橋臺(tái)距離1m；N點(diǎn)位處中線，與橋臺(tái)距離10m，為分層降沉計(jì)測(cè)量所在；0點(diǎn)位處中線，與橋臺(tái)距離20m；P點(diǎn)位處左線，與橋臺(tái)距離20m；Q點(diǎn)位處P點(diǎn)左側(cè)，與橋臺(tái)距離10m；R點(diǎn)位處左線，與橋臺(tái)距離30m；S點(diǎn)位處左線，與橋臺(tái)距離10m。各點(diǎn)試驗(yàn)測(cè)量所得降沉-時(shí)程曲線揭示，降沉在前期呈現(xiàn)隨時(shí)程不斷增加的趨勢(shì)；但此過程中降沉速率卻呈不斷降低的趨勢(shì)；在預(yù)壓階段，降沉基本趨于穩(wěn)定[4]。

（2）分層降沉測(cè)量：經(jīng)分層降沉測(cè)量得知，沉降亦表現(xiàn)為在前期呈現(xiàn)隨時(shí)程不斷增加的趨勢(shì)，之后才逐漸趨于穩(wěn)定。下上兩層的沉降反應(yīng)并不一致，比較而言，下層降沉相對(duì)較大。中線各點(diǎn)的降沉測(cè)量揭示，中線同平面的降沉反應(yīng)狀態(tài)幾乎一致。在分層時(shí)程降沉曲線中存在跳躍區(qū)段，是因?yàn)楣こ滩僮髦校┕ね跈C(jī)往來車位剛好處在該區(qū)段，經(jīng)清理表層和檢驗(yàn)后，該段填回，這樣就導(dǎo)致了測(cè)量數(shù)據(jù)的跳躍現(xiàn)象。下上兩層降沉不一致，下層降沉比較大，原因有可能是：填充料壓縮程度不同，兩層土體等效模量不同，所引發(fā)的降沉有所差異；還有在該截面，地基的上層其土層高度相對(duì)較小，故土體縮壓模量亦相對(duì)小。

4 結(jié)語

基于工程案例，對(duì)應(yīng)用CFG樁整固高速路橋軟弱地基技術(shù)開展了專題探究。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)量揭示，案例應(yīng)用的CFG混合樁基的樁土應(yīng)力比，呈現(xiàn)隨載荷增強(qiáng)而增強(qiáng)，隨樁長(zhǎng)增長(zhǎng)而加大，隨墊層厚度加大而逐步降低的應(yīng)變趨勢(shì)。樁及樁間土的降沉狀態(tài)，在墊層較薄時(shí)影響樁土應(yīng)力比，樁土形變差異越大，則樁土應(yīng)力比就會(huì)對(duì)應(yīng)越大。混合地基不同區(qū)域的樁土應(yīng)力比有所差異，由路堤中線至坡腳呈現(xiàn)遞減變化。