CFG樁與高壓旋噴樁復(fù)合地基加固效果分析

張 帥

（山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600）

軟土地基天然含水率高、強(qiáng)度低、承載能力差，處治不當(dāng)會產(chǎn)生不均勻沉降，造成路基路面結(jié)構(gòu)的整體破壞。在高速公路勘察設(shè)計(jì)與施工過程中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況制定合理的加固方案，提高地基承載力。CFG樁、水泥粉噴樁是常用的軟土地基處治方法，但CFG樁不適用含有卵石夾層的軟土地基處治[1]。在陽左高速公路軟基勘察設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)在軟土地基中間有一層稍密狀卵石夾層，為了做好軟土地基加固處治，對上部軟土層采用CFG樁加固，對下部軟土層采用水泥粉噴樁加固，組成多元復(fù)合地基。

1 多元復(fù)合地基加固機(jī)理

多元復(fù)合地基是采用兩種或兩種以上加固方式加固地基，通過樁體和樁間土體組合而成的一種復(fù)合地基形式[2]。在多元復(fù)合地基設(shè)計(jì)過程中，樁間土體和加固樁體分別作為一個研究對象，將樁體的材料和設(shè)計(jì)長度作為重點(diǎn)研究參數(shù)。多元復(fù)合地基通常選用不同樁長不同黏結(jié)強(qiáng)度的樁體，對地基不同深度進(jìn)行加固處理。CFG樁和水泥旋噴樁的適用情況有所不同，CFG樁通常只能用于軟弱土體的處理，而地基中如果含有卵石夾層就很難通過。水泥旋噴樁可以穿過卵石夾層，對下部軟弱結(jié)構(gòu)層進(jìn)行加固處理[3]。二者組合形成多元復(fù)合地基，對不同深度的軟土地基進(jìn)行加固，綜合提高地基承載能力。

CFG樁和水泥旋噴樁多元復(fù)合地基是由樁體、樁間土、褥墊層和基礎(chǔ)組成一個的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，共同承受基礎(chǔ)上部荷載的作用。CFG樁和水泥旋噴樁多元復(fù)合地基的加固效果和樁間距有一定關(guān)系，樁間距越大，地基加固效果越差[4]。總之，CFG樁和水泥旋噴樁多元復(fù)合地基主要依靠樁體承受來自上部荷載的作用，軟基加固設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮樁體材料、長度和樁間距等參數(shù)，綜合各方面因素進(jìn)行計(jì)算，確保地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

2 軟土地基加固方案設(shè)計(jì)

2.1 工程簡介

陽左高速公路采用雙向四車道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度采用80 km/h，路基寬度24.5 m。K19+305—K21+050段軟土地基上部為硬可塑粉質(zhì)黏土，中部有一層稍密狀卵石夾層，下部為粉質(zhì)黏土，內(nèi)部含有少量卵礫石，為軟弱下臥層，粉質(zhì)黏土層下部為基巖。該路段路基填筑高度為6.5～10.5 m。

2.2 CFG樁與高壓旋噴樁復(fù)合地基加固方案

為了有效提高軟土地基承載力，該路基采用CFG樁與高壓旋噴樁復(fù)合地基的方式進(jìn)行加固處治。上部硬可塑粉質(zhì)黏土層采用CFG樁加固，由于中部卵石夾層CFG樁無法穿過，下部粉質(zhì)黏土軟弱層采用高壓旋噴樁加固，加固設(shè)計(jì)斷面如圖1所示。CFG樁設(shè)計(jì)樁徑D=700 mm，樁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度不小于15 MPa，樁間距1.5 m，采用梅花型布置，加固厚度為2.5 m。高壓旋噴樁樁徑D=800 mm，樁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度不小于10 MPa，樁間距1.2 m，采用梅花型布置，加固厚度為6 m。CFG樁與高壓旋噴樁完工后設(shè)置400 mm褥墊層，在兩層砂礫墊層中間鋪設(shè)一層土工格柵，以降低地基沉降變形對路基的影響。砂礫填充在土工格柵的空隙中產(chǎn)生嵌鎖作用，起到加筋作用，提高了褥墊層的強(qiáng)度和剛度，進(jìn)而起到抵抗路基變形的作用。

圖1 軟土地基加固設(shè)計(jì)斷面圖

3 CFG樁與高壓旋噴樁復(fù)合地基加固效果分析

3.1 靜載試驗(yàn)方案

復(fù)合地基靜載試驗(yàn)設(shè)備主要包括1 000 kN千斤頂、百分表，以及其他輔助設(shè)備。反力系統(tǒng)采用地錨反力裝置，加載系統(tǒng)選用圓形鋼質(zhì)荷載板，下部鋪設(shè)粗砂墊層，使用1臺油壓千斤頂分級加載，每次加載后做好記錄。該項(xiàng)目靜載試驗(yàn)采用逐級等量加載的方式，每級加載時間控制在1 h以上，且樁頂沉降出現(xiàn)明顯收斂時方可進(jìn)行下一級加載。每級加載幅度控制在±10%，應(yīng)均勻、連續(xù)加載，防止產(chǎn)生沖擊。將K19+500—K19+600作為試驗(yàn)段，每級加載后記錄加載時間、荷載、樁頂沉降量等參數(shù)，用于單樁承載力和復(fù)合地基承載力的分析。

3.2 單樁承載力載荷試驗(yàn)結(jié)果

CFG樁單樁承載力檢測加載分為10級，每級加載為40 kPa，總加載量為400 kPa。選取K19+500—K19+600段135-4、146-2、162-6號樁作為研究對象，靜載試驗(yàn)記錄如表1所示，繪制Q-s曲線如圖2所示。

表1 CFG樁靜載試驗(yàn)記錄

圖2 各樁點(diǎn)Q-s曲線

分析試驗(yàn)段3個試樁單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果和Q-s曲線，確定各樁點(diǎn)單樁豎向承載力特征值，如表2所示。

表2 試驗(yàn)段單樁豎向承載力特征值

分析表2試驗(yàn)段單樁豎向承載力特征值結(jié)果，各樁點(diǎn)承載力特征值和平均值均高于設(shè)計(jì)要求的200 kN，最終沉降量最大值達(dá)到11.78 mm，各測點(diǎn)沉降量最大差值為0.9 mm，沉降量比較接近，說明加固處治后單樁豎向承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果

復(fù)合地基承載力載荷試驗(yàn)加載方式與單樁靜載試驗(yàn)相同，總加載量為320 kPa。選取133-5、148-7、165-11測點(diǎn)為研究對象，靜載試驗(yàn)記錄如表3所示，繪制P-s曲線如圖3所示。

表3 CFG樁靜載試驗(yàn)記錄

圖3 各測點(diǎn)P-s曲線

分析K19+500—K19+600試驗(yàn)段3個試樁單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果和P-s曲線，確定各測點(diǎn)復(fù)合地基豎向承載力特征值，如表4所示。

表4 試驗(yàn)段復(fù)合地基承載力特征值

分析表4試驗(yàn)段復(fù)合地基承載力特征值結(jié)果，各測點(diǎn)承載力特征值和平均值均高于設(shè)計(jì)要求的200 kN，最終沉降量最大值達(dá)到14.39 mm，各測點(diǎn)沉降量比較接近，說明采用CFG樁與水泥旋噴樁復(fù)合地基加固處治后，軟土地基承載力明顯提高，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

采用CFG樁與水泥旋噴樁復(fù)合地基，可最大限度地發(fā)揮二者加固軟基的優(yōu)勢，有效提高軟基承載力。CFG樁無法穿過卵石層，可采用水泥攪拌樁對深部路基進(jìn)行加固，有效控制地基變形。CFG樁僅對上部軟基進(jìn)行加固，可降低施工成本。通過靜載試驗(yàn)對CFG樁單樁承載力和復(fù)合地基承載力進(jìn)行檢測，分析試驗(yàn)結(jié)果得出各樁點(diǎn)與復(fù)合地基承載力特征值和平均值均高于設(shè)計(jì)要求，且最終沉降量也滿足設(shè)計(jì)要求，說明達(dá)到了預(yù)期加固效果。