CFG 樁復合地基在深層軟土路基處理中的應用

陳愿CHEN Yuan

（昆明市政工程設計研究院（集團）有限公司，昆明 650228）

0 引言

軟土是軟弱粘性土的簡稱，主要是海相、河相、湖相的沉積物，基本處于飽和狀態，含水量大于液限。軟土的特點是：含水量高、孔隙比大、抗剪強度低、壓縮性高、滲透系數小，具有靈敏性和觸變性，物理力學性質變化大。

軟土的抗剪強度低，填土后受壓，可能產生地基剪切破壞或較大的沉降，從而導致路基的破壞。因此，需要對軟土路基進行適當的處理，以增加其穩定性、減小沉降。軟土路基的處理主要有兩類：加速固結沉降或減小沉降量的沉降處理類；提高路基穩定性的穩定處理類[1]。軟土路基處理方法的選擇是關乎整個工程的質量、進度和投資的重要一點，快速、有效、經濟的軟土路基處理方法能夠使工程獲得良好的社會、經濟效益。

軟土路基的處理方法可以分為淺層處理及深層處理兩類：換填法及拋石擠淤法主要用于淺層軟土路基處理；堆載預壓法、排水固結法、復合地基法主要用于深層軟土路基的處理。本文主要討論深層軟土路基的處理。

1 軟土路基處理方法

我國針對在軟弱地基上修建道路開展了大量的研究工作，形成了多種各種軟基處理的工法和技術，如：堆載預壓法、豎向排水固結法、復合地基法等，這些方法在提高道路路基穩定性及控制道路工后沉降變形方面取得了較好的成果。

1.1 堆載預壓法

路基填筑到超過設計標高的高度，使得軟土地基承受超載作用二加速固結沉降，從而使路基較早達到設計荷載下的沉降量，將路面鋪筑后的工后沉降控制在容許范圍內是堆載預壓的目的。然而，堆載量過大，可能超過路基和軟土層的承載量，導致路基失穩。

1.2 排水固結法

對于軟土層較厚且滲透性較小時，軟土地基的自然固結較慢，為了加速其固結可以在軟土層內引入排水單元。排水固結法是在地基內設置豎向排水井，對地基原有的排水邊界條件進行了改變，縮短了排水距離，加速軟土地基的排水固結。排水固結法通常由水平的砂墊層和豎向的排水井組成，豎向排水井的材料可用砂井或塑料排水板。該法對均勻的軟土地基效果最好，當土層中含有砂層或泥炭質土時效果較差。

1.3 復合地基

天然地基在地基處理過程中，部分土體得到增強，或被置換，或在天然地基中設置加筋體，由天然地基土體或增強體兩部分組成共同承擔荷載的人工地基稱為復合地基[2]。復合地基有柔性樁復合地基和剛性樁復合地基，常用于深層軟土路基處理的復合地基是水泥攪拌樁復合地基、CFG 樁復合地基。

利用水泥作為固化劑，通過深層的攪拌機械在地基深處原位將軟土和水泥進行拌合形成的復合地基稱為水泥攪拌樁復合地基，該法對于地層中含有泥炭質土、塑性指數大于25 的粘土、有機質含量較高的土處理效果較差。

2 CFG 復合地基

CFG 樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，CFG 樁樁體通常需達到C15 混凝土的強度，自身具有一定的強度，根據歸法屬于剛性樁，因此，CFG 樁不僅具有置換樁的特點，還擁有加固土樁的優勢。同時，CFG 樁對于處理泥炭質土地基具有明顯優勢：采用CFG 樁其混合料具有可控性，且本身具有一定的粘結強度，只要施工措施合理很大程度上能保證成樁質量不受泥炭土中有機物的干擾。其次，CFG 樁一旦形成復合地基，便由樁土共同承擔上部荷載，樁土應力比可通過褥墊層調整，形成較好的受力體系。最后，CFG樁對地下水沒有過多干擾，孔隙水壓力在地基抗力方面仍發揮著作用，原有地質環境的干擾比其它地基處理方法小。

CFG 樁不像排水固結法受制于土體本身固結系數的影響需要較長的時間才能達到效果，只要樁體材料根據一定的配合比拌合，養護期到達齡期要求即可進行下一道工序的施工，具有工期優勢。同時，CFG 樁混合料含有粉煤灰，對于相同作用機理的混凝土樁、預制樁來說，具有相對較高的造價優勢。

通過以上分析可以看出，CFG 樁復合地基在處理含有泥炭質土的深層軟土力集中具有穩定性好、施工簡便、承載力高、工程沉降控制方面更有優勢，有較好的應用價值。

3 實例分析

3.1 工程地質概況

云南某城市一條新建道路，道路全長約2km，紅線寬度40m，位于湖湘沉積地帶，道路工程地地質情況如下：

①雜填土層，未經充分碾壓，均勻性差。

②粘土：褐黃色、黃色為主，帶褐色，可塑狀態為主，局部軟塑，飽和，高壓縮性，切面平滑，質細，含少量鐵錳質結核顆粒。

③泥炭質土：褐黑色、灰黑色，軟～流塑狀態，飽和，超高壓縮性，高孔隙比，高含水量。有機質含量22.5%-62.6%，平均39.2%，含較多腐爛植物，局部夾淤泥薄層。

③-1 粉土：褐灰、灰色為主，夾褐色。中密為主，局部稍密，濕～很濕。中壓縮性。切面較粗糙，不均勻夾粉砂薄層及少量粘土團塊，含少量腐爛植物碎片。

④粘土：淺灰色、灰褐色，夾蘭灰色，可塑狀態為主，局部偏軟塑。飽和。高壓縮性。夾少量粉土粉砂團塊，含少量腐爛植物碎片。

④-1 粉土：灰色、淺灰色，中密為主，局部稍密，濕～很濕。中壓縮性。切面較粗糙，不均勻夾粉砂薄層及少量粘土團塊，含少量腐爛植物碎片。

④-2 泥炭質土：褐黑色、黑色，軟～可塑狀態，飽和，高～超高壓縮性，高孔隙比，局部高含水量。有機質含量5.8%-37.9%，平均17.3%，含較多腐爛植物，局部夾有機質粘土薄層。

④-3 粘土：淺灰色、灰褐色，夾蘭灰色，軟～流塑狀態。飽和。高壓縮性。夾少量粉土粉砂團塊，含少量腐爛植物碎片，局部夾淤泥質土薄層。

⑤淤泥質粉質粘土：蘭灰色、淺灰色，流塑狀態。飽和。中～高壓縮性。夾少量粉土、粉砂團塊，含少量腐爛植物碎片。

⑤-1 泥炭質土：褐黑色、黑色，軟塑狀態為主，飽和，高～超高壓縮性，高孔隙比，高含水量。有機質含量26.9%-50.8%，平均37.2%，含較多腐爛植物。

⑥粉土：灰色、淺灰色，中密為主，局部密實，濕。中壓縮性。切面較粗糙，不均勻夾少量粉砂及粘土團塊，含少量腐爛植物碎片。搖振反應中等，干強度低，韌性低。（表1）

表1 各土層主要物理力學指標及承載力特征值建議表

根據地質勘查資料揭示，道路下伏深層軟土，層厚可達10m 以上，需對其進行處理。

3.2 天然地基沉降設計算

根據地質勘查單位所提供的地勘資料，對天然地基沉降量，在路堤荷載作用下的沉降量進行了計算。

沉降計算采用應力面積法進行，道路沿線路堤的高度一般路段在2m 左右，路堤荷載（附加應力荷載）取40kPa，選取兩個典型斷面進行計算。

p0：基礎底面處的附加壓力值（kPa）；

ψ：沉降計算經驗系數；

Esi：基礎底面下第i 層土的壓縮模量（kPa）；

zi、zi-1：基礎底面下第i 層土、第i-1 層土的厚度（m）；

表2 為特征斷面的沉降計算結果。

表2 天然地基特征斷面的沉降計算

從上述計算可以看出，工后沉降超過規范一般路段工后沉降容許值30cm，需對天然地基進行處理。

3.3 CFG 樁復合地基沉降計算

根據前文分析，對該道路軟土路基采用CFG 樁復合地基處理，對于CFG 樁復合地基，根據地質勘查資料，根據規范采用下述公式對單樁承載力和復合地基承載力進行預估。

Ra：單樁豎向抗壓承載力特征值（kN）；

AP：單樁截面積（m2）；

up：樁的截面周長（m）；

n：樁長范圍內所劃分的土層數；

qsi：第i 層土的樁側摩阻力特征值（kPa）；

qp：樁端土地基承載力特征值（kPa）；

α：樁端土地基承載力折減系數，可取1.0。

fspk：復合地基承載力特征值（kPa）；

fsk：樁間土地基承載力特征值（kPa）；

βp：樁體豎向抗壓承載力修正系數，可取1.0；

βs：樁間土地基承載力修正系數，端承樁可取0.1-0.4；

m：復合地基置換率。

本項目取樁徑0.5m，樁間距1.8m，正三角形布置，置換率為0.07，設計復合地基承載力為140kPa。

復合地基沉降=加固區內的沉降+軟弱下臥層的沉降

φp：樁體壓縮經驗系數，一般可取1/2-1/3；

Q：樁樁頂附加荷載（kN）；

l：樁長（m）；

Ep：樁體壓縮模量（kPa）；

△Pi：第i 層土的平均附加應力增量（kPa）；

Esi：基礎底面下第i 層土的壓縮模量（kPa）；

li：第i 層土的厚度（mm）；

φs2：復合地基加固區下臥土層壓縮變形量計算經驗系數（m）。

作用在復合地基加固區下臥層頂部的附加壓力采用壓力擴散法進行計算：

pz：軟弱下臥層頂面處的附加壓力值（kPa）；

l：基礎底邊的長度（m）；

h：復合地基加固區深度（m）；

a：基礎長度方向樁的外包尺寸；

b：基礎寬度方向樁的外包尺寸；

p0：復合地基加固區頂部的附加壓力（kPa）；

表3 為特征斷面的沉降計算結果。

表3 CFG 樁復合地基處理后特征斷面的沉降計算

從上述計算可以看出，工后沉降小于城市道路路基設計規范[3]要求的一般路段工后容許沉降值30cm。在實際使用過程中，道路沉降較小，CFG 樁復合地基處理取得良好效果，CFG 樁復合地基處理如圖1，圖中單位均以cm 計。

圖1 CFG 樁復合地基處理圖

4 結論

通過以上分析可以看出，CFG 樁復合地基具有穩定性好、施工簡便、承載力高、質量容易控制，在工后沉降及造價控制方面更有優勢，有較好的應用價值。