CFG樁復合地基在寧德沿海深厚軟基處理中的應用

摘要 文章基于CFG樁復合地基加固機理，以其在寧德市某濱海道路處理深厚海相沉積淤泥軟基的成功運用為例，提供了CFG樁復合地基的設計思路。首先，通過計算分析了樁間距對復合地基承載力、沉降變形和穩定性的影響；然后，結合軟基處理設計方案和施工檢測情況，驗證了CFG樁復合地基的加固效果，以期加深設計者對濱海深厚軟基處理方法的認識，為類似地質條件下的工程設計提供參考。

關鍵詞 海相沉積淤泥；CFG樁復合地基；沉降變形

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）05-0131-03

0 引言

寧德市位于福建省東北部沿海，其下伏軟土具有典型的閩東北第四系軟黏土沉積特性，獨特的內灣地形又使其兼具與傳統浙閩沿海軟土不同的物理力學特性[1]。海相沉積淤泥層通常具有高含水量、高孔隙比、低強度、高壓縮性，并常具有觸變性、結構性等特性。隨著寧德地區基礎建設的快速發展，大量與海相淤泥有關的市政道路工程問題不斷涌現。CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）復合地基，因其在控制軟土地基工后沉降、提高軟土地基承載力和路基穩定性的良好性能，并能夠有效縮短建設工期，在道路工程中軟基處理中得到廣泛應用。鑒于此，該文以寧德市某濱海主干路地基處理的工程實踐為例，探討采用CFG樁復合地基處理在道路工程中的設計方法及實際地基的處理效果，為該地區類似工程提供借鑒。

1 CFG樁復合地基加固機理

CFG樁復合地基作為一種低強度樁復合地基，由褥墊層、樁體和樁間土等三部分組成，其加固機理如下。

1.1 加筋褥墊層的協調變形作用

路基作為柔性基礎，在基底褥墊層設置土工格柵以增加墊層剛度，可以改善樁土的受力作用，增大樁土荷載分擔比，以減小樁頂刺入填土路基的刺入量，保證并協調樁和土共同承擔荷載。

1.2 樁體和樁間土共同作用

區別于樁基礎的由單根樁或群樁承擔上部荷載的受力模式，CFG樁復合地基是利用樁與樁周土的共同作用，形成復合加固區，共同承擔上部荷載。而相較于水泥攪拌樁等柔性樁，CFG樁樁體具有較高的強度和剛度，樁長也可以更長一些。通過與樁間土的共同作用，全樁長能夠發揮側摩阻力，當樁端位于較好的土層時，還具有良好的端承力，將荷載傳遞至較深的土層，因此CFG樁可以大幅度提高地基承載力，減小沉降。

2 工程概況及地質條件

某主干路是沿線地貌類型屬海陸交互相沉積平原與剝蝕殘丘地貌單元，沿線主要為魚塘、菜地等，地勢較平緩。該文擬采用CFG樁處理段地面標高1.0～2.2 m，地層自上而下如下：海相淤積成因（Q4m）淤泥、海陸沖積成因（Q4al）黏性土、花崗巖殘積砂質黏性土（Qel）。地基土層的常規、特殊物理力學指標分別見表1和表2所示。

（1）海相淤積成因淤泥：深灰色，流塑，飽和。以淤泥為主，局部相變為淤泥質土，含有腐殖質和少量貝殼碎屑，有機質含量為0.92%～1.32%。本層主要分布在海陸交互相沉積平原區和地貌單元過渡段，分布較廣泛，厚度由平原向丘陵遞減，均勻性差，揭示厚度為13.5～15.7 m.

（2）海陸沖積成因粉質黏性土：淺灰色、灰黃色，可塑為主，局部軟塑狀，飽和。本層分布范圍不均勻，埋深變化大，且厚薄不一，均勻性差，揭示厚度為0～7.2 m。

（3）殘積砂質黏性土：灰黃色，可塑，稍濕～飽和。為花崗巖風化殘積物，礦物成分除石英外已完全風化成黏土礦物，可見母巖殘余結構，具有遇水易軟化崩解特性。成分以黏性土為主，不均勻含有少量砂礫。鉆孔揭示厚度為5.8～10.8 m，本層未揭穿。

3 CFG樁復合地基處理方案設計思路及設計方法

CFG樁復合地基需在滿足承載力、穩定性和路基工后沉降要求的前提下，通過調整樁長和面積置換率（樁徑、樁間距）進行設計。設計段落的路基填土高度為4.5～

5.2 m，典型地質橫斷面見圖1所示，各土層的承載力特征值及側阻力特征值、端阻力特征值見表1～3所示。

3.1 樁長設計

根據CFG樁承載力的發揮特點，樁身穿透軟弱土層，進入較好土層1～2 m。

3.2 復合地基承載力計算

CFG樁復合地基承載力是由樁體承載力和樁間土承載力組成[2]，復合地基承載力特征值表達式如下：

（1）

式中，fspk——復合地基承載力特征值（kPa）；λ——單樁承載力發揮系數，結合地區經驗取1.0；m——面積置換率；Ra——單樁豎向承載力特征值（kN）；Ap——樁的截面積（m2）；β——樁間土承載力發揮系數，結合地區經驗取0.8；fsk——樁間土承載力特征值（kPa）。

CFG樁單樁豎向承載力Ra特征值表達式如下：

（2）

式中，up——樁周長；qsi——樁側摩阻力特征值

（kPa）；lpi——樁長范圍內第i層土厚度（m）；αp——樁端阻力發揮系數，按地區經驗取1.0；qp——樁端阻力特征值（kPa）。

由式（1）可導出正三角形布置且樁徑為d時，復合地基樁間距L與復合地基承載力特征值fspk的關系如下：

（3）

結合福建地區的工程經驗，道路工程CFG樁樁徑一般設置為50 cm，采用正三角形布置，樁間距一般在1.5～2.5 m。

3.3 沉降計算

CFG樁復合地基沉降變形s由加固區壓縮量s1、下臥層壓縮量s2、路基填土壓縮量和褥墊層壓縮量共同組成，其中路基填土壓縮量和褥墊層壓縮量一般較小，且在施工期均基本完成，計算沉降變形時將不予考慮[4]。下臥層壓縮量s2計算，大多采用規范推薦的分層總和法，附加應力按Boussinesq方法進行計算。加固區壓縮量s1計算方法主要有復合模量法、樁身壓縮量計算法、應力修正法、承載比法和規范法等，設計時采用規范法進行計算[3]。根據大量工程經驗，復合地基施工期完成總沉降量的70%～90%，其余為工后沉降。地基最終沉降變形量s計算表達式如下：

式中，s——地基最終沉降變形量（mm）；ψs——沉降經驗系數，由復合土層壓縮模量當量值確定；ξ——復合土層壓縮模量提高系數；zi、zi-1——整平面頂面距離第i層土、第i-1層土底面的距離；、——整平面頂面距離第i層土、第i-1層土底面范圍的平均附加應力系數。

3.4 穩定性計算

復合地基穩定性的計算方法與一般軟土路基相同，采用圓弧滑動法中的有效固結應力法進行計算[5]，穩定安全系數F計算表達式如下：

式中，cqi——路基填料黏聚力（kPa）；φqi——路基填料內摩擦角（°）；φcqi——地基土固結快剪下的內摩擦角（°）；Ui——基平均固結度（%）；αi——土條底面與水平面交角（°）；li——土條底面弧長（m）；WIi——土條地基部分重力（kN）；WIIi——土條路堤部分重力（kN）。

復合地基內滑動面上的抗剪強度采用復合地基的抗剪強度τps，計算公式如下：

（7）

式中，τp——CFG樁樁體抗剪強度（kPa）。

3.5 CFG樁復合地基設計方案

CFG樁復合地基的承載力、沉降及穩定性計算結果見圖2所示。

從圖2可以得出，復合地基承載力與樁間距成反比，沉降量與樁間距近似成正比。在樁間距為1.8 m，即面積置換率0.07時，復合地基承載力特征值為120 kPa，復合地基較原地基承載力特征值提高了1.7倍，復合地基總沉降量為45.4 cm，工后沉降范圍為4.5～13.6 cm，承載力和沉降均可滿足道路工后沉降要求。在不采用復合地基處理時，穩定安全系數為0.613、樁間距為2.5 m時，穩定安全系數提高到1.294，可以看出設置CFG樁可以大幅度提高路基穩定安全系數。

根據計算結果，CFG樁復合地基設計方案如下：采用長螺旋中心灌壓成樁工藝施工，樁身強度等級不低于C15，樁徑50 cm，正三角形布置，樁間距1.8 m，樁身穿透淤泥層進入粉質黏土層或殘積砂質黏性土層2 m，樁長15～18 m。樁頂鋪設50 cm厚加筋碎石褥墊層。單樁設計承載力特征值不低于260 kN，復合地基設計承載力特征值不低于120 kPa。

4 地基處理效果分析

為檢驗CFG樁復合地基處理效果，從樁身完整性、單樁承載力、復合地基承載力和沉降監測等方面進行驗證。

4.1 樁身完整性

該工點共施工CFG樁2 781根，檢測數量279根（10%）。其中，Ⅰ類樁占比87.1%，Ⅱ類樁占比12.9%。Ⅱ類樁不會影響樁身結構承載力的正常發揮，未檢測到斷樁現象，采用長螺旋中心灌壓成樁工藝的施工效果良好。

4.2 承載力檢測

路基堆載結束后，對復合地基承載力和單樁豎向承載力進行檢測，檢測結果均滿足設計要求，CFG樁對提高軟土地基承載力效果較好。

4.3 沉降監測

填土進入堆載期后，連續3個月內路基表層的最大沉降量為3.4 cm，連續兩個月的沉降量每月不超過3 mm，推算工后沉降量不超過30 cm，滿足市政主干路設計要求，CFG樁對控制軟土地基的工后沉降效果較好。

5 結語

（1）CFG樁復合地基由樁體和樁間土共同承擔上部荷載，鋪設剛性褥墊層，可以改善柔性基礎下的樁土受力作用。計算結果表明，復合地基承載力與樁間距成反比，地基沉降與樁間距成正比，設置CFG樁可以大幅度提高路基穩定性。

（2）因寧德地區海相沉積淤泥分布范圍廣，且從陸地到海灣，厚度逐漸增大。在道路工程設計時，應結合具體地質情況，合理選用地基處理方法。CFG樁復合地基在寧德濱海道路深厚軟基處理的成功實踐，為設計人員處理本地區的濱海軟土提供參考。

參考文獻

[1]于俊杰，許圣華，馮啟，等.寧德海相軟黏土工程特性與沉積環境初探[J].工程地質學報， 2021（4）：1207-1215.

[2]建筑地基處理技術規范：JGJ 79—2012[S].北京：中國建筑工業出版社， 2012.

[3]建筑地基基礎設計規范：GB 50007—2011[S].北京：中國建筑工業出版社， 2011.

[4]孫華波，周振鴻，武威，等.CFG樁復合地基設計計算中存在問題的探討[J].工程勘察， 2020（11）：35-39.

[5]公路軟土地基路堤設計與施工技術細則：JTG/T D31-02—2013[S].北京：人民交通出版社， 2013.