CFG桩在市政道路软基处理中的应用

伍志成

【摘 要】目前国内的市政道路工程具有地质条件多变及地下管线复杂等特征，市政道路的软基处理的质量直接关乎到道路的寿命和稳定性。本文结合笔者多年的市政道路软基处理的经验，通过对CFG桩加固软弱地基的机理，针对CFG桩在市政道路软基处理过程中的施工质量控制要点进行分析，供业界人士参考与借鉴。

【关键词】CFG桩；市政道路；软基处理；质量控制

随着我国社会经济建设步伐的加快，市政道路建设得到充分的发展。市政道路建设是带状的、承受动静荷载的人工建筑物，在软土地质地区的道路软基处理中，时常会出现路基沉降过大、导致路堤失稳、路面开裂等现象，对道路的寿命及影响的安全性造成极大的负面影响。CFG桩作为新时代处理软弱地基的新方法，具有施工简单、沉降变形小、承载力高、适用范围较广和经济效益明显等优点，能够很好地解决市政道路建设受工后沉降、预压期限制的软弱地基处理，从而保证市政道路能够安全稳定运行。

1.CFG桩质量要求

在软基处理中，CFG桩的主要质量要求：

（1）桩位必须与设计相符，桩顶位移偏差不大于100mm。

（2）桩垂直度≤1.0%。

（3）桩长设计要求，桩端持力层应选择在承载力相对较高的土层。

（4）桩径的充盈系数要超过1.3。

（5）桩身强度满足设计要求。

（6）单桩承载力满足设计要求。

（7）桩身完整，无缺陷。

2.CFG桩其加固软弱地基的机理

水泥粉煤灰碎石桩（简称CFG桩）是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩，用于市政道路软基处理，主要是通过在路基和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层保证桩、土共同承载，使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。桩端持力层一般选择承载力相对较好的土层。

3.CFG桩的施工工艺

CFG桩复合地基一般适用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等软土地基， 根据不同土质类型及现场条件， 可选用不同的成桩工艺：

（1）长螺旋钻孔灌注成桩， 适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土；

（2）长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩， 适用于粘性土、粉土、砂土以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地；

（3）振动沉管灌注成桩， 适用于粉土、粘性土及素填土地基。

目前， 在道路软土地基处理中经常采用的施工工艺为振动沉管灌注成桩法， 具体如图1所示。

4.CFG桩施工的技术要求

（1）施工前应按设计要求由试验室进行配合比试验，施工时按配合比配制混合料，混合料的坍落度宜为100mm，成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm；

（2）施工顺序应采用隔桩跳打，以减少发生桩径挤小或缩颈的现象；

（3）施工拔管的速度要匀速控制，拔管速度应控制在1.2m/min～1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度需适当放慢；

（4）施工中应注意对地表和已打桩桩顶位移的观测，当桩顶位移超过10mm时，需要对桩体进行开挖查验；

（5）施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高0.5m，并用土封顶，待养生结束后、铺设垫层前予以凿除，以避免桩顶部位混合料的离析；

（6）当施工温度低于5℃时，不宜进行CFG桩的施工；

（7）在清土和凿桩头时，应注意保护桩顶标高以下桩身及桩间土，避免出现桩径断裂以及桩间土扰动现象；

（8）待CFG桩达到28d龄期后应进行施工质量检验。桩的平面位置可用经纬仪或皮尺检测， 桩身质量可采用低应变试验检测，单桩承载力可采用静荷载试验检测；

（9）CFG桩检验完成后，可进行垫层施工，垫层铺设宜采用静力压实法，当桩间土含水量较小时，也可采用动力夯实法，夯填度（夯实后的垫层厚度与虚铺厚度的比值）不大于0.9。

5.CFG桩施工的主要质量问题及原因分析

振动沉管灌注法工艺简单，生产效率高，因此CFG桩常采用此工法，其主要施工程序为场地平整→放样定位→埋桩头→桩机就位→振动沉管至设计深度→停振投料→振动导实后拔管→留振→振动拔管。由于CFG桩处理软弱地基，地层多为饱和淤泥或淤泥质土，施工时主要质量问题及产生原因（表1）。

6.CFG桩施工质量控制要点

6.1 桩位控制

（1）在确保测量控制桩桩位准确无误的前提下，采用高精度的测量仪器（经纬仪和50m钢卷尺）进行施工桩位放样，插“竹签”进行明显标识及编号，并保护好。放样桩位偏差不得大于20mm。

（2）准确埋设桩尖，保证其正对放样安插的“竹签”，二者偏差不大于30mm。

（3）桩机就位后，利用桩机塔身前后和左右垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使桩管垂直对准桩位中心，并用特制尺规检验，使桩位偏差控制在50mm内。

6.2 桩垂直度控制

（1）桩机就位后，保证桩机基座稳固、水平，使桩管轴线垂直（垂直度应小于1%）对准孔位中心。

（2）开始沉管时应控制速度，密切注意桩管是否偏斜，并及时纠正。

（3）桩机上配置水平尺，在沉管过程中，随时检查桩机的水平与稳定，发现异常及时调整，严防倾斜和错位。

6.3 桩身质量控制

6.3.1 混凝土拌制质量控制

混合料配合比要根据场地的土质情况及加固后要求达到的承载力由试验试配确定。配制的混合料和易性要好，坍落度（加筋5～7cm，素混凝土3～5cm）符合规范要求，初凝时间不小于5h，拌和时间不得少于90s，材料要求如下。

（1）碎石粒径20～40mm，松散密度为1.39t/m3，杂质含量小于5%。严格控制粗骨料粒径，避免混凝土在桩管内发生“架桥”现象。

（2）石屑粒径2.5～10mm，松散密度为1.47t/m3，杂质含量小于5%。

（3）Ⅱ级以上粉煤灰。

（4）32.5级以上普通硅酸盐水泥。

6.3.2 沉管质量控制要点

确定合理的施工顺序和施工桩间距，尽量避免振动、挤压等外力扰动，防范后续桩的施工对已施工桩的破坏。

（1）采用隔排隔桩跳打加大桩的施工间距（原则应控制桩距大于3.5倍桩径），或新打桩与已打桩间隔时间不应少于7d。

（2）施打推进方向从中间向外或从一边向另一边，不宜从四周转圈向内推进施工，常采用逐排向后退打施工顺序。

（3）桩长（深）一般根据设计桩长以及桩机抬架双向控制。当桩头到达持力层时，瞬间电流将增大、电压下降，沉管及上部的振动锤会发生颤动和轻微的摆动。

（4）预制桩尖的混凝土强度等级不低于C30，其尺寸和钢筋布置应符合设计要求，在桩尖与桩管接触出缠绕麻绳或垫硬纸衬等，使二者接触处封严。对缝隙较大的活瓣桩尖及时修理或更换。

（5）灌注封底混凝土，桩管沉至地下水位以上0.5～1.0m时灌入0.05～0.1m3的封底混凝土。

6.3.3 混凝土桩身质量控制

（1）桩管内灌注混凝土后，留振5～10s再开始拔管。

（2）严格控制拔管速度，并做到匀速。在一般土层，拔管速度控制在1.2～1.5m/min较适宜，软弱土层宜控制在0.6～0.8m/min。大量实践证明，拔管速度太快将造成桩径偏小或缩径断桩；拔管速度太慢，振动时间过长，易使混合料离析，桩顶浮浆增厚。条件许可时，拔管速度宜通过施工前的工艺试验确定。

（3）拔管过程不允许反插，并保证混合料的灌注必须连续进行。拔管时，如发现上料不足，须在拔管过程中空中投料，使桩管内混凝土随时保持2m左右高度，也应高于地下水位1.0～1.5m。

（4）经常检查灌入量，一般用浮标法或锤击法测量。桩管每提升1～1.5m测量一次。

（5）成桩桩顶标高应高出设计标高0.5m，用粒状材料或湿粘土封顶，待桩基达到一定强度（一般3～7d）后开槽。

7.应用实例分析

7.1 工程概况

某市政道路总长3.125km，按照城市Ⅰ级主干道标准修建，路面宽50m，设计行车速度60km/h。

由于该道路处于沿海软基地带，地层为约1.0m表土硬壳层（耕植土）、淤泥、强风化凝灰岩。在邻山K2+330～K2+660路段设计采用CFG桩+50cm砂垫层+土工格栅进行软基处理。

（1）CFG桩桩身强度C20，要求穿透淤泥层，进入其下持力层（粘土层或强风化凝灰岩层）不少于1m。

（2）复合地基承载力特征值120kPa。

7.2 主要施工设备、机具

采用振动式沉管打桩机架，配DZJ90型变矩式振动锤，主要技术参数为电动机功率90kW，激振力0～747kN，质量6700kg。台架按设计要求的单桩承载力进行配重。桩管外径φ325mm，采用预制桩尖和活瓣桩尖。

7.3 施工质量控制效果

该工程CFG桩采用上述质量控制方法，施工质量全面满足设计和规范要求。

（1）该工程抽取试验桩14根，由某建筑工程质量检测中心有限公司采用压重堆载法进行单桩复合地基静载荷试验。试验结果表明CFG桩复合地基承载力特征值均达到120kPA，满足设计要求。

（2）该工程低应变动力检测抽取CFG桩243根，检测结果显示：I类桩219根，占抽检总数的90.1%，Ⅱ类桩24根，占抽检总数的9.9%，桩身质量和桩身结构完整性满足设计要求。

（3）路基填筑完成后，按设计要求进行了3个月的沉降观测（表2），5月6日～8月6日，观测间隔2周。根据沉降观测成果，各观测桩点的累计沉降量为4～6mm，表明路堤稳固。

表2 CFG桩处理软基路段沉降观测成果

8.结语

综上所述，CFG桩能够合理有效地处理好市政道路的软土地基，成为道路建设中必不可少的环节。但除此之外，在CFG桩的质量控制过程中，应严格按设计图纸和技术规范的要求组织实施，避免质量事故的出现。同时还应科学合理地设置褥垫层，达到减少基底应力集中和地基不均匀沉降的效果。只有这样，才能够保证道路运行的安全稳定性，延长道路的寿命。

参考文献：

[1] 覃国汉，CFG桩在城市道路软基处理中的设计及应用[J].科技资讯，2012.04.

[2] 刘胜军 郝树清， CFG桩在高速公路软基处理中的应用[J].内蒙古公路与运输，2009.09.