城市道路软基处理中不同桩型的选择对桩处理的效果比较

傅 诚

（杭州市城建设计研究院有限公司，浙江 杭州 310001）

0 引言

桩处理在城市道路软基处理中占有非常重要的地位，本文主要从水泥搅拌桩、Y形沉管灌注桩、CFG桩三个桩型的选择方面来具体阐述它们各自适用的情况。

1 水泥搅拌桩技术在道路软基处理中的运用

1.1 设计方案与计算

在城市道路的具体工程中，荷载是通过路基传递给地基的，而路基的的刚度相对较小，这种地基也称作柔性基础下的复合地基，道路工程中的复合地基与建筑工程有很大的差异，建筑工程的基础一般是刚性基础。水泥搅拌桩是柔性桩，所以复合地基的主要特性就是在荷载作用下增强体与天然地基土体的变形协调关系，在设计时要将天然地基土的承载作用发挥到极致，要求桩土间的荷载分担比在一个合适的范围内，这是复合地基设计的关键问题。

首先要确定水泥搅拌桩的技术参数。根据标准规范进行水泥土的配合比试验确定水泥土的无侧限抗压强度，并确定水泥的强度等级、水泥用量、水灰比和桩径。

1.2 桥台后及高填土路段软基处理

水泥搅拌桩法中的复合地基的沉降主要由两部分组成，分别是加固区沉降和加固区下卧层沉降，计算方法都采用分层总和法，其中复合模量法运用在加固区，应力扩散法运用在加固区下卧层中，路基的工后总沉降由固结度计算。根据计算结果，高填土路段和桥台后30 m范围内进行水泥搅拌桩处理，具体的桩长和间距要根据填土高度和地质情况的变化而确定，同时在桩顶设置一层50 cm厚度的土工格栅和级配碎石垫层用来分散应力。

深层搅拌的具体工艺流程如图1所示。

图1 深层搅拌法的工艺流程图

深层水泥搅拌桩孔位布置如图2所示。

图2 深层水泥搅拌桩孔位布置图

1.3 效果分析与结论

（1）根据具体的实际工程作业后发现，现场水泥搅拌桩的桩体强度，以及经过处理后的复合地基承载力度均满足设计要求与规范。同时工程竣工后根据现场使用情况来看，水泥搅拌桩地基处理方法在减小路基沉降量方面和减少桥头跳车现象的发生均有良好的效果。

（2）水泥搅拌的加固原理主要是固化水泥和天然土，然后再形成强度满足要求的土基，因此，为了达到道路沉降更小的目的，在复合地基设计过程中，布桩方案采取短而密的方式有利于提高一定深度范围内复合地基的压缩模量。

（3）通过与刚性基础下的复合地基的比较，城市道路工程柔性基础下复合地基中设计合理的褥垫层有利于传递荷载，并且能最大程度地发挥处理桩间土的作用。

（4）水泥搅拌桩的处理效果能否达标，在很大程度上取决于设计参数的选择和施工过程中的成桩质量控制。

（5）通过检查工程实例过程中的质量发现，水泥土的搅拌均匀程度极大地影响着桩身强度，目前水泥搅拌桩施工作业中采用两搅两喷的施工工艺比较多，但是换成四搅四喷的施工工艺，在一定程度上可以提高桩身的强度。

2 Y形沉管灌注桩在处理高速公路桥头软基中的应用

2.1 方法简要介绍

长期以来，影响软土地基上高速公路建设的质量问题就是桥头跳车问题，这种现象的直接原因就是刚性桥台结构物与柔性路堤在道路上荷载的不断作用下，人工填土发生变形、天然土基自身发生固结沉降等产生的较大的差异沉降变形。所以要对桥头路基进行特殊处理才能解决桥头跳车问题。Y型沉管灌注桩是一种异型灌注桩，它派生于传统的沉管灌注桩，但有自身的特点。其断面形状是曲边三角形，由三段弧线弧面向内组成，它的成桩工艺还是采用普通的沉管桩，但是要将原有的圆管型桩模变成Y型桩模，这样既能突出沉管灌注桩价格低廉、施工快捷的特点，还能体现出等截面非圆形桩摩阻力提高、侧表面积增大的优势，这样在等工程量的条件下，此方法可以大幅度提高基桩的承载力，是一种创新型桩基技术。

2.2 Y形灌注桩的施工

（1）桩机进场，确定机架高度和沉管长度，依据是设计桩长和沉管入土深度，之后完成设备组装。

（2）装机就位，必须保持其稳固和水平，并调整沉管垂直于地面，允许有1%之内的垂直度偏差。

（3）马达启动，先将桩管振动穿透表层的覆盖层，然后静压沉管，等到桩架抬起后再振动沉管到设计标高。整个过程须做好详细记录。每沉入1 m就记录一次，并对土层发生的变化做特别说明。

（4）在水泥混凝土灌入之后，沉管要留在原地振动10 s左右，在振动的同时进行拔管工作，拔起高度到7 m后改连续振动为间歇振动，此时拔管采用加一斗料就拔一段管，维持管内混凝土面在不高于地面3 m左右，控制拔管速度在1.5～2.0 m/min左右，如果碰到淤泥，可以适当放慢拔管速度。

（5）当完成桩管的拔出过程，在确认成桩符合设计后用粒状材料或者湿粘土封顶，然后在继续下一根桩的施工。

2.3 效果分析与结论

2.3.1 经济性分析（见表1）

表1 经济分析表

假设条件为路基长度50 m，顶宽为35.5 m，填土高度为5 m，软土的深度是16 m。根据Y形桩的承载力的计算结果来看，桩间距还可以适当的放大。从表1分析可知，用塑料排水板来加固软基所用到的费用最低，但是其后期的维护费用、沉降贴补费用难以预计。在同等效果情况下，Y形桩比浆喷桩能节约造价20.7%。与此同时，Y形桩的承载力有较大的富裕量，还可以通过适当的增大桩间距来降低工程造价。

2.3.2 结论分析

（1）通过现场开挖施工情况、壁厚测量、桩身混凝土抗压强度测试、竖向和水平向静荷载等试验来看，结果表明Y形桩成桩质量非常可靠。

（2）Y形桩加固软基的效果与浆喷桩和塑料排水板相比，最后形成的复合地基整体刚度较大，可以限制软土的侧向变形，不会出现路基失稳现象，大大的提高填筑速度，加快施工速度，经济合理，技术先进。

（3）在荷载作用下，复合地基内产生的超静孔压比较小，由此而形成的工后沉降值也很小。总的来说，Y形桩是一种非常值得使用的新桩型。

3 CFG桩在城市道路软基处理中的运用

3.1 CFG桩技术简介

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是由水泥、碎石、粉煤灰、石屑和砂加水搅拌而成的高粘结强度桩。根据实际工程的地质和环境条件，采用复合规范的打桩机械，使桩管逐渐深入到待处理的地基土中，然后向桩管内灌入已经配好比例的拌合料，最终拔管形成CFG桩。

3.2 CFG桩处理软基的特点与效果分析

3.2.1 运用范围广

CFG桩既能用在挤密效果好的地质，还能用于挤密效果相对较差的地质。比如粘性土、粉土、淤泥等等软土地基。

3.2.2 承载能力较强

CFG桩可以充分发挥全桩的侧摩阻力，在复合地基中，桩的单独承担荷载可以达到总量的40%～75%之间，大幅度提升地基承载力，并且有很高的可调性。

3.2.3 沉降量较小

对于某些有软弱土层的地基，可以采用CFG桩进行地基处理，桩端持力于下面比较好的土层，这样得到的复合地基的变形模量较高，从而就能够控制建筑物的沉降。

3.2.4 桩体排水

当在饱和的砂土和粉土中进行CFG桩施工时，成桩的振动作用会造成砂土液化，在土体内产生孔隙水压力，这就会使孔隙水沿着桩体向上排出，直到桩体硬化时结束。

3.2.5 时间效应和高效环保

在利用振动沉管施工的过程中，振动作用对桩间土有一个搅动作用，特别是灵敏度比较高的土，这会暂时使其结构强度降低，待成桩结束后随着恢复期的推移，结构强度会逐渐增加，这样桩间土的承载力就加大了。由于粉煤灰会不断发生水化反应，这会增大桩身混凝土后期的强度，保证CFG桩能够承受上部强大的荷载。另外，CFG桩在施工中掺入了工业废料（粉煤灰），从而在一定程度上减少了环境的污染，所以它也是一种高效环保的道路软基处理方法。

4 结语

总的来说，随着我国城市道路的建设不断繁荣发展，各种新技术会不断涌现出来，它们都能在某一方面解决不同的问题。城市道路软基处理一直以来就是一个难点，为了解决工程中的实际问题，相关研究人员也做了很大的努力。通过本文有针对性地所讲到的在软基处理中的三种桩型，希望给相关人员一些启示，根据实际工程概况和特点选择合适的桩型，更好地推进我国城市道路的发展。

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