CFG桩在高速公路软土地基处理中的应用

郭建新

（河北省交通规划设计院，河北 石家庄 050011）

CFG桩是英文Cement Fly-ash Gravel Pile的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩。CFG桩由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和后制备而成，其典型特征是可变强度。在不同的水泥掺量及配比条件下，CFG的强度等级介于C15～C25之间，且处于刚性桩与柔性桩之间。由于CFG桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基，因此可通过复合地基原理和性状进行计算或设计。在工程当中，CFG桩不需要计算配筋。此外，部分工业废料如粉煤灰、硅灰、炉底灰等和石屑可作掺和料，从而能够进一步降低工程造价，图1所示为CFG桩处理软土地基现场示意图。

1 CFG桩的工作原理

图1 CFG桩处理软土地基现场

CFG桩一类的复合地基，多用于高层、超高层建筑或高速公路软土地基处理工程中。CFG桩的基本工作原理可以简单理解为复合地基，其中设置褥垫层并与基础连接，CFG的桩端无论是落在一般土层或坚硬土层，均能够保障桩间的土层参与工作。此外，与桩间土相比，CFG桩体的强度和模量更大，在荷载作用下，CFG桩的桩顶应力比桩间土表面应力大。在此条件下，CFG桩可将荷载向较深的土层传递，从而减少了桩间土承担的荷载。因此，由于桩的作用使地基承载力提高，变形减小。

在使用CFG桩的地基中，基础与桩以及在桩间土之间设置一定厚度的褥垫层，该褥垫层通常由散体粒状材料组成。在无褥垫层条件下，地基与桩基础的承载特性相似，桩间土难以发挥其承载能力，更不能够形成所谓的复合地基。因此，在基础下设置褥垫层，从而桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。铺设垫层的通常做法是，先铺设一定厚度和级配的砂石、碎石或粗砂、中砂，形成厚度介于10～30cm的垫层。垫层能够使基础荷载向桩间土扩散，保证桩体与桩间土共同承担荷载。

此外，CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。

2 CFG桩的材料要求

（1）混凝土、外加剂和掺和料（缓凝剂、粉煤灰），应符合相应标准要求，掺量应当依据施工要求，配合试验室测试确定。

（2）严格按照配合比配制CFG桩的材料。

（3）对于长螺旋钻孔和管内泵压混合料灌注，其坍落度应当控制在160～200mm，对于振动沉管灌注桩，其施工坍落度应当在30～50mm之间。振动沉管灌注成桩后，其桩顶浮浆厚度应当小于等于200mm。

（4）对于长螺旋钻孔以及管内泵压混合料成桩，在施工钻至设计深度后，应把握提拔钻杆的时间，沉管的提拔速度应与混合料泵送量相配合，遇到饱和粉土或饱和砂土层，禁止停泵待料。沉管灌注成桩施工完成后，拔管速度应保持匀速，倘若遇到淤泥或淤泥质土层，应当适当放慢拔管速度。

3 CFG桩的施工工艺

图2所示为CFG桩的基本施工工艺流程图，但是对不同的软土地基，应当采取不同的施工工艺。

（1）对于地下水位以上的粉土、黏性土、中等密实以上的砂土、素填土等，宜采取长螺旋钻孔灌注成桩法；

（2）对于、粉土、黏性土、砂土以及对噪声或泥浆污染要求严格的地基，宜采取长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩法；

（3）而对于粉土、黏性土及素填土等地基，宜选用振动沉管灌注成桩法。目前，在高速公路软土地基处理中经常采用的施工方法即为振动沉管灌注成桩法。

图2 CFG桩作业流程图

振动沉管灌注桩是将振动器装在桩管的上墙，桩管下端底口安装一个桩尖，在振动器振动力的作用下将桩管沉入地层至设计深度形成桩孔，然后向桩管内吊放钢筋笼并灌注混凝土形成灌注桩，图3所示为施工现场图。

图3 CFG桩作业现场

4 CFG桩施工注意事项

（1）依据设计要求进行实地放样，施工顺序为由路中间向外围间隔跳打，且新、旧桩之间的间隔时间不少于7d；

（2）打桩前，应当调整沉管与地面垂直，确保偏差不大于1%；

（3）沉管时，不宜启动马达，借助桩机的自身重量即可将沉管沉至设计标高，当混合料加至钢管投料口齐平，沉管原地振动5～10s才能拔管，且拔管过程中应严格控制速度，以0.6～0.8m/min为宜，且每拔出约0.5～1.0m，应当再次振动5～10s，反复上述操作，直至拔出沉管为止；

（4）投料时的充盈系数应当大于1.15；

（5）在CFG桩施工过程中，为避免桩机碾压施工完的桩头，应当调整好打桩顺序；

（6）CFG桩检测完成后，才可以反开挖基坑，且应采用人工开挖；

（7）在剔除桩头时，先找出施工标高，在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎，同时击打将桩头截断，再采用手锤、钢钎等沿着桩体四周向桩心剔除多余桩头；

（8）在地基复杂路段，应当现场了解沉桩进度，确保CFG桩穿透淤泥层，且进入持力层厚度不小于0.6m。

5 应用实例

某干线公路工程当中，路线全长约为13.05km，双向6车道一级公路、辅道按双向4车道设计，基层为4%水泥稳定石屑底基层+5%水泥稳定级配碎石上基层，路面为25cm的水泥混凝土面层。在某标段桥头引道，设计工后沉降应当满足桥头小于10cm，采用CFG桩对软土地基进行处理。

最终处置方法：CFG桩的设计直径为40cm，平面呈正三角形分布，间距依据计算获得，要求CFG桩穿透软土层，进入持力层大于60cm，桩长不超过24m。CFG桩的水泥为普通硅酸盐水泥，碎石直径为20～50mm，石屑粒径为2.5～10mm，粉煤灰为Ⅲ级或Ⅲ级以上。

6 结语

在公路工程建设中，软土地基处理是关键工序之一。CFG桩具有经济合理、技术可靠、施工设备投入少、进出场运输方便、对环境友好等特点。国内的技术发展和工程应用中，CFG桩技术得到了广泛的应用。此外，和其他桩基处理技术相比，CFG能够节约1/2～2/3的成本，具有可观的经济效益。

[1] 崔晟东.CFG桩在高速公路软土地基处治中的应用[J].交通标准化，2009，（11）：114-117.

[2] 于春芳.软土地基的特点及处理方法[J].交通标准化，2013,（14）：16-18.