探究CFG桩在沿海高速公路软基处理中的应用

2015-08-15廖万明武汉二航路桥特种工程有限责任公司湖北武汉430000

江西建材 2015年11期

■廖万明 ■武汉二航路桥特种工程有限责任公司，湖北武汉 430000

1 CFG桩加固软基原理

CGF桩是水泥煤灰碎石桩的简称，它主要由水泥、碎石和石屑组成，然后加水搅拌后形成高粘度的强度柱。CGF桩复合基地主要是通过褥垫层与基础连接，无论桩处于一般的土层还是坚硬的土层，都可以保证桩间土始终参与施工过程。在桩体较大的强度和模量比桩间土的作用下，桩间的应力大于桩间表面的应力，CFG可以将承受的重量转移到较深的土层中，以此来减少桩间土的承载压力［2］，在桩的作用下，复合地基的承载力提高，桩变形也就变少。同时，CFG桩不装置钢筋，所以桩体可以利用工业的废弃物作为参合物，大大降低工程的施工成本。

2 CFG的设计参数

本工程中所用CFG主要是呈三角形分布，桩的半径为0.4米，桩长为13米到18米不等。桩之间的间距为1.5米。采用由远及近，由密到疏的方式排列。设计要求单桩的承载力应该大于200kN，单桩复合地基的荷载量为140kPa。在成桩的过程中，抽样做混合料试块，每台机械负责一组的试块，其边长为150立方米。测定其立方体28吨抗压强度。在沉管成桩和拔管的过程中，启动马达，振动沉管至设计深度，停机。然后拔管，拔管时启动马达，振动6秒后再进行拔管，拔管启锤使混合料振密。成桩后浮浆厚度不超过20厘米。

3 CFG的施工工艺

3.1 原材料的准备和配合比设计

配合比的设计步骤如下:首先在施工前要按照设计要求，实验室进行相关的配合比实验，本项目采用的配合比是水泥:砂:碎石:水:粉煤灰为150∶750∶1150∶81。在施工过程中，要严格控制配合比，按照要求来配置混合料。振动沉管灌注成桩施工时的沉降度应该在100mm左右，完成桩后的桩顶浮浆厚度不大于200mm。关于原材料，应该选用顶级的粉煤灰，注意控制烧失量。采用3种不同类型的碎石参和配比，其中，碎石含泥量小于2%，使用的砂为中砂，含泥量不大于3%，水泥为32.5号普通的硅酸盐水泥，使用的水为深层的地下水［3］。

3.2 准备施工现场的设备

进行施工前应该清除施工现场的杂物，整平土地且碾压地表。然后验收测量导线点和水准点，根据桩位布置图进行桩位的布置，控制好桩，采用白灰的标志对桩进行编号和记录。要事先计算好桩长、沉管没入土里的深度，确定机架的高度和沉管的长度，让施工设备按要求运行。施工现场主要的机器设备有振动沉管打桩机、混合料搅拌机和混合料运输车等。

3.3 进行试桩实验

在CFG桩正式开工前，应该根据高速公路的地质情况选择代表性的工作地点，至少要制作5根工艺的试桩，根据设计要求和工艺控制数据，包括桩机的配重和沉管、拔管的速度、施工顺序和、坍落度、充盈系数等数据。经检验合格后，同时保证全面收集各方面的数据并确认无误后即可按照相关程序施工。

3.4 采用桩机

首先必须调整沉管和地面成直角，确保垂直的偏差小于1%，在施工现场可以采用钻架上悬挂小球的方法测量出该孔的垂直度，也可以采用桩机自带的垂直角度调整机器的垂直度［4］。需注意的是，在施工现场前，每根桩都要进行桩位垂直度的检查。

4 公路软基处理中加固原理及应用

我国沿海广泛分布着淤泥、充填土等饱和的软弱黏土层，这类土壤含水量较大，压缩性高，透水性也差。在这类软地基上修建高速公路容易发生沉降量过大、差异沉降和连续沉降的时间过长等问题。为了解决这个问题，就要采用软基处理的方法，包括桩基、深层搅拌桩、粉喷桩及真空预压、堆载预压、塑料排水板等。但是当地基处理的范围过大时，以上处理方法的工程成本就很高，工期也很长。因此，可以结合CFG桩和低能量强夯联合真空降水法处理公路软地基问题。

4.1 强夯法简介

强夯法也叫动力固结法，这种方法的优势是加固效果明显、操作简单、经济环保。目前已经被广泛应用在碎石土、砂土和低饱和度的粉土和黏性土等地基加固中。但是如果是地下水位埋藏很浅的饱和粘性土地基，因为地基的含水量高、黏性含量多、渗透性也比较差，所以强夯法的使用一直存在着很大的争议。一些学者在研究和实验的过程中，突破了传统的施工方法，完善了竖向排水条件，结合其他的加固方法，强夯法已经开始广泛应用在饱和粘性的地基中［1］。

4.2 低能量强夯联合降水法加固原理

低能量强夯法联合真空降水法是根据饱和软黏土的动力特性和上面提到的动力固结机理，结合强夯技术和真空井点降水技术，形成了一种新的复合式动力排水固结法，这种方法同时结合了动力固结法的优势和排水固结法的优势，利用真空井点可以产生较大的排气量，有着很大的真空度特点，加速强夯产生的超静孔隙水压力减轻，促进孔隙水排出。只有这样，才能提高软黏土的固结度，从而避免强夯过程中橡皮土的出现。

低能量强夯联合真空降水法可以提高土体强度，逐步加速动力排水固结的进程。它的特点是在实行强夯前采用真空降水，降低地下水位，从而减少土体的含水量和饱和度。在地基软化后，地下水位可能会发生变化，土体也可能会产生较大的压缩变形。强夯后可以采用真空排水，加速孔隙水压力的消散和软土固结，在实施夯击中，先对浅层软土进行加固，然后等到浅层土排水土体强度提高后，再逐渐加大强夯法的能量，促进深层软土的加固。

4.3 低能量强夯联合真空降水地基加固方案的提出

某工程是铁道部和当地市政府共同投资建设的项目，它的建设有利于完善当地的交通体系，促进沿海经济的发展。该工程地点位于某市东南部，临近沿海，占地240000㎡，堆高为5层，箱区的堆高为4层。软土地基处理面积很大。场地地貌属于河口、砂嘴、砂岛区，表层土为黄褐色的粘质的粉土层，浅层地下水分布在粉砂层中，深层地下水非常丰富。土体性质决定该场地土层的厚度分布不均匀，经过地基承载力的核算和变形分析结果，如果不采取措施解决，地基承载力就无法符合要求，而且还会造成大面积的不均匀沉降，因此必须对该土层进行有效的加固处理。考虑到本工程地下水埋藏深，地基加固面积较大，技术难度高，故决定在现场试验的基础上采用低能量强夯联合真空降水进行地基加固。设计要求必须达到以下强度和沉降标准:(1)地基加固的深度应该大于7米;(2)振动碾压后浅层地基的承载力应该不小于160kPa;(3)保持表面地基的平整和刚度，按照场地均匀和沉降的标准进行施工;(4)地基表层，包括人工填土层，内的地基回弹模量应该不小于35MPa;(5)在施工后的沉降高度应该小于30cm，不均匀沉降应该在1%以下。

在降水设计方面，为了保证地基夯击效果，各个地区使用的试验降水参数不同，其中第一、二区第一遍夯前、三区第一遍夯后采用浅层和深层管结合，相间布置的方式降水。确定场区地基处理大面积施工采用低能量强夯联合真空降水的地基处理方法。具体施工工艺为:在降排水方面，在强夯加固区6m的位置开挖宽为1m，深2m的明沟，明沟之间是相互沟通的;在井点降水方面，针对这个工程应该采用一区的降水方式。