水泥粉煤灰碎石桩加固原理及技术要求浅析

徐晓莲（鄂州职业大学,湖北　鄂州　436000）

水泥粉煤灰碎石桩加固原理及技术要求浅析

徐晓莲
（鄂州职业大学,湖北鄂州436000）

摘要:文章介绍了水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)加固处理软土路基加固原理、特点及适用范围，对材料、使用机具设备、配合比设计等方面的要求进行了简单介绍，并提出了CFG桩在施工过程中的主要技术要求及质量要求。

关键词:水泥粉煤灰碎石桩；软土路基 ；加固原理；技术要求

1　水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)

水泥粉煤灰碎石桩(英文：CementFly-ashgravelPile，简称CFG桩)，是在碎石桩的基础上发展起来，由粉煤灰、碎石、石屑、砂石和水泥按照一定配合比率加水拌和后形成的一种具有一定胶结强度的桩（桩体强度等级在C5～C20之间）。此类材料处理软土路基弥补了单一的碎石桩的不足，具有强度高、造价低廉、原材料来源广等优点，但水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）在配合比设计不合理、材料选择不当及施工工艺不得当时，其强度和稳定性不容易控制。

2　水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)的特点

（1）CFG桩具有碎石桩对地基的挤密加固和置换作用，能有效将荷载传递到深处土层，减少桩间土所承载的荷载，对地基起到加固作用；（2）上设粒状材料组成的软性褥垫层，有利于调整桩间土相对变形问题，使桩体承载力提高；（3）沉降变形小，对地基不均匀沉降到一定的补偿作用。另外，其强度和模量较均匀，对抗震极有利；（4）工艺性好。桩体在材料上具有良好的流动性与和易性，在施工上灌注方便，易于控制施工质量。同时降低了工程费用，节省投资；（5）低噪音、无泥浆污染，是城区和居民区的首选工艺；（6）施工简单、造价低、承载力提高幅度极大、穿透能力强、施工效率高、适用范围广、社会和经济效益明显等优点。

3　水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)　适用范围

（1）CFG桩适用于加固处理公路软土路基、多层建筑及30层以下的高层建筑地基；尤其适用于松散的粉土、粉细砂等土层。具有施工操作简便、施工费用低、对桩间土的挤密效应显著等优点；（2）CFG桩桩端原则上应位于相对硬的土层上，对淤泥质土，可按地区经验或通过现场试验确定其适用性。根据施工经验来看，处理淤泥层在15-20m时，效果较好；（3）CFG桩复合地基属于刚性桩复合地基，具有承载力提高幅度大、地基变形小、适用范围广等优点，同时如果采取适当技术措施后也可应用于刚度较弱的基础及柔性基础。

4　水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)　加固原理

利用长螺旋钻孔机成孔，管内泵压混合料（碎石、粉煤灰、水泥和水按一定比例配合）形成半刚性桩体，在基底和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层，通过褥垫层让水泥粉煤灰碎石桩和桩间土一起构成复合地基，共同承担荷载加固软弱地基，主要有一下三种作用：（1）桩体作用。CFG桩体具有一定粘结强度，桩体在荷载作用下压缩性明显比其周围软土的压缩性下使得桩体上出现明显应力集中现象，复合地基的CFG桩起到桩体作用；（2）挤密作用。在常见施工中，机械通过震动和挤压的作用，让桩间土得到充分的挤压密实，使得加固前后桩间土的物理力学性质得到明显改善；（3）褥垫层作用。褥垫层技术是CFG桩复合地基的一个核心技术。结合大量的工程实践，褥垫层厚度宜设置为10cm～30cm。

5　技术指标要求

（1）成桩技术要求。水泥粉煤灰碎石桩常用的施工工艺：长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩；振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔灌注成桩。根据工程实际地质情况，一般要求如下：1）桩径一般要求在350～600mm；2）桩端持力层一般要求选择在承载力相对较高的地质层；3）桩间距一般要求在3～5倍桩径宽；4）桩身混凝土强度应满足设计要求，通常不低于C15；5）褥垫层宜用中砂、粗砂、碎石或级配砂石等，不宜选用卵石，最大粒径不宜大于30mm。厚度150～300mm,夯填度不大于0.9。在实际施工过程中，以上参数需要根据现场岩土条件、基础类型、结构类型、地基承载力和变形要求等综合条件或现场试验结果确定；（2）材料技术要求。1）水泥：一般采用强度等级为32.5级或以上的普通硅酸盐水泥，根据现场施工情况，如果施工区域地下水具有腐蚀性时，需要采用抗腐蚀水泥（如抗硫酸盐水泥），同时可酌情添加防腐剂；2）粉煤灰：粒径应在0.001-2mm之间，小于0.074mm的颗粒含量应大于45%，烧失量应小于12%；3）碎石：级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。碎石的最大粒径不大于50mm；4）混合料配比：根据桩身强度要求（达到C15混凝土强度）进行配合比试验后确定。

6　已应用的工程实例

（1）工程慨况。鄂州市市政工程公司某已建道路工程全长3450米，宽50米。地处长江一级阶地地貌单元，有剥蚀残丘、湖塘河叉发育。根据钻探踏勘，结合区域地质资料、临近地勘成果，拟建道路勘察深度内地层可分为4层：其中一、二层为结构松散、土质均匀不一，强度低、压塑性高的软弱土层，未经处理不可作为路基持力层。根据本工程土质特点结合水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）的适用范围，经有关勘测及设计等单位专家共同研究论证后决定，对本建路段，采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）进行处理；（2）工程应用效果。该工程竣工后，相关路段经验收合格，到目前为止,路基未出现不良沉降变形，结构完整，效果较好。

7　结语

截止到目前，水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)在我国哈大铁路客运专线工程、京沪高铁工程等重大工程中都有应用且效果良好。同时在我国多地（北京、天津、河北、山西、陕西、内蒙古、新疆以及山东、河南、安徽、广西、湖北）等地区的多层、高层建筑、工业厂房、铁路、公路地（路）基处理工程中也广泛应用，经济效益显著，应用前景广阔。

参考文献：

[1]张坤.水泥粉煤灰碎石(CFG)桩工程应用研究[J].中国水运(下半月),2009(05).

[2]程志勇.水泥粉煤灰碎石桩（CFG）施工工艺[J].技术与市场,2011,18(08).

[3]彭晓庆.水泥粉煤灰碎石桩复合地基施工方法的探讨[J].建筑科技与管理,2010(06).

[4]闫明礼,张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社,2006．

[5]徐晓莲.水泥粉煤灰碎石桩在软土路基处理中的应用[J].江西建材,2015,20(10).

基金项目：湖北省教育厅2014年度科学研究项目（B2014175）

作者简介:徐晓莲（1960-），女，湖北浠水人，教授，研究方向：道路桥梁工程技术及高等职业教育。