CFG桩在高速公路湖相软土地基处理效果与评价研究

左 劼

(河北省高速公路京哈北线管理处，河北 唐山 064209)

CFG桩在高速公路湖相软土地基处理效果与评价研究

左 劼

(河北省高速公路京哈北线管理处，河北 唐山 064209)

为了研究CFG桩在高速公路建设工程中处理软土地基的效果，通过对CFG桩处理的路基断面进行沉降观测所得的数据进行分析并通过指数法与双曲线法进行预测，可以认为CFG桩在高速公路湖相软土地基处理方面效果良好，满足施工及使用要求。

软土地基；CFG桩；沉降预测

1 施工工艺与控制要点

1.1 施工工艺

该区CFG桩桩间距为1.6 m，桩径0.4 m，桩长12 m，按等边三角形布置。CFG桩试验段进行试桩7根，以确定机械设备、施工工艺，技术参数等。CFG具体在施工时，为了保护已完成的桩，常常采用隔行隔桩打桩的方式，而且通常两根桩之间间隔不小于一周。

流程为：桩位施放→桩机就位→沉管至设计深度→停振投料→拔管→桩机移位→取样→铺设碎石垫层。

1.2 控制要点

CFG桩施工过程中的控制要点包括：(1)桩体材料采用C20，依据实验室28 d强度试验以确定各材料的配合比情况；(2)关闭机器后，应尽快将物料放入管内，至与进口持平为止。按前面确定的配合比拌和，指标是坍落度100 mm，且浮浆厚度小于20 cm；(3)为了保护已完成的桩，常常采用隔行隔桩的打桩方式；(4)桩机卷扬系统速度沉管线的速度不能太大，当其速度过快时可能会出现缩颈断桩的情况，因此为了避免这一情况的发生，需要采取一定的措施来控制其速度，现在工程上采取的措施一般是当沉管线提升一段距离后停下来留振一段时间，但是这个时间要严格控制，一般在10 s左右，若时间过长的话会使桩体整体水泥量分布不均匀，桩身强度不均匀；(5)CFG桩施工完成7 d后，人工开挖截取桩头时，此时需有人专门负责，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土；在破除桩头时，可能会发生桩体断裂，如果断裂位置处于桩体至桩顶设计标高以下，那么必须用桩体原材料对其进行修复，同时修复的过程中还要注意保护桩间土；(6)振动施工条件下，周围土体在将管打入或者将管拔出过程中都会受到影响，使其发生挤密或扰动，因此需要注意保护周围土体。

2 现场数据分析

2.1 数据分析

通过对某高速公路工程的多个CFG桩处理断面进行长期变形观测，现场沉降观测起始于路基填筑，经过冬歇期、路面施工期等一年的时间。选取的断面K40+030进行监测数据分析，此点位于距桥台25 m的位置，其路基填筑高度为6.30 m，地基处理方式为CFG桩，处理深度为10.0 m，稳定水位深度为1 m，不存在地震作用下地震液化现象，地表下存在连续分布的软土和软弱土层。截止到进行路面结构结构施工时，共观测422 d，观测数据如表1所示。

表1 观测数据

填筑高度、时间与累计沉降曲线图如图1所示。

图1 累积沉降曲线

该段路基沉降观测始于2014年10月，填筑过程中，观测频率一般是一层一次或者三天一次。要求线路中心线地基沉降速率每昼夜不宜大于10 mm，若施工过程中超过该界限值时，应停止路基填筑加载，直到观测值小于界限值后方允许重新加载。地基自身承载力的作用在路基初始填筑过程中表现明显，它可以承受一定高度填土荷载。随着填筑高度的增加，附加荷载逐渐增大，地基会发生固结和压密，抗剪强度提高。通过沉降曲线得知，填筑高度的增加会使得地基沉降量随之增大，而且沉降曲线与弹性形变曲线相似，这说明填土荷载在地基承载力容许范围内。在路基填筑初期，由于填筑速率较快，沉降速率普遍偏高，随着时间的推移，沉降速率逐渐减小。

2.2 指数曲线法

指数曲线法是一种较为常见的预测沉降方法。该方法是依据固结度原理提出预测模型，任意时刻沉降量的计算方程如式(1)所示。

St=[1-Ae-Bt]S∞

(1)

式中：A为通常取理论值8/π2，也可根据实测数据计算；B为与排水距离、时间因数中的固结系数有关；St为表示t时刻的沉降量；S∞为表示最终沉降量。

上式中三个未知参数S∞、A、B可以通过监测的沉降——时间曲线上任意挑出三点：(t1，S1)、(t2，S2)、(t3，S3) ，将这三个点分别带入式(1)中联立求得如公式(2)所示。

(2)

将S∞、A、B代入式(1)就可以求出任意时刻沉降值；在选取三个点的坐标时，为了减小误差，要求三个点的时间间隔尽可能大，因此需要观测的时间相对长一些。

2.3 双曲线法

双曲线法是根据沉降时间关系曲线接近于双曲线，采用曲线的外延来推算将来某个时刻的沉降及最终沉降量。沉降和时间的关系可近似采用如式(3)所示。

(3)

根据上式可以建立一个以(t-t0)为横坐标，(t-t0)/(st-s0)为纵坐标的平面直角坐标系；选取多组实测数据并在平面直角坐标系中标出，然后将这些点拟合成直线，其中直线的截距即为A，直线的斜率即为B。求出A、B值带入式(3)中即可求出任意时刻的沉降；当t→∞时，即可得最终沉降量公式如式(4)所示。

(4)

根据双曲线方法预测沉降量，所采用的实测数据需要在填充结束后的拐点后选取，可以预测出任意时刻沉降量以及最终沉降；虽然这种方法推算原理不强，需要观测的时间较长，但是由于相对简单明了，所以这种方法也比较实用。

2.4 预测结果分析

为了解路基完成后一段时间内沉降曲线的变化趋势，同时验证该地基处理方式能否满足地基工后沉降规定，现利用准确度和应用度均较高的双曲线法和指数法对K40+030断面进行工后沉降预测。预测的方式为利用origin软件进行曲线拟合，根据曲线拟合结果计算在不同方法下该断面的最终沉降量与工后沉降量。采用双曲线法指数曲线法拟合得到的曲线如图2所示。

图2 曲线法拟合

两种方法得到的工后沉降如表2所示。

表2 工后沉降

根据两种预测方法最终得到的工后沉降量与高速公路相关规范中的工后沉降容许值做比较，可以得到最终的工后沉降远小于容许值，利用该处理方案加固后的地基沉降量满足设计要求，效果良好。

3 结 论

通过对CFG桩地基的加固机理的研究，分析了CFG桩在软土地基处理中的挤密作用、褥垫层作用和桩体作用，介绍了在软土地基处理中CFG桩的施工工艺及施工要点。同时，通过施工期间的沉降监测工作，对软土地区的高速公路地基的沉降变化情况进行了预测分析，根据地基的沉降变化曲线，并与公路相关规范中的容许值进行对比分析，可得CFG桩在软土地基中的处理效果良好，为类似工程中地基处理方式的选择提供参考，以保证高速公路的稳定与安全。

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[3] 赵光鹏,郑忠成. 软土地基沉降预测方法分析比较[J]. 天津城市建设学院学报,2008,(3):176-179.

2017-03-30

左劼(1975-)，男，河北石家庄人，高级工程师，研究方向：高速公路建设与管理。

U416.1

：B

：1008-3383(2017)06-0005-02