晋阳高速公路软基CFG桩加固效果分析

张俊猛

（山西交通控股集团有限公司 晋城高速公路分公司，山西 晋城 048000）

引言

湿软地基含水量高、地基承载力低，容易产生较大变形。高速公路对路基强度和稳定性要求高，必须采取有效措施对湿软地基进行加固，方可进行路基填筑。CFG桩工程造价低，施工工艺简单，可有效提高桩间土体的密实度，提高地基承载力。

1 CFG桩软基加固机理

CFG桩是使用专用的施工机械，将水泥、粉煤灰、碎石等原材料加水拌和后施作的低标号混凝土桩。CFG桩体的强度组成一方面是由碎石组成的骨架结构，填充石屑、砂等细集料形成稳定密实的结构；另一方面是水泥水化后产物的黏结作用；此外，水泥和粉煤灰的物理化学作用所产生的产物，是桩体后期强度增长的主要来源。CFG桩内部水泥含量低，强度相对较低，一般为C10～C25。CFG桩软基加固机理主要是通过桩体对土体的置换、挤压，提高桩间土的密实度，并排出地基内部多余的水分，提高土体的密实度。CFG桩上部铺设褥垫层，也可在上部铺设土工格栅，以提高地基整体稳定性。

2 湿软地基CFG桩加固方案

2.1 项目概况

晋阳高速公路设计全长36.119 km，采用双向四车道，整体式路基设计宽度为21.5 m，分离式路基单侧宽度12 m，设计车速为全长80 km/h。全线有多处隧道、桥梁，且路基沿线分布有湿软地基。湿软地基主要为淤泥质黏土，含水量高、透水性差，最大深度可达到15.5 m，地基承载能力差，在外界荷载作用下会产生变形破坏。选取K15+358—K15+864段湿软地基为研究对象，采取CFG桩进行加固处治，并分析确定加固效果。

2.2 CFG桩加固方案

CFG桩设计直径为50 cm，选用42.5（R）水泥，袋装二级、三级以上粉煤灰，碎石粒径为20～50 mm，并按照比例掺入适量石屑。CFG桩采用正方形布置，桩体设计长度深入持力层超过1 m。桩体28 d抗压强度不小于12 MPa，桩体混凝土材料设计配合比为水泥：粉煤灰：石屑：碎石=1∶1.530∶3.529∶8.855，坍落度60～80 mm。桩帽之间回填30 cm后的粗砂层，上部设置30 cm厚的碎石垫层。为提高符合地基整体稳定性，铺设一层双向土工格栅进行加固处治，CFG桩布置见图1。

图1 CFG桩加固布置

3 CFG桩软基加固效果分析

3.1 CFG桩加固软基检测方案

软弱地基CFG桩加固处治21～28 d后，制定方案对加固效果进行分析，评定加固效果。对同条件养生试件进行抗压强度试验，检测桩身混凝土强度。在施工现场选取有代表性的路段，分别检测地基承载力、桩间土应力比，并采用标准贯入试验确定加固土体的密度，重型动力触探试验确定桩周土体的密度。收集试验数据，对各评价指标进行分析处理，确定加固效果。

3.2 CFG桩加固后单桩地基承载力检测

高速公路软基CFG桩加固处理后，待桩体周边土体充分固结后，采用静载试验进行地基承载力检测。试验采用分级加载，分级卸载的方式，对各级加载下的试验时间、位移计读数和累计沉降量进行记录。选取K15+550断面中的一个CFG桩开展静载试验，检测数据见表1，不同荷载下沉降量P-S曲线见图2。

表1 K15+550断面静载试验数据

图2 静载试验P-S曲线

分析表1数据和图2曲线可知，从曲线的总体走势上看，在加载过程中，随着试验荷载和加载时间的增加，软基累计沉降量不断增加，且增加速率基本一致，荷载达到180 kN以上时变化速率有所增加。说明试验桩所处地基还没有达到极限状态，还产生了一定的变形。当试验荷载加载到480 kN时，湿软地基最大沉降量达到48.67 mm，低于设计要求的75.6 mm。

按照《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004）要求，地基极限承载力特征值取0.2 MPa，分别取10个有代表性测点进行静载试验，得到地基承载力最小值为0.18 MPa，最大值为0.24 MPa，平均值为0.215 MPa，大于特征值0.2 MPa，说明软基CFG桩加固后地基承载力满足设计要求。

3.3 桩土应力比检测

桩土应力比采用试验法确定，通过在试桩桩顶和土层表面布设土压力盒，通过静载荷试验测定桩顶和桩间土的应力，计算确定桩土应力比。在进行单桩地基承载力检测的同时，检测不同等级加载下的桩顶和桩间土的应力值。分别在K15+550断面和K15+750断面布设土压力盒，测得各级压力下的应力值，计算桩土应力比并绘制变化曲线见图3。

图3 桩土应力比-荷载变化曲线

分析图3曲线变化情况可知，在加载前期随着荷载的增大，桩土压力比不断增大。当荷载达到360 kN时，桩土压力比最大，荷载进一步增大桩土压力比下降，最终稳定在16～18左右，超过规范要求的15，说明CFG桩顶应力明显大于桩间土应力值，地基承载力明显提高，施工质量达到了设计要求。

3.4 标准贯入试验

为了检测CFG桩加固后地基土的密实情况，施工后进行标准贯入试验。通过在施工现场进行钻探取土，进行室内土工试验，记录数据分析加固效果。文章选取K15+550、K15+750 两个断面作为研究对象，分层取样开展室内土工试验，记录加固前后①-④层土的标准贯入击数见表2。分析得出，加固后标准贯入击数明显增加，接近加固前的2倍，说明土体密实度明显增加，地基土体密实度得到了明显改善。

表2 加固前后地基土标准贯入试验结果

3.5 重型动力触探试验

动力触探试验采用落锤质量为63.5±0.5 kg的试验仪，检测中将标准贯入器打入土中，每贯入30 cm记录1次锤击次数。在K15+550、K15+750 两个断面布置测点，试验过程在施工现场收集数据，绘制贯入深度与锤击次数变化曲线，见图4。

图4 测点贯入深度与锤击次数变化曲线

分析图4曲线，在桩顶以下5 m范围内的地基土，锤击次数较低，为9～18次，这是由于施工扰动、浅层地基土对桩体的侧向作用力较低等造成的。5 m以下土体均匀性较好，锤击次数明显增加，为20～31次，且随深度增加，锤击次数越大，说明该深度地基土对桩体的侧向作用力较高，桩体加固效果明显增加。根据判断标准，桩顶以下0.3 m的表层地基土锤击次数小于10次，密实程度判定为稍密；0.3～5 m，锤击次数大于10次且小于20次，密实程度判定为中密；5 m以下，锤击次数大于20次，密实程度判定为密实。试验结果表明，两个监测断面测点位置处地基加固后地基土密实度良好，承载力满足设计要求。

4 结语

（1）分析静载试验结果，得出湿软地基最大沉降量达到48.67 mm，桩土压力比稳定后均超过15，说明CFG桩加固后地基承载力明显提高，施工质量达到了设计要求。（2）分析标准贯入试验结果，得出加固后标准贯入击数接近加固前的2倍，说明土体密实度明显增加，地基土体密实度得到了明显改善。（3）分析动力触探试验结果，得出加固后土体均匀性、密实度均较好，地基承载力满足设计要求。