半刚性桩处理软弱地基的研究现状及发展趋势

罗奇志，陈钊

（岳阳市公路桥梁基建总公司，湖南 岳阳 414021）

0 引言

近年来，随着我国经济的飞速发展，市政、交通领域工程建设活动在全国不断开展，对土地资源的需求日渐上升，这一过程不可避免在软土地区进行工程建设。然而软弱地基通常面临处理后的地基承载力不足、不均匀沉降大等问题，目前的散体材料桩及刚性桩能发挥一定的作用，但都存在局限性，为拓宽软弱地基的处理范围，半刚性桩应运而生[1]。

半刚性桩的刚度介于刚性桩与柔性桩之间，最具代表性的是水泥土搅拌桩、CFG桩等。半刚性桩通常是采用水泥土、灰土及粉煤灰作为固化材料，兼具柔性桩与刚性桩的优点。本文重点对半刚性桩复合地基的处理机理、研究现状、发展趋势进行了分析，以期为该类方法处理软弱地基提供借鉴。

1 半刚性桩处理软弱地基作用机理

1.1 桩体置换

复合地基的处置效果与其增强体的性质密切相关。在复合地基中，碎石桩等散体材料桩自身没有黏结强度，需要依靠桩周土体提供侧向约束，在竖向荷载作用下，桩体极易发生鼓胀破坏，以至于复合地基失去承载力。而半刚性桩桩体由黏结性材料组成，自身有一定黏结性，不需桩周土体提供侧向约束，不会发生侧向鼓胀破坏；再则，半刚性桩桩体有着较强刚度，可以通过桩端阻力及侧摩阻力将上部荷载向更深的土层传递，从而极大提高地基的承载力。

1.2 桩体排水及挤密

半刚性桩的桩体为黏结性材料，透水性比散体材料桩差，但比桩周土体要大。以CFG桩为例，CFG桩体材料比桩周土体渗透系数大[2]，在桩体施工的初期，桩周土体中的孔隙水会通过桩体形成的排水通道排出，桩体起到了排水固结的效果。同时在半刚性桩施工过程中采用振动沉管法施工加速了桩周土体的超孔隙水压力消散，而且桩周土体不断被挤密压实，随着桩体材料的填入，桩周土体的物理力学性能得到有效改善，承受荷载及抵抗变形的能力提高，桩体与桩周土体共同形成一个稳定牢固的体系。

1.3 褥垫层应力分担

半刚性桩复合地基桩顶一般会设置一层由砂石、碎石组成的褥垫层，在竖向荷载的作用下，半刚性桩发生刺入破坏，向上刺入褥垫层，垫层为桩体提供了一个压缩空间，一定程度上减少桩体与桩周土体的相对位移，从而确保桩周土与基础底部始终紧密接触，充分发挥桩周土体的承载能力，有效缓解了应力集中现象，使得桩周土体与桩体共同作用、协调变形。

2 典型半刚性桩处理软弱地基的研究现状

2.1 水泥土搅拌桩

在进行地基处理时，会对天然土体掺入水泥等固化剂，同时在桩体施工过程中采用深层搅拌机械对水泥与土体进行拌和，使它们经过一系列物理化学反应后，形成有着一定刚度、整体性及稳定性的水泥土桩，此类地基被称为水泥土搅拌桩。

上世纪七十年代，水泥土搅拌桩技术传入我国之后，国内学者从多方面对其进行了研究，为其理论发展及工程应用提供了依据。段继伟等[3]基于现场试验，从桩体的变形、桩身轴力及破坏模式系统的探讨了水泥土搅拌桩荷载传递规律；陈善明等[4]应用传统一维固结理论结合工程实例探讨了水泥土搅拌桩复合地基与其下卧层的固结特性。

2.2 水泥粉煤灰碎石桩（CFG）

CFG是在碎石材料中掺入适量的水泥、粉煤灰形成有着较高强度的新型粘结性材料桩，与普通水泥土搅拌桩相比，这种新型桩的承载力得到了极大地提高，CFG桩主要适用于加固处理各类黏性土、粉土、淤泥及淤泥质土，国内外对其也展开了许多相关的研究。张雁等[5]通过有限元软件分析发现CFG复合地基竖向应力分布更为均匀，说明在承载性能方面半刚性桩复合地基有着普通散体材料碎石桩无法媲美的优势。Naphol等[6]对CFG桩体材料的性能进行试验研究，证明使用CFG桩加固路堤更能有效地提高路堤承载力和加速固结沉降。

3 半刚性桩处治技术的发展趋势

3.1 绿色环保材料的应用

随着技术不断进步，复合地基处治材料向着绿色环保的方向不断发展，出现了以地聚物、石膏桩为代表的新型环保软弱地基处理方法，这些方法通常是以建筑垃圾或矿物废料为材料，有效地处理了固有废料。

以地聚物为例，地聚物材料有着优异的耐酸碱、耐火及耐高温的性能，相较于普通水泥，成本更为低廉且取材方便，在国外得到了一定的推广，但国内还较为罕见，因此在保证地基处治效果的基础上，开展绿色环保材料的研究将是未来半刚性桩复合地基新的发展方向。

3.2 联合多种方法进行处理

由于实际工程中会出现各种复杂状况，同时综合考虑到提高地基承载力、控制地基沉降、缩短工期等其他技术经济方面的目的，如果仅采取单一软弱地基处理方法，往往难以满足工程需求或达到预期的效果。

随着对复合地基理论研究认识的提高以及工程实践经验的积累，综合运用多种手段已在软弱地基处治领域逐渐发展起来。长短桩结合、CFG桩-碎石桩结合以及双向增强复合地基的运用极大丰富了软弱地基的处治手段，提高了处治效率。由此可见，在软弱地基处治技术向着更高效率、更低成本方向发展的趋势下，多种处理方式结合是未来软基处理的又一个方向。

4 结语

目前我国正处于“十四五”计划开局之年，经济快速发展的同时，即将带来大规模的城市建设，未来地基处理的要求及难度将会不断提升，绿色环保材料的应用及多种处置方式结合将是半刚性桩复合地基未来的发展趋势，这也将对复杂地况条件下软土处治问题产生深远影响。